Синтезатор с цветный дисплеем

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ НА  DDS.

Основные параметры синтезатора.

Последние изменения и дополнения внесены 10 сентября 2013 года.

Краткие характеристики.

  1. Прямой синтез на двух микросхемах от AD.
  2. Первый DDS на AD9951YSVZ Выходной уровень Urms =0.8 U  форма синусоида.
  3. Второй синтез DDSAD9835BRU, выходной уровень на частоте 9 МГц около Urms = 0.6 U форма сигнала – синусоидальное.
  4. Цветной ЖКИ   дисплей размером  3" по диагонали с тачскрином.
  5. Мембранная клавиатура 4Х4.
  6. Встроенные часы реального времени.
  7. "Честное" питание аналоговой и цифровой части AD9951YSVZ    с применением двух специальных малошумящих стабилизаторов TPS76318DBVR
  8. Возможность подключения большого ассортимента  ЖКИ.
  9. Сохранение настроек и последней частоты синтезатора после выключения питания.
  10. Обновление ПО синтезатора через загрузчик. (без применения программатора).
  11. Одно полярное питание  9 -12 Вольт.
  12. 16 выходов TTL управления внешними устройствами трансивера.
  13. Возможность установки дополнительной DDS AD9835BRU для получения сигнала 2- 3 гетеродина.
  14. САТ интерфейс.
  15. Управление синтезатором из ПК по интерфейсу USB.
  16. Программное учетверение управляющих импульсов с валкодера

 

 Потребляемый ток около 350 мА. Основной ток потребления – подсветка ЖКИ.

 Значение выходной частота на выходе 1 VFOлежит в диапазоне от 20 кГц до 150 МГц.

Значение выходной частота на выходе 2 VFOлежит в диапазоне от 20 кГц до 30 МГц.

Неравномерность выходного напряжения  в выше указанном диапазоне составляет около 6 Дб.

 Выходное сопротивление 50 Ом.

Форма выходного сигнала – синусоидальная.

Управление синтезатором по USBот приложения на ПК, так возможно и автономное управление.

При разработке данного синтезатора основной задачей ставилось получить универсальную конструкцию.

Синтезатор способен работать под управление запущенной программы на персональном компьютером  через полновесный интерфейс USB (В настоящее время единственный реально доступный интерфейс обмена на современных ПК),  так и автономно, как самостоятельное устройство под управлением МК Atmega128А. При помощи валкодера, клавиатуры 4х4 кнопки с выводом информации на цветной ЖКИ дисплей 320 на 240 пикселей с размером по диагонали 2.8 – 3.5 дюйма. На плате имеется специальный  разъем, позволяющий подключать разнообразные ЖКИ.

Питание синтезатора осуществляется от стабилизированного источника 9 Вольт и потребляет 350 мА.

Возможно питание синтезатора напряжением 12 – 15 вольт, но при этом стабилизатор 7805 установленный на плате синтезатора необходимо будет снабдить дополнительным радиатором или вынести на шасси трансивера.

Синтезатор может работать в разных режимах формирования сигнала:  

1.            Частота синтезатора равна частоте на ЖКИ.

2.            Использование синтезатора с классическим раскладом преобразования частоты.

3.            Частоте синтезатора в два раза выше частоты на ЖКИ.

4.            Частота гетеродина равна сумме частоты ПЧ и принимаемого сигнала. ( Вариант преобразования вверх).

5.            Частота синтезатора в два раза выше частоты на ЖКИ.

6.            Частота синтезатора в четыре раза выше частоты на ЖКИ. Этот режим можно использовать, где      для получения квадратурного сигнала используется делитель частоты синтезатора  на четыре. 

7.       Использование синтезатора в качестве генератора с шагом перестройки от 1 Гц до 10 кГц в диапазоне частот 30 кГц до 170 МГц с возможностью плавного изменения выходного сигнала.

8.       Использование синтезатора для применения техники SDR.

9.     Использование синтезатора с классическим раскладом преобразования частоты. Частота на выходе синтезатора в два раза больше необходимой. Использование в смесителе делителя на 74АС74.

10.     Использование синтезатора с преобразованием вверх, сплошной диапазон от 100 кГц.

