Что такое bfo и vfo
Что такое bfo и vfo
Схема проекта представлена на рисунке:
Синтезатор Si5351 можно приобрести в виде готового модуля или просто купить отдельную микросхему и кварц (это дешевле) и распаять её на макетке SOP10.
Программное обеспечение основано базе оригинального софта MultiFeaturedVFO от Jason Mildrum /NT7S/ и Przemek Sadowski /SQ9NJE/. В программе используется библиотека Si5351 Si5351 Arduino-master library.
Скетч для Arduino позаимствован с сайта PA0RWE. Я его немного подправил, так как новая библиотека (от декабря 2016 г.) Si5351Arduino-master несколько отличается от более старыйх версий и требует корректировки исходного скетча. Обратите на это внимание, если будете использовать скетчи из других источников, иначе при компиляции Arduino IDE выдает ошибки!
Исправленный скетч: Si5351_RxTx_VFO.ino (16 Кб).
Архив с библиотеками для данного проекта (152 кб)
Компиляция выполнялась в Arduino IDE версии 1.6.6. В архиве имеется скриншот завершенного процесса компиляции. Также приложен HEX-файл для прямой заливки в микроконтроллер.
Так как питание Arduino Pro Mini осуществляется от источника 3,3 В, то преобразователь уровня для микросхемы синтезатора не нужен. Если используете другую модификацию Ардуинки, то потребуется преобразователь уровня для управления Si5351.
Генератор перестраиваемой частоты 10 кГц – 225 МГц на Arduino и модуле Si5351
В данной статье мы рассмотрим создание генератора перестраиваемой частоты на основе платы Arduino и модуля Si5351, работающего в диапазоне 10 кГц – 225 МГц. Данный генератор может пригодиться для тестирования работы различных радиоприемников, может использоваться в качестве генератора тактовых сигналов, в качестве гетеродина в супергетеродинных приемниках, в синтезаторах частоты и многих других похожих приложениях.
Также на нашем сайте вы можете посмотреть похожие проекты:
Необходимые компоненты
Общие принципы работы проекта
Основные особенности проекта:
Микросхема (модуль) Si5351
Микросхема Si5351 это конфигурируемый через I2C генератор тактовых частот, идеально подходящий для замены кварцев, кварцевых генераторов, генераторов VCXO (voltage-controlled crystal oscillator – кварцевый генератор, управляемый напряжением), синтезаторов с ФАПЧ (PLL), буферов развязки в приложениях, критичных к общей стоимости. Базируясь на архитектуре PLL/VCXO + high resolution MultiSynth fractional divider, Si5351 может генерировать любую частоту до 200 МГц на каждом из выходов с нулевым отклонением от заданного значения (0 ppm error). Для удовлетворения различным требованиям приложений Si5351 выпускается в 3 версиях. Si5351A генерирует до 8 не зависящих друг от друга тактовых сигналов, используя внутренний генератор, что позволяет заменить несколько кварцев или кварцевых генераторов. В Si5351B добавлен внутренний VCXO, что дает возможность заменить как свободно (независимо друг от друга), так и синхронно генерируемые тактовые частоты. Это устраняет необходимость применения дорогих специальных кварцев, предоставляя при этом высокую надежность работы в широком диапазоне настраиваемых частот. Si5351C предоставляет такую же гибкость, но синхронизируется при этом с внешним опорным генератором (CLKIN).
Узнать более подробную информацию о микросхеме Si5351 и ее подключение к плате Arduino вы можете на сайте ее разработчика. Также принципы ее работы неплохо описаны на сайте microsin.net.
Схема проекта
Схема генератора перестраиваемой частоты на Arduino и модуле Si5351 представлена на следующем рисунке.
Внешний вид собранной конструкции проекта показан на следующем рисунке.
Печатная плата для генератора
Печатную плату для рассматриваемого в данной статье проекта генератора вы можете скачать по следующей ссылке. Внешний вид печатной платы для проекта показан на следующих рисунках.
Инструкции по работе с проектом
Для работы с проектом выполните следующую последовательность шагов:
Внесение изменений в настройки проекта (User Preferences)
Вы можете изменить следующие строки в скетче:
#define IF 455 //введите вашу IF (промежуточную) частоту, ex: 455 = 455kHz, 10700 = 10.7MHz, 0 = прямое преобразование частоты приемника или радиочастоты генератора, «+» будет добавляться, а «-» будет вычитаться сдвиг промежуточной частоты.
