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.

Внешний вид генератора перестраиваемой частоты 10 кГц – 225 МГц на Arduino и модуле Si5351

Также на нашем сайте вы можете посмотреть похожие проекты:

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
  2. Инкрементальный энкодер с кнопкой (купить на AliExpress).
  3. OLED дисплей 128х64 (купить на AliExpress - для данного проекта можно покупать модель с 4-мя контактами поскольку используется его подключение по интерфейсу I2C).
  4. Adafruit SI5351 CLOCK GEN (генератор тактовых частот) (купить на AliExpress).
  5. Toggle Switch, SPDT (переключатель).
  6. Panasonic RCA JACK (выходной радиочастотный разъем).
  7. Конденсаторы 10 нФ и 100 нФ (купить на AliExpress).
  8. Конденсатор 10 мкФ (купить на AliExpress).
  9. Резистор 1 кОм (купить на AliExpress).
  10. Катушка индуктивности 100 мкГн (Inductor 100 uH) (купить на AliExpress).

Общие принципы работы проекта

В данном проекте рассматривается генератор перестраиваемой частоты (variable-frequency oscillator, VFO), пригодный для использования в "домашних" (Do It Yourself , DIY) условиях. Этот генератор может пригодиться в синтезаторах частоты, супергетеродинных радиоприемниках, SDR-приемопередатчиках и т.д. Генератор имеет шкальный индикатор (Bargraph indicator) для отображения мощности сигнала (S-Meter) и 20 заранее установленных диапазонов частот.

Формирование с помощью генератора синусоидального сигнала

Основные особенности проекта:

  • рабочий диапазон от 10 кГц до 225 МГц;
  • шаг настройки: 1 Гц, 10 Гц, 1 кГц, 5 кГц, 10 кГц и 1 МГц;
  • регулируемое смещение (+ или -) промежуточной частоты (ПЧ);
  • 20 заранее установленных диапазонов частот (с быстрым доступом) в полосах частот АМ-вещания (BCB) и радиолюбительских диапазонах (HAM frequencies);
  • режим генерации сигналов (функциональный генератор);
  • для использования в качестве местного генератора на самодельных супергетеродинных радиоприемниках или радиоприемниках с прямым преобразованием;
  • для использования в качестве генератора переменной частоты для радиолюбителей;
  • для использования в качестве простого тактового генератора для калибровки или генерации тактовых импульсов;
  • шкальный индикатор для отображения мощности сигнала через вход АЦП (аналого-цифрового преобразователя);
  • возможность работы с платами Arduino Uno, Nano и Pro Mini;
  • использует стандартный дисплей 128x64 I2C OLED SSD1306 и модуль Si5351;
  • передача данных по интерфейсу I2C, необходимо всего 2 провода для подключения дисплея и модуля Si5351 к плате Arduino;
  • высокая стабильность и точность генерации частоты;
  • хорошая эффективность, невысокая стоимость, можно собрать в домашних условиях.

Микросхема (модуль) Si5351

Внешний вид модуля 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.

Схема генератора перестраиваемой частоты на Arduino и модуле Si5351Внешний вид собранной конструкции проекта показан на следующем рисунке.

Внешний вид собранной конструкции проекта

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.

Внешний вид печатной платы для проекта (вид сверху)

Внешний вид печатной платы для проекта (вид снизу)

Инструкции по работе с проектом

Для работы с проектом выполните следующую последовательность шагов:

  • подготовьте аппаратную часть проекта согласно представленной схемы;
  • подайте питание на плату Arduino;
  • откройте код программы в Arduino IDE, установите все необходимые библиотеки;
  • установите настройки проекта (preferences) (описаны далее в статье), скомпилируйте скетч и загрузите его в плату Arduino Nano, Uno или Pro Mini;
  • вращайте ручку инкрементального энкодера для увеличения или уменьшения генерируемой частоты;
  • нажимайте кнопку 1 для изменения шага настройки. Возможные шаги настройки: 1 Гц, 10 Гц, 1 кГц, 5 кГц, 10 кГц и 1 МГц;
  • нажимайте кнопку 2 для выбора одного из заранее установленных частотных диапазонов или выберите режим генератора (generator mode);
  • включайте/выключайте переключатель SW 2 для переключения между режимами RX и TX. В режиме RX переключатель SW 2 открыт, а в режиме TX он замкнут на землю (GND). В режиме TX значение IF (промежуточной частоты) не добавляется/вычитается из выхода RF (радиочастоты) – этот режим отлично подходит для использования в домашних приемопередатчиках;
  • подключите выходной сигнал с измерителя мощности (S-Meter) от вашего радиоприемника (радиостанции) к разъему X2 (вход S-Meter'а). Этот вход имеет настраиваемую чувствительность, его коэффициент усиления можно настроить в приведенном скетче. На данный вход можно подавать сигналы от 500mV до 5V (max);
  • важное дополнение: if it freezes in the initialization text, comment (put a //) at the line 77 statup_text ();

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).

