1(14)

Osmo Pasuri, OH6CJoh6cj@sral.fi

LC-OSKILLAATTORIN

TAAJUUSLUKITUS

PIC-TAAJUUSLASKIMELLA

28.12.2001

Kuvat, piirikaaviot, taulukot: OH6CJ

FILE: PIC_LCD_KUMPPARI_6

2(14)

Sisällysluettelo

1. JOHDANTO......................................................................................................................................................................................3

2. TAAJUUSLUKITUKSEN PERIAATE.....................................................................................................................................3

2.1 SÄÄDIN VAI SÄÄTÄJÄ?............................................................................................................................................................... 32.1.1 Oloarvo ...............................................................................................................................................................................32.1.2 Ohjearvo..............................................................................................................................................................................42.1.3 Eroarvon vertailu..............................................................................................................................................................42.1.4 Integraattori ja sen ohjaus...............................................................................................................................................52.1.5 Pulssien ohjaus integraattorille......................................................................................................................................52.1.6 Ohjaus oskillaattoripiiriin ...............................................................................................................................................52.1.7 Integraattorin lähdön ajautuminen minimi- tai maksimijännitteeseen ....................................................................6

3. OHJELMISTO .................................................................................................................................................................................6

3.1 OHJELMISTON KOKO .................................................................................................................................................................. 63.2 OHJELMISTON TILAKONE........................................................................................................................................................... 73.3 OHJELMISTON PARAMETRIT ...................................................................................................................................................... 8

3.3.1 Taajuuslukitusfunktion aktivointi (EEPROM 0Bh) .....................................................................................................83.3.2 Desimaalipisteen siirto esijakajan kanssa (EEPROM 0Ch)......................................................................................83.3.3 Viive ennen uuden taajuusohjeen näytteistystä (EEPROM 0Dh) .............................................................................83.3.4 Peräkkäisten näytteiden määrä (EEPROM 0Eh).........................................................................................................9

3.4 OHJELMISTON SAATAVUUS JA KÄYTTÖ................................................................................................................................... 9

4. SÄÄTIMEN VIRITTÄMINEN....................................................................................................................................................9

4.1 INTEGRAATTORIN LÄHDÖN VAIKUTUSALUE TAAJUUTEEN ................................................................................................... 94.2 MITÄ LED-VALOT D4 JA D5 KERTOVAT ?............................................................................................................................ 10

5. PIIRILEVY......................................................................................................................................................................................12

6. PUUTTEET .....................................................................................................................................................................................13

7. KOKEMUKSET.............................................................................................................................................................................13

8. TAAJUUSLUKITSIMEN OSALUETTELO.........................................................................................................................13

9. LÄHTEET........................................................................................................................................................................................14

10. MUITA LINKKEJÄ...................................................................................................................................................................14

3(14)

1. JohdantoTämä artikkeli on jatkoa RA 10/2001 alkaneeseen Taajuuslaskin-artikkeliin. Nyt yhdistetääntaajuuslaskin- ja taajuuslukitusfunktio PIC-mikroprosessorilla. PIC-ohjelmistoon on lisättytaajuuslukitusalgoritmi, joka kolmen transistorin ja operaatiovahvistimen avulla muodostaa suljetunsäätöluupin vakavoitavan LC-oskillaattorin kanssa ja pyrkii pitämään asetetun taajuuden vakaana.

Tämän lukituksen avulla voidaan VFO:n taajuusryömintä kompensoida, mutta perusedellytyksenäVFO pitää lämpötilakompensoida vähintään välttävästi (< 50 Hz / min), jotta lukituspiirinkytkemisessä on järkeä. Tämä kytkentä ei tee huonosti lämpötilakompensoidusta oskillaattoristahyvää, mutta hyvästä vielä paremman.

2. Taajuuslukituksen periaate

2.1 Säädin vai säätäjä?Aikoinaan säätötekniikan kurssilla teroitettiin käsitettä, että säätäjä on henkilö (vertaa esim. Moppesäätäjä-ässä SRAL:n kesäleirillä) ja säädin taas on laite, joka ohjaa toimilaitetta prosessissa sitenettä aseteltua ohjearvoa vastaa yhtäsuuri oloarvo. Toimilaitetta voidaan ohjata analogia- (PI- ja PID-säädin) tai digitaalisignaaleilla esim. ohjausreleillä kolmepistesäädössä, jossa venttiiliä ohjataanauki- tai kiinnisuuntaan. Säätöpiiriin liittyy siis aseteltava ohjearvo esim. taajuus, sähkömoottorinnopeusohje, paine, lämpötila jne. ja vastaava prosessista mitattu oloarvo. Kun ohje- ja oloarvonerotus on nolla, sanotaan säädön olevan tasapainossa. No, mitä tekemistä tällä on taajuuslukituksenkanssa? Tässä artikkelissa esitetty taajuuslukitus on myös suljettu säätöluuppi, joten jaetaanpa tämäsäätö pieniin osiin ja tarkastellaan seuraavan kuvan lohkokaaviota taajuuslukituksen näkökulmasta.

