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:
- генератор сигналов на Arduino и DDS модуле AD9833;
- генератор сигналов прямоугольной и синусоидальной формы на Arduino.
Необходимые компоненты
- Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
- Инкрементальный энкодер с кнопкой (купить на AliExpress).
- OLED дисплей 128х64 (купить на AliExpress - для данного проекта можно покупать модель с 4-мя контактами поскольку используется его подключение по интерфейсу I2C).
- Adafruit SI5351 CLOCK GEN (генератор тактовых частот) (купить на AliExpress).
- Toggle Switch, SPDT (переключатель).
- Panasonic RCA JACK (выходной радиочастотный разъем).
- Конденсаторы 10 нФ и 100 нФ (купить на AliExpress).
- Конденсатор 10 мкФ (купить на AliExpress).
- Резистор 1 кОм (купить на AliExpress).
- 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.
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
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:
- 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).
Исходный код программы (скетча)
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 |
/********************************************************************************************************** 10kHz to 225MHz VFO / RF Generator with Si5351 and Arduino Nano, with Intermediate Frequency (IF) offset (+ or -), RX/TX Selector for QRP Transceivers, Band Presets and Bargraph S-Meter. See the schematics for wiring and README.txt for details. By J. CesarSound - ver 2.0 - Feb/2021. ***********************************************************************************************************/ //Libraries #include <Wire.h> //библиотека для работы с интерфейсом I2C #include <Rotary.h> //Ben Buxton https://github.com/brianlow/Rotary #include <si5351.h> //Etherkit https://github.com/etherkit/Si5351Arduino #include <Adafruit_GFX.h> //Adafruit GFX https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library #include <Adafruit_SSD1306.h> //Adafruit SSD1306 https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306 //пользовательские настройки //------------------------------------------------------------------------------------------------------------ #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 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). //------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Rotary r = Rotary(2, 3); Adafruit_SSD1306 display = Adafruit_SSD1306(128, 64, &Wire); Si5351 si5351(0x60); //Si5351 I2C Address 0x60 (адрес I2C для Si5351) unsigned long freq, freqold, fstep; long interfreq = IF, interfreqold = 0; long cal = XT_CAL_F; unsigned int smval; byte encoder = 1; byte stp, n = 1; byte count, x, xo; bool sts = 0; unsigned int period = 100; unsigned long time_now = 0; ISR(PCINT2_vect) { char result = r.process(); if (result == DIR_CW) set_frequency(1); else if (result == DIR_CCW) set_frequency(-1); } void set_frequency(short dir) { if (encoder == 1) { //Up/Down frequency if (dir == 1) freq = freq + fstep; if (freq >= 225000000) freq = 225000000; if (dir == -1) freq = freq - fstep; if (fstep == 1000000 && freq <= 1000000) freq = 1000000; else if (freq < 10000) freq = 10000; } if (encoder == 1) { //Up/Down graph tune pointer if (dir == 1) n = n + 1; if (n > 42) n = 1; if (dir == -1) n = n - 1; if (n < 1) n = 42; } } void setup() { Wire.begin(); display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); display.clearDisplay(); display.setTextColor(WHITE); display.display(); pinMode(2, INPUT_PULLUP); pinMode(3, INPUT_PULLUP); pinMode(tunestep, INPUT_PULLUP); pinMode(band, INPUT_PULLUP); pinMode(rx_tx, INPUT_PULLUP); //statup_text(); //If