#define BAND_INIT 7 // введите ваш начальный диапазон (Band) (1-21) в начале работы проекта, ex: 1 = Freq Generator, 2 = 800kHz (MW – средние волны), 7 = 7.2MHz (40m), 11 = 14.1MHz (20m).
#define XT_CAL_F 33000 // коэффициент калибровки модуля Si5351, можно настроить чтобы получить точно 10MHz. Увеличение этого значения будет уменьшать частоту и наоборот.
#define S_GAIN 303 //настройка чувствительности входа измерителя мощности (Signal Meter A/D input): 101 = 500mv; 202 = 1v; 303 = 1.5v; 404 = 2v; 505 = 2.5v; 1010 = 5v (max).
#define tunestep A0 //контакт, к которому подключена кнопка для настройки шага настройки.
#define band A1 //контакт, к которому подключена кнопка для выбора частотного диапазона.
#define rx_tx A2 // контакт, к которому подключена кнопка для выбора режима RX / TX, RX = switch open (переключатель открыт), TX = switch closed to GND (переключатель замкнут на землю). В режиме TX частота IF (промежуточная) не учитывается.
#define adc A3 //контакт, используемый как вход измерителя мощности (Signal Meter A/D input).
Цифровой генератор на si5351
Схема данного генератора построена на чипе Silicon Labs si5351s и графическом ЖК-дисплее от Nokia 5110/3310.
Это универсальный цифровой многовыходной VFO для любительских радиоприемников.
Мой цифровой VFO si5351a во время тестирования на моем стенде.
Вступление
Этот VFO — мой последний вариант из продолжающейся серии разработок. Она началась еще в 2008 году с моего DDS VFO на базе AD9850.
Один из моих последних проектов: Генератор RF основан на CS2000
(ссылка на описание ниже, но этот новый si5351 VFO намного лучше!)
В конце концов, у меня получилось с чипом CS2000 и вовсе не благодаря Cirrus Logic. Полученная в результате простая конструкция генератора сигналов описана в другом месте на сайте.
Проект на новом чипе Silicon Labs si5351a CMOS
Вскоре после этого я наткнулся на некоторые работы, выполняемые на новом чипе часов Silicon Labs si5351a CMOS. Он был похож на si570, но с рядом дополнительных функций.
Как и si570, он содержит пару UHF VCOs в сочетании с PLLs. Три программируемых делителя принимают один из этих двух выходов PLL и генерируют три отдельных тактовых выхода; три прямоугольных выхода в любом месте от 2,5 кГц до 200 МГц в соответствии с таблицей данных. Потребление тока VFO выглядело в диапазоне 20-30 мА при 3,3 В. Все это выглядело многообещающе.
Чип был легко доступен, и цена была приемлемой. Чуть больше 1 доллара США каждый! Да, определенно оценено в моем бюджете. Он совсем крошечный – около 3мм х 3мм.
В устройстве имеется более 150 регистров, которые требуют индивидуальной настройки.
Чтобы определить значения для загрузки в эти регистры, нужно было сделать несколько менее занимательных математических вычислений, чтобы преобразовать частоту, которую я хотел, в необработанные данные, которые будут загружаться каждый раз, когда эта частота изменится.
Я не хотел быть привязанным к использованию среды программирования Arduino и аппаратного обеспечения. Платы Arduino не являются дорогими, но системы на базе Arduino имеют тенденцию становиться физически большими, как только все будет добавлено. Там часто много пустого пространства.
Кроме того, почти все конструкции Arduino (и другие), которые я видел до сих пор, похоже, использовали буквенно-цифровой ЖК-дисплей 2×16. Эти дисплеи могут быть весьма ограничивающими для макета панели VFO и трансивера.
Я хочу сразу увидеть несколько частот VFO на моем дисплее VFO, а также состояние различных настроек VFO. Использование дисплея Nokia также может обеспечить более компактную компоновку передней панели.
Дисплей работающего si5351 VFO с синей подсветкой более очевиден, чем это имеет место в реальной жизни.
Что именно я хочу от моего VFO?