FrequencyCounter +

FrequencyReference

State Machine,Logic &Parameters

COMP

I1 >> I2

I1> I2

I1 = 0

I1< I2

I1 << I2

I1

100ms

2.4ms

2.4ms

100ms

>1

>1

&

&

-

I

0 V

+9 V

f out

Freq.Input

VFO MainTuning

PIC SoftwareHardware

Integrator

Closed Loop Control of Frequency Lock

0I2

SUB

Freq_lock

26.12.2001 OH6CJ Freq_lock_block.dsf

VFOfinetuning

Kuva 1. Taajuuslukitsimen säätöperiaate esitettynä lohkokaaviona. Katkoviivan sisällä on kuvattuohjelmiston toiminnot. SUB = vähennyslaskulohko, COMP = vertailija.

2.1.1 Oloarvo

Taajuuslukitsimen oloarvon muodostaa itse taajuuslaskinalgoritmi. Taajuus mitataan VFO:nlähdöstä (fout). Prosessi on tässä tapauksessa esim. vastaanottimen VFO- tai VCO-oskillaattorinvakavointi.

4(14)

2.1.2 Ohjearvo

Ohjearvo muodostetaan poikkeuksellisesti oloarvosta (kuvassa 1 Frequency Reference). Tähänsanoisivat viisaat, että tuosta säätimestä itsestä tulee oskillaattori ja tämä on hölmöläisten hommaa.No, kuitenkin ohjearvo muodostetaan aseteltavan viiveen jälkeen (parametri 0Dh) oloarvosta, jostietty määrä (parametri 0Eh) peräkkäisiä näytteitä taajuudesta on +/- 20 Hz:n sisällä toisistaan.Tällöin tulkitaan, että operaattorin sormet eivät käännä VFO:n nuppia ja hän haluaa kuunnella tätävalittua taajuutta. Tämä ohje asetetaan 24-bittiseen ohjearvorekisteriin ja pidetään siellä kunnesPIC-ohjelmisto tulkitsee, etteivät taajuuslukitusehdot ole voimassa.

2.1.3 Eroarvon vertailu

Jokaisella noin 100 ms:n välein suoritettavalla ohjelmakierroksella normaalin taajuuslaskinfunktionjälkeen vähennetään mitatusta taajuuden oloarvosta ohjearvo. Tässä käytetään samaa aliohjelmaakuin Display Offsetin laskennassa (24-bittinen Sub-funktio) 1).Lohkokaaviossa vertailulohkon COMP lähdössä on viisi eri tilaa. Jos erotus on nolla, on taajuuspysynyt vakiona viimeisen 100 ms:n aikana ja taajuuskorjaukseen ei ole tarvetta. Jos erotus onpositiivinen, on oskillaattorin taajuus ryöminyt ylöspäin ja tällöin tehdään lisätarkistus onko erotussuurempi kuin 20 Hz. Vastaavasti jos erotus on negatiivinen (esim. fosc - fref = 5316.50 kHz –5316.59 kHz = -90 Hz), tehdään vastaava eron suuruustarkistus. Näin tiedetään yksinkertaisellavähennyslaskulla ja muutamalla vertailuilla taajuuspoikkeaman suunta ja karkea suuruus.

4

14

RA3

RA4

LM317LZVdd

10uH

2310k680

outin

470

470

22uF25V

100n

2 x 1N4148

FrequencyInput

ref

OSC1

OSC2

22 pF

22 pF

4 MHz

16

15

- Eeprom Mode Inc_Osc_freq

4 x 1k

+5 V

Programmingbuttons

Displ. 0ffset1 Displ. Offset2

Offset 1&2 Direct Freq.