you hang on startup, comment si5351.init(SI5351_CRYSTAL_LOAD_8PF, 0, 0); si5351.set_correction(cal, SI5351_PLL_INPUT_XO); si5351.drive_strength(SI5351_CLK0, SI5351_DRIVE_8MA); si5351.output_enable(SI5351_CLK0, 1); //1 - Enable / 0 - Disable CLK si5351.output_enable(SI5351_CLK1, 0); si5351.output_enable(SI5351_CLK2, 0); PCICR |= (1 << PCIE2); PCMSK2 |= (1 << PCINT18) | (1 << PCINT19); sei(); count = BAND_INIT; bandpresets(); stp = 4; setstep(); } void loop() { if (freqold != freq) { time_now = millis(); tunegen(); freqold = freq; } if (interfreqold != interfreq) { time_now = millis(); tunegen(); interfreqold = interfreq; } if (xo != x) { time_now = millis(); xo = x; } if (digitalRead(tunestep) == LOW) { time_now = (millis() + 300); setstep(); delay(300); } if (digitalRead(band) == LOW) { time_now = (millis() + 300); inc_preset(); delay(300); } if (digitalRead(rx_tx) == LOW) { time_now = (millis() + 300); sts = 1; } else sts = 0; if ((time_now + period) > millis()) { displayfreq(); layout(); } sgnalread(); } void tunegen() { si5351.set_freq((freq + (interfreq * 1000ULL)) * 100ULL, SI5351_CLK0); } void displayfreq() { unsigned int m = freq / 1000000; unsigned int k = (freq % 1000000) / 1000; unsigned int h = (freq % 1000) / 1; display.clearDisplay(); display.setTextSize(2); char buffer[15] = ""; if (m < 1) { display.setCursor(41, 1); sprintf(buffer, "%003d.%003d", k, h); } else if (m < 100) { display.setCursor(5, 1); sprintf(buffer, "%2d.%003d.%003d", m, k, h); } else if (m >= 100) { unsigned int h = (freq % 1000) / 10; display.setCursor(5, 1); sprintf(buffer, "%2d.%003d.%02d", m, k, h); } display.print(buffer); } void setstep() { switch (stp) { case 1: stp = 2; fstep = 1; break; case 2: stp = 3; fstep = 10; break; case 3: stp = 4; fstep = 1000; break; case 4: stp = 5; fstep = 5000; break; case 5: stp = 6; fstep = 10000; break; case 6: stp = 1; fstep = 1000000; break; } } void inc_preset() { count++; if (count > 21) count = 1; bandpresets(); delay(50); } void bandpresets() { switch (count) { case 1: freq = 100000; tunegen(); break; case 2: freq = 800000; break; case 3: freq = 1800000; break; case 4: freq = 3650000; break; case 5: freq = 4985000; break; case 6: freq = 6180000; break; case 7: freq = 7200000; break; case 8: freq = 10000000; break; case 9: freq = 11780000; break; case 10: freq = 13630000; break; case 11: freq = 14100000; break; case 12: freq = 15000000; break; case 13: freq = 17655000; break; case 14: freq = 21525000; break; case 15: freq = 27015000; break; case 16: freq = 28400000; break; case 17: freq = 50000000; break; case 18: freq = 100000000; break; case 19: freq = 130000000; break; case 20: freq = 144000000; break; case 21: freq = 220000000; break; } si5351.pll_reset(SI5351_PLLA); stp = 4; setstep(); } void layout() { display.setTextColor(WHITE); display.drawLine(0, 20, 127, 20, WHITE); display.drawLine(0, 43, 127, 43, WHITE); display.drawLine(105, 24, 105, 39, WHITE); display.drawLine(87, 24, 87, 39, WHITE); display.drawLine(87, 48, 87, 63, WHITE); display.drawLine(15, 55, 82, 55, WHITE); display.setTextSize(1); display.setCursor(59, 23); display.print("STEP"); display.setCursor(54, 33); if (stp == 2) display.print(" 1Hz"); if (stp == 3) display.print(" 10Hz"); if (stp == 4) display.print(" 1kHz"); if (stp == 5) display.print(" 5kHz"); if (stp == 6) display.print("10kHz"); if (stp == 1) display.print(" 1MHz"); display.setTextSize(1); display.setCursor(92, 