Я поставил себе некоторые четкие цели:
По-моему, это довольно длинный список. И я думаю, что мне удалось достичь их всех.
Принципиальная схема генератора
Мой новый низкоточный гибкий si5351a VFO использует несколько деталей и работает при напряжении 3,3 в
На первый взгляд это может показаться немного сложным. Однако на самом деле в схеме очень мало компонентов.
Процессор ATmega328 лежит в основе VFO и контролирует все. Выбор процессора изначально определялся количеством требуемых линий ввода-вывода. С широким спектром функций, которые я хотел встроить в VFO, и планируемым использованием компилятора языка высокого уровня, я ожидал, что потребуется разумное количество пространства для кода. ATmega328 (или ATmega328P) имеет 32k программного пространства и 8k оперативной памяти, и это один из самых дешевых процессоров в этом семействе.
Чтобы уменьшить количество деталей процессор работает на 3,3 В. Это также немного снижает потребление тока.
Микросхема генератора si5351a подключена непосредственно к контактам интерфейса I2C ATmega328.
Графический дисплей Nokia также подключается непосредственно к процессору. Процессор работает на частоте 8 МГц, используя свои внутренние часы.
Никакого дополнительного процессорного кристалла не требуется, и это немного снижает стоимость.
Тактовая частота 8 МГц — это самая быстрая скорость, на которой Mega328 может работать с питанием 3,3 В. Несмотря на это, он легко может удовлетворить требования этого приложения!
Подключение к ЖК-дисплею Nokia немного отличается от обычного. Почти каждый дизайн, который я видел, настаивает на подключении CE дисплея (Chip Enable), RST (Reset) и даже линий BL (Backlight). В большинстве случаев они не должны управляться процессором. Поскольку дисплей работает все время, контакты CE и BL можно просто привязать к Земле. Первая линия ожидает только краткого «логического минимума» сразу после подачи питания. После этого он просто держится высоко. Поэтому можно просто использовать простую RC-схему, чтобы позаботиться об этом. Все это означает, что для отображения требуется всего три вывода процессора.
Роторный энкодер — это стандартная недорогая деталь, которую я купил у одного из обычных китайских поставщиков. Кнопки аналогичны всем стандартным недорогим мгновенным переключателям на печатной плате, которые стоят несколько центов.
Управление RIT представляет собой стандартный линейный переменный резистор. В среднем положении, когда ручка настроена на “12-полдень», нет никакого сдвига частоты, когда RIT включен. Вращая его полностью по часовой стрелке, примерно до “5 часов», полученная частота повысится на 2,5 кГц. Если он будет полностью против часовой стрелки, примерно «7 часов», то полученная частота упадет на 2,5 кГц. Для меня этот диапазон примерно подходит для тонкой настройки как для работы SSB, так и для работы CW.
Низкое падение напряжения низкое энергопотребление 3.3 V трёхконтактный регулятор (TS2950CT33) используется для питания. Входное напряжение может упасть так низко, как около 4 в, прежде чем оно выйдет из регулирования, и может без труда подняться до 15 В. Это возможно, потому что весь VFO потребляет всего 30 мА. Он рассеивает только около 40 МВт. Идеально подходит для приемопередатчиков QRP с батарейным питанием.
Я не добавил никаких дополнительных выходных буферов генератора к выходам si5351a, потому что они уже существуют в моем трансивере. Тем не менее, ваше приложение может потребовать их.
Программное обеспечение
Все программное обеспечение написано на Bascom, базовом языке семейства процессоров AVR. Я сделал программное обеспечение доступным для скачивания по ссылке ниже только для некоммерческого использования. В настоящее время этот загрузочный файл состоит только из шестнадцатеричного кода. Как только код станет немного более стабильным (я могу добавить еще несколько функций и исправить несколько ошибок, когда/если таковые имеются)…) затем я предоставлю исходный код, доступный для загрузки, а также, в зависимости от интереса.
Итак, что же на самом деле делает программное обеспечение? Ну, в большинстве случаев программное обеспечение просто отображает напряжение S-метра и смотрит на поворотный кодер и кнопки, чтобы увидеть, если пользователь что-то меняет. Поскольку поворотный энкодер является наиболее важным устройством синхронизации, фоновый таймер постоянно проверяет его состояние. Кнопки и управление RIT просто периодически проверяются.