Normal Decimal point Dec_Osc_freq

+5V (True)

S1

S2

S3

RB0

RB1

RB2

RB3

6

7

8

9

S0

ExternalControl

PIC16F84-04P(16C84)

MCLR

+5 V2

3

GND (0V)

R/W

14

RB4

RB5

RB6

RB7

11

12

13

14

LCD(HD44780)

Vo (LCD Contrast)22k

56

17181

RA0RA1RA2

RS

E

D4

D5

D6

D7

10

11

12

13

7

8

9

10

D0

D1

D2

D3

100 nF3k3

Add Offset Sub Offset

+8...13.8V

100R

25.12.2001 OH6CJschematic_5_freqlock.dsf

5Vss (GND)

220

*)

*) Can also be fixed 22 pF

Open (False)

0 V (False) +5V (True)

0 V

S4

C1

R2 R3

C2

L1

R5

R1

XT1

R6

2N390422nF Q1

C5

C4

R4D1

C6

R7...R10

R11

C7

C3100n R13

U2 U3U1

PIC LCD FREQUENCY COUNTER

Data bus

Control Signals47k

R12

D2

Vdd (+5V)

BCX70H

Q2

1k

39k

BCX70H

Q322M

10kBCX71H

2100R

47k

10k

Q4

D3

D4

47k

R14R16

R18R19

R20

R21

R23

Frequency Lock circuit

IncreaseOsc Freq

DecreaseOsc Freq

+9V

+9V

C11100n

1k

39k

R15R17

OscillatorC10

D5

A

R29

470R

R26

LM317LZ

15k

in10uF25V ref

220R

0 VC13

R28

R27

U5+9V+12...13.8 V

100 nFC12

22kR25

3

5

2.2 uF

10k

4

R22

C8 C9100n

6

TL0827

1

1/2 U4

1/2 U4

8

TL082

1.5kR28(or 2 x 10 M)

Kuva 2. Taajuuslaskimen ja -lukitsimen kytkentäkaava. Katkoviivojen sisällä on tarvittavalisäelektroniikka taajuuslukituksen aikaansaamiseksi.

5(14)

2.1.4 Integraattori ja sen ohjaus

Kuvan 2 kytkennässä käytetään FET-sisääntuloilla varustettua operaatiovahvistinkaksikkoa.Ensimmäinen vahvistin toimii perinteisessä integraattorikytkennässä, jota ohjataan PIC-piirindigitaalilähdöillä RB0 tai RB3. Toinen vahvistin toimii erotusasteena. Lähdöt eivät koskaan oleyhtä aikaa päällä, koska se merkitsisi oikosulkua +9 V:n piirissä. Vahvistinta syötetään stabiloidulla9 V:n jännitteellä, jotta saadaan riittävän laaja säätöalue vahvistimen lähtöön. Integraattorinaikavakio on hidas: 22 Mega ohmia x 2.2 µF = n. 48 s, jolloin säätimen aiheuttamat muutoksetVFO-taajuuteen ovat hitaita. Tämän säätimen pitääkin olla huomaamaton, koska se korjaaoskillaattorin taajuutta kevyesti kenenkään sitä huomaamatta.

Jos kytkintransistori Q2 ohjataan johtavaan tilaan, integraattorin sisääntulo kytkeytyy nollaan, jalähtö muuttuu positiiviseen suuntaan (invertoiva vahvistin). Jos Q3 ohjataan johtavaan tilaan, saa sePNP-tyyppisen Q4:n johtamaan ja sisääntulossa vaikuttaa +9 V:n jännite. Tällöin integraattorinlähtö muuttuu negatiiviseen suuntaan. Jos transistoreita Q2 tai Q3 ei ohjata lainkaan,integraattorikytkentä toimii analogiamuistina, jolloin lähdön jännite ei juurikaan muutu. Sehän sopiihyvin tilanteeseen, jossa taajuusolon ja -ohjeen erotus on nolla. Näin meillä on kolmetilainen ohjausintegraattorille. Tällaista säätöä kutsutaan myös ”bang bang”-säädöksi, koska korjaus ”ammutaan”oikeaan suuntaan ja seuraavalla ohjelmakierroksella 100 ms:n päästä vaikutus mitataan oloarvostaja tehdään tarvittaessa uusi korjaus.

2.1.5 Pulssien ohjaus integraattorille

Jotta VFO-taajuuden hienosäätöalue saadaan riittävän laajaksi, mutta kuitenkin tarkaksi pienellätaajuuden eroarvolla, ohjataan digitaalilähtöihin RB0 tai RB3 eripituisia pulsseja edellyttäen etteitaajuuspoikkeama ollut nolla. Jokainen pulssi saa aikaan pienen jännitteen nousun tai laskunintegraattorin lähdössä. Lyhyt pulssi 2.4 ms kun taajuusero on enintään +/- 20 Hz. Jos poikkeamaon suurempi, ohjataan 100 ms:n pulssi. Näin mahdolliset äkilliset isot taajuuspoikkeamat korjataanpitkällä pulssilla ja normaalisti lyhyet pulssit pitävät taajuuden lukossa.

f0 +20 Hz

100 ms

-20 Hz

2.4 ms

t

Kuva 3. Ohjelmiston ohjaama pulssin pituus mitatun taajuuden ja ohjearvon erotuksen funktiona.