Отображаемая информация на экране OLED дисплея

Исходный код программы (скетча)

Видео, демонстрирующее работу генератора

Источник статьи

(1 голосов, оценка: 5,00 из 5)
Загрузка...
13 273 просмотров

Комментарии

Генератор перестраиваемой частоты 10 кГц – 225 МГц на Arduino и модуле Si5351 — 28 комментариев

  1. Подскажите пожалуйста: имеется ли код работы контроллера для гетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты? что бы можно было задать 2 ПЧ ?

  2. А можно сделать так чтоб Si5351 с другого выхода еще и ПЧ выдавал? И можно ли сделать кнопку чтоб частоту генератора с выхода RFOUT можно было переключать выше или ниже основной частоты на частоту ПЧ так сказать включать верхнюю или нижнюю боковую полосу?

    • Дмитрий, к сожалению, затрудняюсь ответить. Я эту статью перевел с англоязычного источника, но ни у меня, ни у моих студентов пока не дошли руки ее собрать. Да, мы часть проектов, которые я перевожу, собираем, но собрать их все в железе просто нереально одному небольшому коллективу. Наверняка ответы на все ваши вопросы есть в даташите на модуль Si5351, надо его просто повнимательнее изучить.
      На простые вопросы по этому проекту я еще могу ответить, но ваши вопросы требуют погружаться в "глубину".

  3. Здравствуйте. Разъясните пожалуйста по поводу Микросхемы (модуль) Si5351. Перешел по вашей ссылке на продавца. Стоимость с пересылкой порядка 10 у.е. Но тут же рядом предложения в 3 раза дешевле. Есть ли особенности данного модуля или подойдёт любой. Как выбрать? Заранее благодарю.

    • Добрый день. Можно покупать в 3 раза дешевле. Просто на момент публикации этой статьи дешевых вариантов не было, пришлось поставить хотя бы такой. И, я к сожалению, не могу гарантировать что по моим ссылкам самые выгодные условия покупки. Да, на момент установки ссылки я стараюсь подобрать наиболее выгодный вариант по цене и надежности продавца, но конъюнктура цен на AliExpress постоянно меняется и уследить за всеми этими изменениями по всем компонентам, которые есть в статьях на моем сайте, я не могу. Но я же никоим образом не принуждаю к покупке именно по моим ссылкам, вы сами можете подобрать наиболее выгодный для себя вариант

  4. Добрый день. При компиляции выдаёт кучу ошибок. Подскажите пожалуйста :Arduino: 1.8.16 (Windows 10), Плата:"Arduino Nano, ATmega328P"

    Generator:27:19: error: no matching function for call to 'Si5351::Si5351(int)'

    Si5351 si5351(0x60); //Si5351 I2C Address 0x60 (адрес I2C для Si5351)

    ^

    In file included from C:\Users\12\Documents\Arduino\Generator\Generator.ino:10:0:

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:270:2: note: candidate: Si5351::Si5351()

    Si5351(void);

    ^~~~~~

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:270:2: note: candidate expects 0 arguments, 1 provided

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:267:7: note: candidate: constexpr Si5351::Si5351(const Si5351&)

    class Si5351

    ^~~~~~

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:267:7: note: no known conversion for argument 1 from 'int' to 'const Si5351&'

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:267:7: note: candidate: constexpr Si5351::Si5351(Si5351&&)

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:267:7: note: no known conversion for argument 1 from 'int' to 'Si5351&&'

    Generator:31:12: error: 'XT_CAL_F' was not declared in this scope

    long cal = XT_CAL_F;

    ^~~~~~~~

    C:\Users\12\Documents\Arduino\Generator\Generator.ino: In function 'void setup()':

    Generator:77:44: error: no matching function for call to 'Si5351::init(int, int, int)'

    si5351.init(SI5351_CRYSTAL_LOAD_8PF, 0, 0);

    ^

    In file included from C:\Users\12\Documents\Arduino\Generator\Generator.ino:10:0:

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:271:7: note: candidate: void Si5351::init(uint8_t, uint32_t)

    void init(uint8_t, uint32_t);

    ^~~~

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:271:7: note: candidate expects 2 arguments, 3 provided

    Generator:78:30: error: 'SI5351_PLL_INPUT_XO' was not declared in this scope

    si5351.set_correction(cal, SI5351_PLL_INPUT_XO);

    ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~

    C:\Users\12\Documents\Arduino\Generator\Generator.ino:78:30: note: suggested alternative: 'SI5351_PLL_INPUT_SOURCE'

    si5351.set_correction(cal, SI5351_PLL_INPUT_XO);

    ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~

    SI5351_PLL_INPUT_SOURCE

    C:\Users\12\Documents\Arduino\Generator\Generator.ino: In function 'void tunegen()':

    Generator:137:71: error: no matching function for call to 'Si5351::set_freq(long long unsigned int, si5351_clock)'

    si5351.set_freq((freq + (interfreq * 1000ULL)) * 100ULL, SI5351_CLK0);