Любое изменение приведет к вычислению новых данных. Это затем преобразуется в правильную последовательность около 20 байт для каждого из двух выходов генератора (VFO и BFO/CIO), и данные отправляются на si5351. Затем информация на жидкокристаллическом дисплее обновляется, чтобы отразить новый статус.
А затем процессор возвращается, чтобы искать следующее изменение в коммутаторе или кодере.
Дисплей VFO
Поскольку VFO поддерживает двойные VFO (VFO A и VFO B), ЖК-дисплей отображает частоту текущего активного VFO большими символами (и генерируется на выходе CLK0), а также частоту альтернативного VFO. Последняя частота отображается с помощью меньших символов, чтобы сделать выбор частоты более четким. Можно переключаться между этими двумя VFO в любое время с помощью кнопки A/B или сохранять текущую частоту VFO A в памяти VFO B. Это очень полезно для работы с DX, например, для захвата частоты, которую Вы хотите периодически возвращать для проверки во время настройки и работы в другом месте диапазона.
Обе частоты отображаются с разрешением 1 Гц, хотя наименьший поддерживаемый шаг настройки составляет 5 Гц. Как функции, так и значения, как и почти все остальное в дизайне, легко изменяются в программном обеспечении.
Ниже этой информации на ЖК-дисплее также отображаются подробные сведения об общей конфигурации VFO. Это включает в себя (четвертая строка на дисплее, слева направо):
Текст используется для первых двух элементов, а значки — для последних трех в списке.
Наконец, базовый S-метр (уровень сигнала) отображается в виде гистограммы вдоль нижней линии ЖК-дисплея. (Фактический дисплей немного отличается от показанного здесь, потому что я вернулся к непрерывной полосе для простоты) эта гистограмма S-метра периодически обновляется на основе постоянного напряжения на входном выводе S-метра на плате VFO. Он принимает стандартный входной сигнал от 0-5V, где 0V = нет сигнала и 5V = максимальный сигнал.
В настоящее время он не калибруется, хотя дополнительное программное обеспечение может быть добавлено в соответствующую подпрограмму теми, кто хочет получить более точный S-метр. Я не делал этого, потому что каждый трансивер имеет тенденцию иметь немного разные характеристики в этой области.
Сборка прибора
В зависимости от спроса я могу разработать печатную плату для VFO. С другой стороны, учитывая минимальное количество деталей, вероятно, почти так же легко повторить мой метод построения. Я построил свой прототип на кусочке макетной платы. Я использовал 0,1-дюймовые штыревые полоски на плате VFO для внешних соединений, например для дисплея. Я припаял соответствующую 0,1-дюймовую полоску гнезда на плате Nokia, чтобы дисплей можно было напрямую подключить к основной процессорной плате. Аналогичные разъемы использовались для управления RIT, входа PTT и входа S-метра. Выходы BPF select могут использовать аналогичный разъем, хотя я использовал здесь 6-контактный разъем DIL, потому что это все, что у меня было доступно в то время.
фото до добавления входных разъемов S-метра и выходных разъемов BPF. Si5351 установлен на небольшой печатной плате адаптера SMD-DIL рядом с кварцем на 25 МГц. Я также добавил еще пару кнопок после того, как эта фотография была сделана.
Регулятор lp2950-type 3.3 V поставляется в небольшом корпусе TO-92. Он никогда не нагревается во время работы и поэтому не требует какой-либо формы радиатора. Это очень далеко от регулятора LM7805 для моих старых конструкций AD9850 DDS VFO, которые могли бы стать очень горячими.
Дисплей Nokia — это стандартный модуль, доступный от обычных китайских поставщиков. Они имеют стеклянный жидкокристаллический дисплей с его встроенным жидкокристаллическим контроллером, удерживаемым на месте на небольшой печатной плате с помощью сложенной металлической крышки. Зажимы на этой металлической крышке удерживают дисплей против гибкого проводящего резинового разъема, чтобы сделать соединения между дисплеем и контактами на печатной плате.
Предупреждение! Возможно, неудивительно, что некоторые поставщики недорогих компонентов в глубинах Китая, похоже, не имеют никакой формы контроля качества. Из шести ЖК-модулей Nokia, которые я купил недавно, только один работал по прибытии, а два частично работали. Остальные просто не работали вообще.