2.1.6 Ohjaus oskillaattoripiiriin

Oskillaattorin värähtelypiiriin täytyy lisätä kapasitanssidiodi-kytkentä, johon integraattorin lähtösyöttää korjausjännitettä. Katso kuvassa 2 ympyröity alue A. Muutos integraattorin lähdössäpositiiviseen suuntaan aiheuttaa myös jännitteen nousun D5 katodilla, jolloin diodin kapasitanssilaskee ja saa oskillaattorin taajuuden kasvamaan resonanssipiirin yhtälön mukaan. Näin Q3:n ohjausRB3:lla aiheuttaa oskillaattoritaajuuden laskemisen ja Q2:n ohjaus taajuuden nousemisen.

6(14)

47 kilo-ohmin vastus R26 estää suurtaajuussignaalin pääsemisen tasajännitepuolelle sekä poistaasäätöjännitteen oskillaattoria kuormittavan vaikutuksen. 2) Testikytkennässä kapasitanssidiodinkanssa sarjassa on 10 pF:n NP0-kondensaattori C10, jolla perusasetetaan korjausjännitteenvaikutusalue. Mitä suurempi C10 arvo on, sitä suurempi vaikutus säätimellä on VFO:n taajuuteen.Säätimen lähdön vaikutus oskillaattoritaajuuteen skaalataan sen jälkeen sopivaksi trimmerillä R25integraattorin lähdössä. Kapasitanssidiodi löytyi taas vanhasta television VHF/UHF-viritinosasta.Toisessa VFO:ssa käytin kapasitanssidiodia BB142.

Näin säätöpiiri on sulkeutunut. Seuraavaksi säätöluupissa mitatataan taas taajuus oskillaattorista,tehdään vähennyslaskut, vertailut ja tarvittaessa ohjataan lähtöjä RB0 tai RB3. Näintaajuuslukitusprosessi jatkuu.

2.1.7 Integraattorin lähdön ajautuminen minimi- tai maksimijännitteeseen

Käytännössä voi epävakaan VFO:n kanssa ilmetä tilanne, jossa integraattorin lähtö on korjannutVFO:ta riittävän kauan ja on ajautunut minimi- tai maksimijännitteeseen. Säädön sanotaan olevan”laidassa” ja säädin ei pysty enää korjaamaan taajuutta kyseiseen suuntaan. Tällöin tarvitaanintegraattorin nollaus, jolloin lähtö pakotetaan nopealla aikavakiolla takaisin säätöalueelle. Tästäseuraa että aiemmin valittu VFO-taajuus muuttuu. Tässä sovelluksessa luovuin kuitenkinnollauspiirin rakentamisesta testien aikana, koska säätöalue on riittävän laaja, mutta myös kykenevähienosäätöön lyhyiden pulssien avulla. Ennenkaikkea perus-VFO on lämpötilakompensoitavavähintään tyydyttävästi siten että oskillaattorin ”lämmettyä” n. 15…30 minuuttia taajuudenryömintä on sen jälkeen vähäistä (noin 0…30 Hz / minuutti).

3. Ohjelmisto

3.1 Ohjelmiston kokoPeruslaskimen ohjelmistoa piti osittain uudelleenkirjoittaa ja optimoida turhat koodirivit poismoneen kertaan, jotta taajuuslukitusfunktio mahtui PIC-piirin 16F84 ohjelmamuistiin (1024wordia). MPLAB-kääntäjä 3) muodostaa *.LST-tiedoston, jonka lopussa on käännetyn koodinmuistivaraus. Ohjelmiston nimi on LCD4DIEP.asm ja se on yhteensopiva LCD4DIEC.asm kanssa(katso RA 10-11/2001), kun parametri 0Bh arvo on erisuuri kuin nolla. Ossin, OH8OOystävällisellä avustuksella perustaajuuslaskinfunktiot tuli testattua palautteen kanssa…ja jäljetjohtivat sylttytehtaalle.

7(14)

Kuva 4. MPASM-käännöstuloksen listaus PIC 16F84:n muistinvarauksen osalta. Kuvassa yksi Xmerkitsee yhtä käskyriviä 1024:stä.