    ^

    In file included from C:\Users\12\Documents\Arduino\Generator\Generator.ino:10:0:

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:272:10: note: candidate: uint8_t Si5351::set_freq(uint64_t, uint64_t, si5351_clock)

    uint8_t set_freq(uint64_t, uint64_t, enum si5351_clock);

    ^~~~~~~~

    C:\Users\12\Desktop\���������\�������\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master/si5351.h:272:10: note: candidate expects 3 arguments, 2 provided

    Несколько библиотек найдено для "Adafruit_GFX.h"

    Используется: C:\Users\12\Documents\Arduino\libraries\Adafruit_GFX_Library

    Не используется: C:\Users\12\Documents\Arduino\libraries\Adafruit

    Несколько библиотек найдено для "Adafruit_SSD1306.h"

    Используется: C:\Users\12\Documents\Arduino\libraries\Adafruit_SSD1306

    Не используется: C:\Users\12\Documents\Arduino\libraries\Adafruit_SSD1306_Wemos_Mini_OLED

    Не используется: C:\Users\12\Documents\Arduino\libraries\Adafruit_SSD1306-master

    Несколько библиотек найдено для "si5351.h"

    Используется: C:\Users\12\Desktop\ГЕНЕРАТОР\АРДУИНО\arduino-latest-windows\arduino-1.8.16\libraries\Si5351Arduino-master

    Не используется: C:\Users\12\Documents\Arduino\libraries\Etherkit_Si5351

    exit status 1

    no matching function for call to 'Si5351::Si5351(int)'

    • Здравствуйте. У вас основная часть ошибок связана с библиотеками. Попробуйте при подключении библиотеки в начале программы изменить si5351.h на Si5351.h. То есть заменить маленькую букву "s" на большую "S". Также можно попробовать установить si5351 непосредственно из менеджера библиотеки, а не по ссылке в коде программы - как предложил Иван (см. коммент ниже). У него после этого все заработало. И с библиотекой SSD1306 у вас что то не так, попробуйте ее также установить из менеджера библиотек

    • Крутил, вертел и так и сяк, но вроде компиляция получилось. Исправил две строки.
      28: Si5351 si5351; //Si5351 I2C Address 0x60
      79: si5351.set_correction(0);

  5. собрал схему, работает, выдавала ошибку компиляции пока не установил si5351 непосредственно из менеджера библиотеки, а не по ссылке в коде, с ним не работало...

    • Хорошо, спасибо за это уточнение. Надеюсь оно поможет другим пользователям нашего сайта, которые сталкиваются с аналогичной проблемой

        • Как сказал Арнольд Шварценеггерр в фильме "Красная жара" какие ваши доказательства? ))

          • Осциллограф показывает, после 60мгц частота начинает падать а не продолжает увеличиваться, ну осциллограф у меня тоже китайский, может и в нём проблема, но вряд ли)

            • Ну вот мы и подобрались ближе к истине. )) Но не буду спорить, подождем комментариев других пользователей относительно рабочего диапазона описанного здесь генератора. Судя по количеству просмотров статья явно вызывает интерес. И, что меня удивляет больше всего, почти все статьи на нашем сайте про генераторы сигналов на основе Ардуино пользуются достаточно большой популярностью. Такое ощущение, что информации на эту тематику в рунете не хватает. Но ведь это не так, я, когда проводил информационный поиск, видел много статей про генераторы сигналов и на других сайтах

  6. Добрый день, заинтересовала ваша схема, скажите можно ли использовать вашу схему для настройки тракта ПЧ УКВ радиоприемников, пока начинаю в этом деле, дорогими приборами нет возможности обзавестись, так был бы весьма к стати. спасибо.

    • Добрый вечер. Через неделю могу попробовать вам подсказать когда вернусь из отпуска. Напишите тогда здесь ещё один комментарий через неделю если эта проблема будет для вас актуальной. Постараюсь помочь

  7. Adafruit_SSD1306.h:40:17: fatal error: SPI.h: No such file or directory
    #include
    ^
    compilation terminated.
    Ошибка компиляции.

    Как исправить ?

    • Добавьте подключение библиотеки #include SPI.h (не забудьте открывающие и закрывающие угловые скобки вокруг названия библиотеки в этой команде - просто правила безопасности сайта не дают их опубликовать в тексте комментария).
      Почему то автор проекта не указал ее в коде программы

  8. Ругается на строчку
    long cal = XT_CAL_F;

    sketch_jun21b:31:12: error: 'XT_CAL_F' was not declared in this scope
    long cal = XT_CAL_F;
    ^~~~~~~~
    exit status 1
    'XT_CAL_F' was not declared in this scope

    • Добавьте в начало программы в блок определений #define XT_CAL_F 33000, почему то в статье автор ее описал, а в текст программы забыл включить

    • Попробуйте при подключении библиотеки в начале программы изменить si5351.h на Si5351.h. То есть заменить маленькую букву "s" на большую "S"

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.