В конце концов я спроектировал и построил небольшую доску для тестирования дисплеев с помощью AT89C2051, который у меня случайно нашелся. Тщательно разбирая каждый узел дисплея Nokia на части, очищая каждую из деталей, тщательно собирая и перенастраивая каждый узел, а затем повторно тестируя их на своей тестовой плате, мне удалось заставить все дисплеи работать. Некоторым потребовалось три попытки, прежде чем они начали работать.
Разобранный дисплейный модуль Nokia во время процесса очистки и перестройки эластомерного разъема
Поскольку si5351a доступен только в 10-контактном SMD-пакете, я использовал небольшую плату адаптера SMD-to-DIP для его монтажа. Пайка чипа на плате адаптера довольно проста. Затем он был установлен на плате VFO. Если бы я проектировал печатную плату для VFO, у меня был бы соблазн спроектировать ее для SMD-версии процессора и регулятора ATmega, чтобы минимизировать общий размер VFO. Скорее всего, он окажется не больше, чем дисплей Nokia. Хорошая мысль 🙂
Настройка, изменения и модификации
В процессе работы кварц на 25 МГц, приводящий в действие si5351a, может быть смещен до 3 кГц. Это вызвано комбинацией точности производителя, цены, температуры окружающей среды и нагрузки на кристалл от si5351. Короче говоря, значение константы «xtal», используемой в программном обеспечении, может потребовать корректировки.
Как только VFO заработает, установите VFO на выход 25,0000 МГц, измерьте фактический выход с помощью точного счетчика частоты и измените значение константы соответствующим образом. Перекомпилируйте программное обеспечение и перепрошейте процессор.
Программное обеспечение написано предполагая, что если 8867 кГц. Опять же, это значение (для BFO/CIO) записывается в программное обеспечение и может быть изменено в соответствии с вашими требованиями. Аналогичная константа записывает рабочую частоту, при которой VFO переключается с высокой стороны (выходная частота VFO = рабочая частота + частота IF) на низкую сторону впрыска (выходная частота VFO = рабочая частота-частота IF). Более поздние усовершенствования могут добавить специфичный для полосы флаг, указывающий на высокую или низкую боковую инъекцию. На данный момент эта простая система работает.
Каждого диапазона (160М, 80м и т. д.) Имеет две частоты запуска, хранится в программе в виде констант в режиме VFO A и VFO B на каждом диапазоне. Они вызываются VFO при включении питания и хранятся в восемнадцати полосных запоминающих устройствах (то есть два VFO на полосу х 9 полос). Когда Вы меняете полосы частот во время использования VFO, последняя пара частот, используемых на каждой полосе, сохраняется в памяти. Когда Вы возвращаетесь к этому диапазону, эти настройки перезагружаются.
Эти значения, хранящиеся в оперативной памяти процессора, теряются при отключении питания. Те, кто хочет более длительного хранения данных, могут изменить программное обеспечение, чтобы использовать память EEPROM процессора. В ATmega328 недостатка в этом нет. Можно добавить резервный аккумулятор к процессору и отправлять его в режим пониженного энергопотребления, когда генератор выключен.
Примечание: На момент написания статьи программное обеспечение потребляет около 50% от 32 КБ программного пространства в ATmega328. Это далеко за пределами бесплатной версии Bascom. Как только все оставшиеся ошибки будут устранены, я также загружу исходный код сюда. Если вам нужно изменить и перекомпилировать это программное обеспечение для VFO, вам, возможно, придется найти друга с полной версией Bascom или купить копию для себя. Просто чтобы ты знал…
Вот обновленный прототип с большим количеством вещей, висящих на нем. Кластер из четырех светодиодов в верхнем центре был добавлен для тестирования выходных линий диапазона. Дочерняя плата с двумя переключателями в центре переднего плана должна была добавить дополнительные кнопки» A=B «и» Band Down». Наконец, потенциометр в левом верхнем углу был добавлен для проверки дисплея S-метра. Все немного грубо.
Под дисплеем вы можете видеть вдоль верхнего края платы, слева направо, вход PTT, вход S-метра и вход RIT с подключенным RIT pot. Перемычка справа от полосы выбора тестовых светодиодов позволяла осуществлять выбор мощности во время программирования (через бортовой регулятор или от программатора).