3.2 Ohjelmiston tilakoneTaajuuslukitus-funktiossa on oikeastaan kaksi päätilaa: taajuusohjeen näytteitys (Sampling) ja itsetaajuuslukitus-tila (Freq_lock). Ohjeen näytteistys aloitetaan aina viiveen (0Dh) jälkeen ja josperäkkäiset näytteet ovat +/- 20 Hz:n sisällä toisistaan, kirjoitetaan ohje ohjearvorekisteriin. Tämänjälkeen siirrytään taajuuslukitus-tilaan, jolloin 100 ms:n välein lasketaan taajuuspoikkeamaverrattuna ohjearvoon. Lukitustila indikoidaan LCD-näytöllä kirjaimella ”L” (Locked = lukittu)MHz-tekstin jälkeen.Jos taas mitattu taajuus poikkeaa yli 100 Hz ohjearvosta peräkkäisten näytteiden määrän (0Eh)verran, siirrytään lukitustilasta viiveen (0Dh) jälkeen uuden ohjeen näytteistykseen.

Lisäksi taajuuslukitusfunktio voidaan ”jäädyttää” digitaalitulon RB2 avulla. Kun RB2 on tilassaTRUE, lukitusfunktio ohitetaan ja LCD-näytölle indikoidaan ”F” (= freeze) merkin ”L” asemesta,mutta taajuusohje pysyy edelleen muistissa. Tämän ohituksen avulla voidaan esim.lähetinvastaanottimessa, jossa on suorasekoitusperiaate, muuttaa VFO:n taajuutta lähetyksessä (TX)ilman taajuuslukitusta. Kun lähetin käynnistetään, ohjataan myös RB2 tilaan TRUE. Kun TX-tilastasiirrytään taas vastaanottotilaan (RX), lukituspiiri vapautetaan jälleen toimintaan.

8(14)

3.3 Ohjelmiston parametritUusia käyttäjän aseteltavia parametreja on ohjelmoitu lisää liittyen taajuusohjeen ehtoihin jalukitustilaan (0Bh…0Eh). Muiden parametrien selostukset löytyvät RA 11/2001.

Taulukko 1. EEPROM-muistipaikkojen 00h...0Fh funktiot:Address Name Description Default00h Display Offset 1 Highbyte High Byte Display Offset1 9001.50 kHz = 0DBC36 0Dh01h Display Offset 1 Midbyte Mid Byte Display Offset1 BCh02h Display Offset 1 Lowbyte Low Byte Display Offset1 36h03h Display Offset 2 Highbyte High Byte Display Offset2 8998.50 kHz = 0DBB0A 0Dh04h Display Offset 2 Midbyte Mid Byte Display Offset2 BBh05h Display Offset 2 Lowbyte Low Byte Display Offset2 0Ah06h Direct_frequency Suora taajuuslaskenta ilman sub or add funktioita = 00

Sub or add function activated = 01…FF00h

07h EE_Fine1 Kalibrointiarvo 1 (1 == 3*4/fx = 3us) 15h08h EE_Fine2 Kalibrointiarvo 2 (1 == 4*4/fx = 4us) 01h09h 1x16_Display LCD näyttötyyppi: 00 = 1x16 LCD, 01…FF = 2x20 LCD 01h0Ah Digits Näytettävien numeroiden määrä: 00 = 7 numeroa, 01…FF =

6 numeroa01h

0Bh Freq_lock_function Taajuuslukitusfunktion aktivointi00h = Funktio aktivoitu, 01…FFh = ei aktivoitu

FFh

0Ch Ten_divider Desimaalipisteen siirto oikealle esijakajan kanssa.00h = Funktio aktivoitu, jos 0Bh = 00h01…FFh = ei aktivoitu

FFh

0Dh Delay_time_before_sampling

Viiveaika taajuuslukituksesta poistumisen jälkeen,ennenkuin ohjeen uudelleen näytteistäminen aloitetaan.01h == 100 ms

32h = =5 s.

0Eh Sampling_time Peräkkäisten näytteiden määrä +/-20 Hz sisällä, jonkaperusteella taajuus lukitaan ohjearvoksi. Peräkkäistennäytteiden määrä +/-100 Hz ulkopuolella ohjeesta, jonkaperusteella taajuuslukitus vapautetaan.01h = 1 näyte (100ms:n aikana)

05h= = 5näytettä

0Fh EEPROM default values Jos > 0 niin default arvot ladataan seuraavassa sähköjenpäällekytkennässä.