48); display.print("IF:"); display.setCursor(92, 57); display.print(interfreq); display.print("k"); display.setTextSize(1); display.setCursor(110, 23); if (freq < 1000000) display.print("kHz"); if (freq >= 1000000) display.print("MHz"); display.setCursor(110, 33); if (interfreq == 0) display.print("VFO"); if (interfreq != 0) display.print("L O"); display.setCursor(91, 28); if (!sts) display.print("RX"); if (!sts) interfreq = IF; if (sts) display.print("TX"); if (sts) interfreq = 0; bandlist(); drawbargraph(); display.display(); } void bandlist() { display.setTextSize(2); display.setCursor(0, 25); if (count == 1) display.print("GEN"); if (count == 2) display.print("MW"); if (count == 3) display.print("160m"); if (count == 4) display.print("80m"); if (count == 5) display.print("60m"); if (count == 6) display.print("49m"); if (count == 7) display.print("40m"); if (count == 8) display.print("31m"); if (count == 9) display.print("25m"); if (count == 10) display.print("22m"); if (count == 11) display.print("20m"); if (count == 12) display.print("19m"); if (count == 13) display.print("16m"); if (count == 14) display.print("13m"); if (count == 15) display.print("11m"); if (count == 16) display.print("10m"); if (count == 17) display.print("6m"); if (count == 18) display.print("WFM"); if (count == 19) display.print("AIR"); if (count == 20) display.print("2m"); if (count == 21) display.print("1m"); if (count == 1) interfreq = 0; else if (!sts) interfreq = IF; } void sgnalread() { smval = analogRead(adc); x = map(smval, 0, S_GAIN, 1, 14); if (x > 14) x = 14; } void drawbargraph() { byte y = map(n, 1, 42, 1, 14); display.setTextSize(1); //Pointer display.setCursor(0, 48); display.print("TU"); switch (y) { case 1: display.fillRect(15, 48, 2, 6, WHITE); break; case 2: display.fillRect(20, 48, 2, 6, WHITE); break; case 3: display.fillRect(25, 48, 2, 6, WHITE); break; case 4: display.fillRect(30, 48, 2, 6, WHITE); break; case 5: display.fillRect(35, 48, 2, 6, WHITE); break; case 6: display.fillRect(40, 48, 2, 6, WHITE); break; case 7: display.fillRect(45, 48, 2, 6, WHITE); break; case 8: display.fillRect(50, 48, 2, 6, WHITE); break; case 9: display.fillRect(55, 48, 2, 6, WHITE); break; case 10: display.fillRect(60, 48, 2, 6, WHITE); break; case 11: display.fillRect(65, 48, 2, 6, WHITE); break; case 12: display.fillRect(70, 48, 2, 6, WHITE); break; case 13: display.fillRect(75, 48, 2, 6, WHITE); break; case 14: display.fillRect(80, 48, 2, 6, WHITE); break; } //Bargraph (индикатор мощности) display.setCursor(0, 57); display.print("SM"); switch (x) { case 14: display.fillRect(80, 58, 2, 6, WHITE); case 13: display.fillRect(75, 58, 2, 6, WHITE); case 12: display.fillRect(70, 58, 2, 6, WHITE); case 11: display.fillRect(65, 58, 2, 6, WHITE); case 10: display.fillRect(60, 58, 2, 6, WHITE); case 9: display.fillRect(55, 58, 2, 6, WHITE); case 8: display.fillRect(50, 58, 2, 6, WHITE); case 7: display.fillRect(45, 58, 2, 6, WHITE); case 6: display.fillRect(40, 58, 2, 6, WHITE); case 5: display.fillRect(35, 58, 2, 6, WHITE); case 4: display.fillRect(30, 58, 2, 6, WHITE); case 3: display.fillRect(25, 58, 2, 6, WHITE); case 2: display.fillRect(20, 58, 2, 6, WHITE); case 1: display.fillRect(15, 58, 2, 6, WHITE); } } void statup_text() { display.setTextSize(1); display.setCursor(13, 18); display.print("Si5351 VFO/RF GEN"); display.setCursor(6, 40); display.print("JCR RADIO - Ver 2.0"); display.display(); delay(2000); } |
Видео, демонстрирующее работу генератора
Похожие статьи
(Проголосуй первым!)
Загрузка...