Заключение
Короче говоря, есть место, чтобы добавить дополнительные функции. Есть три свободных контакта для дополнительных кнопок или для выходов для управления другими вещами. Расширение конструкции, скажем, до 12 полос или более, или для других более специализированных применений должно создавать мало проблем.
Еще одна мысль, которая у меня была, состояла в том, чтобы сделать версию этого VFO, используя маленький 8-контактный Tiny85 и дисплей I2C. Было бы интересно посмотреть, смогу ли я сжать основной код до базовых функций и заставить его поместиться в этом пространстве кода. Затем постройте все это в SMD. Я подумаю над этим.
Так что теперь вы можете выбрать VFO, который вам больше нравится. Вот фото двух генераторов:
Мой следующий шаг будет заключаться в завершении трансивера, который я планирую использовать с более полным многополосным VFO, описанным на этой странице.
Один из возможных вариантов компоновки передней панели-я думал о том, что
макет печатной платы мог бы выглядеть так, если бы я установил его прямо за передней панелью, поэтому я набросал этот рисунок в качестве первого шага
Макет печатной платы
Благодаря усилиям Cristi YO3FLR печатная плата была предназначена для этого генератора. Он дал согласие на публикацию в формате Sprint Layout-6.
Загрузки:
ZL2PD_si5351vfoV11 — этот файл содержит исходный код Bascom и шестнадцатеричный файл HEX для текущей версии генератора. Он также содержит другие вспомогательные файлы, необходимые для компиляции кода и др.
Примечание: это программное обеспечение не так эффективно, как мне бы хотелось — оно примерно на 10% больше, чем должно быть из-за некоторого ненужного дублирования кода, но я, вероятно, разберусь с этим в следующей версии. Я также буду время от времени изменять его в зависимости от того, что я обнаружу, когда интегрирую новый VFO с моим новым трансивером, который в настоящее время находится в стадии разработки. Я делаю его доступным для скачивания здесь, чтобы другие тоже могли наилучшим образом использовать его.
Fuse settings for the ATmega328 следующие:
Байт блокировки: 0ffh (Без блокировок)
Байт EXTd: 0ffh (BOD отключен)
Высокий байт: 0d9h
RSTDISBL 1 не отключается
DWEN 1 DW не включен
Spien 0 SPI Программирование включено
WDTON 1 сторожевой таймер выключен
EESAVE 1 EEPROM не сохраняется в стирании
BOOTSZ1 0 размер загрузочного ПЗУ
BOOTSZ0 0
BOOTRST 1 нет загрузочного вектора при запуске
Низкий байт: 0e2h
CKDIV8 1 не делится на 8
Предоставляются следующие удобства и услуги 1 не включен
SUT1 1 медленно растущая мощность
SUT0 0
Cksel3 0 8 МГц внутренние RC часы
CKSEL2 0
CKSEL1 1
CKSEL0 0
Вы, наверное слышали или даже собирали металлоискатель «Малыш» или «Малыш FM-2». Малыш ФМ – это один из самых простых металлоискателей на сегодняшний день. Схема малыш ФМ — является отличным решением для изготовления пинпойнтера.
Схема металлоискателя Малыш ФМ простая, а также несложная для изготовления поисковая катушка.
Металлоискатель пользуется популярностью среди радиолюбителей, даже несмотря на его небольшие недостатки, описанные ниже.
Это, пожалуй самый простой селективный металлоискатель, который сможет собрать даже начинающий радиолюбитель.
Металлоискатель на срывах синхронизации «Бабочка»
Для начинающих простая схема металлоискателя на двух катушках, основана на принципе срыва синхронизации этих самых генераторов. В интернетe есть много разных схем металлоискателей, но правильно настроить и отрегулировать собранную схему без осциллографа достаточно тяжело начинающему радиолюбителю. Мы предлагаем собрать простой металлоискатель своими руками с простыми настройками. Подробнее…
Antivirus TrustGo & Mobile Security
Сегодня в глобальной сети Интернет полно всяких вирусов и различных шпионских программ. Если Вы пользуетесь Интернетом, то для безопасности Вашего телефона лучше установить антивирус.
Антивирус — это специальная программа, которая позволяет защитить Ваш телефон, компьютер и т.п. от атак всевозможных вредоносных программ.