00h

3.3.1 Taajuuslukitusfunktion aktivointi (EEPROM 0Bh)

Kun tämä parametri muutetaan arvoon 00h, aktivoituu COUNTER MODEssa taajuuslukitus-funktio (Freq Lock). Tällöin RB0 ja RB3 ohjataan digitaalilähdöiksi ohjaamaan ulkoisenintegraattorin sisääntuloa.

3.3.2 Desimaalipisteen siirto esijakajan kanssa (EEPROM 0Ch)

Koska taajuuslukitusfunktio varaa RB3:n Ten_divider digitaalitulon, desimaalipisteen siirtoerillisen 10-jakajan kanssa tehdään tämän parametrin avulla arvolla nolla (00h). Katso taulukko 2.

3.3.3 Viive ennen uuden taajuusohjeen näytteistystä (EEPROM 0Dh)

Jos VFO:n taajuutta muutetaan yli 100 Hz lukitustilassa, kytkeydytään lukitustilasta pois ja kirjain”L” katoaa LCD-näytöstä. Ennenkuin uutta ohjetta lähdetään näytteistämään, seuraa viive, jokamääritellään tällä parametrilla. Luku 01h vastaa 100 ms. Asetusalue 0…25.5 sekuntia (00..FFh).

9(14)

3.3.4 Peräkkäisten näytteiden määrä (EEPROM 0Eh)

Näytteillä tarkoitetaan mitattua taajuutta 100 ms:n välein. Ehto taajuusohjeen asettamiseksioloarvosta Freq_ref-rekistereihin edellyttää peräkkäisten näytteiden olevan +/- 20 Hz:n sisällä.Samoin taajuuslukitustilasta poistumisen ehtona on peräkkäisten näytteiden poikkeama yli 100 Hztaajuuden ohjearvosta. Asetusalue 0…255 näytettä (00..FFh).

Tuo +/- 100 Hz:n ikkuna pitkällä näytteiden määrällä tekee lukitsimesta ”kumpparin” eli venyy japaukkuu, jos oskillaattoria kiusataan tahallisesti taajuuspoikkeamin, mutta taajuus se vaan palautuuohjearvoonsa ja pysyy lukittuna. On tietysti sovelluskohtainen- ja makuasia, kuinka tiukattaajuusikkunarajat ja näytemäärät tulisi olla.

Taulukko 2. COUNTER MODEn I/O funktiot, kun taajuuslukitusfunktio on aktivoitu (0BH = 0).COUNTER MODEI/O signal FALSE (0 V) TRUE (+5 V)RA2 input Sub Display Offset Add Display OffsetRB0 input - Access to

EEPROM MODE output - Increase Osc FreqRB1 input Display Offset1 Display Offset2RB2 input - Freq_lock frozenRB3 output - Decrease Osc Freq

3.4 Ohjelmiston saatavuus ja käyttöOhjelmiston heksakoodi LCD4DIEP.HEX tarvitaan PIC-piirin ohjelmointiin. Se on saatavissaOH2HOH:n sivuilta osoitteessa http://personal.inet.fi/cool/qrp, jossa on myös muuta OH-informaatiota PIC-sovelluksista. Ohjelmistoa ei saa käyttää kaupallisiin tarkoituksiin jaohjelmistolle en anna minkäänlaista toimintatakuuta.

PIC-piirin ohjelmoinnissa konfiguraatiobitit asetetaan seuraavasti:Oscillator = XT, Watcdog Timer = OFF, Power Up Timer = OFF ja Code Protect = OFF.

4. Säätimen virittäminen

4.1 Integraattorin lähdön vaikutusalue taajuuteenKun kytkentä on rakennettu valmiiksi, on säätimen vaikutus oskillaattorin taajuuteen viritettäväsopivaksi ensin C10:llä (voi olla myös trimmerikondensaattori) ja sen jälkeen R25:llä tarvittaessa.Operaatiovahvistimen lähdön (pinni 7) jännitealue oli 9 V:n käyttöjännitteellä n. 0.5 V…7.5 V, jokavastasi n. –10 kHz…+10 kHz:n säätöaluetta kytkennässä käytetyillä C10 ja D5 komponenteilla.Tämä on enemmän kuin riittävästi. Alueen tulee olla noin puolet suurempi kuin VFO:n maksimilämpötilaryömintä, jotta säätö ei ajaudu laitaan. Kun sähköt kytketään päälle, asettuu lähtö puoleenväliin käyttöjännitteeseen nähden. Näin säädin voi vaikuttaa ylös- ja alaspäin. Taajuusvaikutusvoidaan testata kuvan 5 mukaisesti syöttämällä ensin erillisellä potentiometrillä jännitettäkapasitanssidiodiin ja mittaamalla taajuuslaskimella jännitteen vaikutus VFO:n taajuuteen.