ИНСТРУКЦИЯ ПО  ПРИМЕНЕНИЮ СИНТЕЗАТОРА

Данный синтезатор выполнен по технологии прямого синтеза частоты (DDS) на микросхеме AD9951 под управление МК Atmega128 и может работать как автономно, так и под управлением от ПК, через запущенную на нем специальную программу по полновесному интерфейсу USB.

При автономном управлении синтезатора, информация выводится на цветной ЖКИ дисплей размером 320 на 240 пикселей и физическом размером  экрана: 60 мм на 45 мм. Управление синтезатором можно осуществлять с клавиатуры с 16 клавишами, при помощи валкодера, так и от ПК , посредством САТ протокола через  интерфейс RS232 на скорости 9600 8N1. В программах на ПК следует выставлять установки под обмен трансивера   KENWOODALL.

Работает  двух стороннее общение синтезатора по САТ интерфейсу. Обмен частоты и моды работы по протоколу KENWOOD  ALL.

Замечена  почти мгновенная реакция работы с программами MixW версии 2.16.1R от 02-01-2006 года и HamRadioDeluxev3.2.  С другими программами не тестировался.

 

 

                                                         Описание конструкции.

Аппаратная часть выполнена  на печатной плате размером 106 на 76 мм . из двухстороннего текстолита. Для питания аналоговых и цифровых цепей DDSAD9951 применены специальные малошумящие индивидуальные стабилизаторы на 1.8 вольта типа TPS76318DBVR.

Катушки ФНЧ после DDS использовались готовые – SMD, но  можно применить и самодельные, 6 витков провода ПЭЛ-0.35 на оправке 3 мм. Трансформатор на выходе DDSвыполнен на тюфлукторном сердечнике фирмы AMIDONпроницаемостью N87 единиц для лучшей симметричности трансформатора. Его так же можно изготовить самостоятельно на кольце 2000НН размером 7х4х2 намотав скруткой из трех проводов 6-8 витков и соединив начало первой обмотки с концом второй обмотки получить первичную обмотку с отводом посередине.

В качестве DDS можно использовать микросхемы   AD9859/AD9951/AD9952/AD9953/AD9954 без изменений в печатной плате.

Кварцевый резонатор для тактирования Atmega128 нужно использовать только на 20 МГц, так как от его значения зависит скорость обмена данными по USB и САТ. Это несколько больше, чем предлагает производитель фирма Atmel (16 МГц). Но это с запасом и большинство МК стабильно работают вплоть до 24 МГц.

Синтезатор можно использовать с TFTдисплеем большего размера экрана у которого есть встроенный контроллер. Для этого на плате установлен разъем J3. Управление идет по 16 битной шине плюс сигналы управления.

Уровни сигнала 0 - 3.3 вольта. Так же на разъем J3 выведено напряжение +5 Вольт для питания преобразователя напряжения необходимого для получения повышенного  напряжения питания подсветки больших ЖКИ.

Рисунок печатной платы со стороны установки ЖКИ.

На фото хорошо видно, что разводка печатной платы выполнена в ручную и так оптимизирована что под аналоговой частью платы, расположена сплошная земля без перемычек. Это очень важно для получения качественных  характеристик синтезатора по шумам.

                                                      Рисунок печатной платы со стороны монтажа SMD/DIPэлементов. 

 На нижней стороне печатной платы  установлены:

Управляющий  МК ATmega128 который принимает команды по USB от запущенной программы на ПК, или же работает самостоятельно.  Синтезаторы прямого синтеза выполненные на современных DDS от фирмы AD.  В конструкции можно применять любую имеющую у радиолюбителя DDS. От AD9859 до AD9954 и AD9835. Обмен с ПК происходит через полновесный интерфейс -  USB так и через старый добрый СОМ порт, преобразователь уровней уже установлен на плате синтезатора МАХ232.

На выходе DDS стоит трансформатор выполнений на «бинокле», такое исполнение значительно улучшает симметричность трансформатора а соответственно  и качество выходного сигнала. Далее установлен ФНЧ девятого порядка с частотой среза около 150 МГц. На выходе стоит высокочастотный усилитель  выполненный на микросхеме от фирмы ADAD8045А.

В автономном варианте синтезатор управляется от основной мембранной клавиатуры 4Х4 кнопки и валкодера, и выводит информацию на цветной TFTдисплей размером 3 дюйма.

