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

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
2 563 просмотров

Комментарии

Генератор перестраиваемой частоты 10 кГц – 225 МГц на Arduino и модуле Si5351 — 6 комментариев

  1. 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

  2. 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. Обязательные поля помечены *