10(14)

range_test.dsf

47k

C11100n

OscillatorC10

D5

R26 +9 V f out

FrequencyCounter

5.548.45 MHz

Kuva 5. Taajuuskorjausalueen testikytkentä.

Testioskillaattorina käytin kotikutoisen pyyhkäisygeneraattorin kahden transistorin kytkentää(K7HFD low noice oscillator 4)), jossa sopivaksi vaikutusalueeksi osoittautui n. -10 kHz…+10 kHz(0.3 V…4.5 V…7.5 V). Toisessa Colpitts-oskillaattorissa, jota käytän lähetinvastaanottimessa,alueeksi jäi –15 kHz…+7 kHz.

4.2 Mitä LED-valot D4 ja D5 kertovat?Perusasetuksen jälkeen säätimen toimintaa on helpointa seurata Q2 ja Q3:n kantapiireissä olevienledien D3 ja D4 avulla ilman mittalaitteita. Jos taajuus ei lukitu, tarkista ettei RB0 ja RB3:n johdotole ristissä. Korjaa johdotus ja kokeile uudestaan. Lyhyt korjauspulssi näkyy himmeänävälähdyksenä ja pitkä kirkkaampana. Seuraamalla lukitustilassa valoja nähdään säätimenkorjaukset. Pitkiä pulsseja esiintyy lyhyiden joukossa ”kylmällä” oskillaattorilla, muttaoskillaattorin lämmettyä säätimen tulisi ohjata ainostaan lyhyitä pulsseja noin 1…10 sekunninvälein VFO:n vakavuuden mukaan. Säätimen pulssin vaikutus on liian suuri, jos pitkänkorjauspulssin jälkeen seuraa jatkuvasti välitön vastakorjaus toiseen suuntaan. Tällöin säätö”ampuu” yli ja taajuus saattaa jäädä värähtelemään ohjeen molemmin puolin. Pienennä silloinsäätöjännitteen tasoa R25:lla. Jos R25 asetus menee lähelle nolla-asentoa, pienennä C10 arvoaoskillaattoripiirissä ja aloita stabilointi alusta. Vastaavasti säätimen lähdön vaikutus on liian pieni,jos pitkä pulssi vaikuttaa useita sekunteja yhtäjaksoisesti saamatta aikaan säätötasapainoa. Säädin eisilloin pysty kompensoimaan taajuusryömintää. Suurenna silloin säätöjännitteen tasoa R25:lla.Kuuntelemalla vastaanottimella kantoaaltoa ja ”häiritsemällä” sormella oskillaattoria kuulee pitkänpulssin vaikutuksen korvalla, mutta lyhyttä ei erota. Näin pitääkin olla lyhyen pulssin kanssa, jottakorjaus on käyttäjälle huomaamaton.Kuvissa 6 ja 7 on mitattu testioskillaattorien taajuusryömintä kylmästartissa ilman lukitusta ja senkanssa. Oskillaattoreita ei ole ollenkaan lämpötilakompensoitu, mutta molemmat yksilötvakavoituivat tietyn ajan kuluttua normaalissa huoneenlämpötilassa.

Oskillaattorin taajuusryömintä ( f = 5411,00 kHz)

5410,2

5410,3

5410,4

5410,55410,6

5410,75410,8

5410,9

5411

5411,1

Aik

a

01:0

0,0

02:1

5,0

03:3

0,0

04:4

5,0

06:0

0,0

07:1

5,0

08:3

0,0

09:4

5,0

11:0

0,0

12:1

5,0

13:3

0,0

14:4

5,0

16:0

0,0

17:1

5,0

18:3

0,0

19:4

5,0

21:0

0,0

22:1

5,0

Time / min:ss

Fre

qu

ency

/ kH

z

Ilman lukitustaLukitus mukana

11(14)

Kuva 6. K7HFD-testioskillaattorin taajuusryömintä sähköjen päälle kytkennän jälkeen ilmanlukitsinta ja sen kanssa.

12(14)

5 MHz:n Colpitts-VFO:n taajuusryömintä

5300,00

5300,50

5301,00

5301,50

5302,00

5302,50

5303,00

Aika / min:sek

Ilman lukitustaLukitus päällä

Kuva 7. 5…5.5 MHz:n Colpitts-oskillaattorin taajuus sähköjen päälle kytkennän jälkeen ilmanlukitsinta ja sen kanssa. Taajuusryömintä pienenee VFO:n lämpötilan tasaannuttua kotelon sisällä.

5. PiirilevyKuvassa 8 on yksipuoliselle piirilevylle suunniteltu yksinkertainen toteutus.

Kuva 8. Piirilevyn kalustus komponenttipuolelta.

Kuva 9. Lukitsimen piirilevy juotospuolelta äärimittoineen.

13(14)

6. PuutteetJos VFO:n nupista muutetaan taajuutta oikein hitaasti, lukitsin pyrkii korjaamaan tilanteen. Joskuunneltavaa taajuutta halutaan muuttaa, tulee VFO:n nuppia pyöräyttää sen verran , että lukituskytkeytyy pois ja tämän jälkeen haetaan kuunneltava taajuus uudestaan. Tämä voi aluksi tuntuaoudolta, mutta kaikkeen tottuu.

Taajuuslaskin itse rajoittaa taajuussäädön tarkkuuden +/- 10 Hz sisään.

Lähetinkäytössä RF-kenttä voi vaikuttaa säätimen toimintaan. Hyvä RF-suojaus on paikallaanlaskimelle ja lukituselektroniikalle. Oma bufferivahvistin laskimelle ratkaisi ongelman toisessaColpitts-oskillaattorissa.

7. KokemuksetLukitsin on ollut käytössä pari kuukautta lähetinvastaanottimessani. Vaikka LC-oskillaattoriVFO:na edustaa lähinnä antiikkitekniikkaa tällä DDS-aikakaudella (Direct Digital Synthesis), ontaajuuslaskin yhdessä lukituselektroniikan kanssa todella luksusta. Tosi QRP-piireissä jo turhaa”hifistelyä”. Toisaalta tämä lukitsin edustaa KISS-tekniikkaa (Keep It Simple Stupid), koskalukituspiiri on aikaansaatu vain muutamilla ulkoisilla komponenteilla. Kun kerran asetatkuunneltavan taajuuden, pysyy taajuus lukittuna, eikä bandilla tarvitse yskiä, että ”Olen vähänsivussa, hetkinen… tulen taas jaksolle”.

8. Taajuuslukitsimen osaluetteloKuvan 2 piirikaavion katkoviivojen sisällä olevat komponentit:R14,R15 1k ¼ WR16,R17 39k ¼ WR18 100R ¼ WR19,R26 47k ¼ WR20,R21,R22 10k ¼ WR23 10M + 10M ¼ W sarjassa. Myös 22M ¼ W OK.R25 22k trimmeripotentiometri vaaka-asennettavaR27 220R ¼ WR28 1.5k ¼ W ja 15k ¼ W rinnan kytkettynäC8 2.2 uF /25V ei polariteettiä, vähähäviöinen (esim MKP6-2.2uF/63V)C9…C12 100 nF keraaminen / 25 VC13 10 uF/25VC10 4.7…20 pF NP0 kerko tai trimmeri (kapasitanssidiodin mukaan)D3, D4 LED punainen, d=3mmD5 Kapasitanssidiodi esim. BB142 (diodityyppi ei ole kriittinen)Q2,Q3 NPN-transistori BC548 tai vastaavaQ4 PNP-transistori BC557 tai vastaavaU4 TL082 operaatiovahvistin tai vastaava FET-sisääntulolla varustettu kaksikko op. vahvistin (DIL08)U5 LM317LZ jänniteregulaattori (TO92).

Lisäksi taajuuslaskimen piirilevyllä:R29 470R ¼ W sarjassa painonappien S0…S3 jännitesyötön kanssa.

14(14)

9. Lähteet

1) RA 11/2001: Taajuuslaskin, sivut 20…24, RA 12/2001: Taajuuslaskin osa 2, sivut 26…29.

2) RA 4/1983 OH3PF: Kuinka käytän diodeja, sivu 140.

3) Microchip Technology, Inc., http://www.microchip.com

4) Hayward / Demaw: Solid State Design, K7HFD low noice oscillator (fig. 26), sivu 126

5) Elektroniikka 16/1980 s. 23-24, Olavi Lehti: Digitaalinen oskillaattorin taajuusvakavointi

10. Muita linkkejä

1) OM3CPH kotisivut: http://www.qsl.net/om3cph2) LCD Tietoa Probyte Oy: http://www.sci.fi/~pri/