 

                                                        УСТАНОВКА И РАЗМЕЩЕНИЕ СИНТЕЗАТОРА.

Синтезатор желательно разместить в отдельном отсеке трансивера. ЖКИ дисплей вклеивается или  фиксируется своими защелками  в предварительно изготовленную плату из фольгированного текстолита толщиной 1.5 мм  размером 900 на 70 мм. Вырезается окно под ЖКИ размером  70 на 50.

Основная клавиатура располагается на передней панели трансивера, в удобном месте. Ее можно приклеить в нужном месте передней панели трансивера на ровном месте, предварительно просверлив плоское отверстие размером 23 на 2 мм под шлейф клавиатуры. Аккуратно, поддев острым шилом или скальпелем, снимаем с обратной стороны клавиатуры защитную белую пленку и клеим клавиатуру на предварительно намеченное место.

ПИТАНИЕ СИНТЕЗАТОРА.

Для питания синтезатора потребуется стабилизированное напряжение с уровнем   не менее 8 Вольт. Полное потребление синтезатора по току, составляет около 340 мА. Микросхему стабилизатора 7805 при длительной работе синтезатора - ощутимо греется, по этому желательно, внизу платы со стороны установки ЖКИ под микросхемой 7805, изготовить проставку из меди или дюраля диаметром 15 мм и внутренним отверстием 3.2 мм нужной длины по месту с хорошим тепловым контактом на шасси трансивера.

Питание на синтезатор подается на крайние пины шести пинового разъем № 7. Он находиться возле батарейки на 3 Вольта.  На этот разъем так же выведены выходные сигналы синтезатора с обеих DDS.

Крайний 6 пин – плюс 9 Вольт, 5 пин – земля. Следует очень аккуратно проделывать эту работу, так как синтезатор не защищён от переплюсовки питания.

Микросхемы стабилизаторов 7809 для питания синтезатора, нужно разместиться на теплоотводе (которым может служить металлическое шасси трансивера.) В непосредственной близости от платы синтезатора.  Блокировочные конденсаторы распаиваются   непосредственно на ножках микросхемы стабилизатора.

 

 

В качестве основной клавиатуры используется  заводская матричная  клавиатура, которую можно взять от любого понравившегося ненужного калькулятора или радиотелефона с количеством клавиш 4х4.  Это основная клавиатура с которой можно выполнять большинство функций синтезатора. 

 

Расшифровка разъемов на плате синтезатора.

Разъем  J1 Разъем управления TX/RX, СОМ порта и управления манипуляции телеграфом.

Пин №1, Вход S-метра и Измерителя выходной мощности.

Пин №2 и №3, зарезервированные аналоговые входы.    

Пин №4, Выход управления прием/передача.

Пин №5, СОМ порт TX.

Пин №6, Вход управления прием/передача.

Пин №7, СОМ порт RX.

Пин №8, Выход управления телеграфом.

Пин №9, Вход управления телеграфом.

 

Разъем  J2 На этот разъем выводиться код  диапазона (13 – 16 пин разъема)  для управления  коммутатором диапазонов через дешифратор 74НС145 (К155ИД10).

На разъем J2 также выведено управление 12 режимами  управления трансивера. Управление выводиться с уровнем TTLс двух последовательно включенных регистров 74НС595 на плате синтезатора.

Активный (включенный) режим это + 5 Вольт, нагрузочная способность около 20 мА. Рекомендуется для управления реле, использовать внешние транзисторные  ключи по схеме предоставленной ниже.

 

Разъем  J3   На этот разъем выведено полное управление внешним TFT ЖКИ. Логические уровни 0 – 3.3 Вольта. Пины для подключение внешнего тачскрина и +5 Вольт для питания подсветки ЖКИ.

 

Разъем J4  Пин № 1 Выход звука с синтезатора (озвучка нажатия клавиш), подключить к входу УНЧ трансивера.    Управление 3 и 2, зарезервированные пины синтезатора.

 

 

Разъем  J5   Управление синтезатором через интерфейс USB. Пин №1, + 5 Вольт USB. Пин №2 –D, Пин №3 - +D,  Пин №4, Земля (Корпус).

Разъем J6  Подключение матричной клавиатуры на 16 клавиш.

Для управления синтезатором применяется  мембранная клавиатуры с количеством кнопок -16. Ее следует разместить (приклеить) в удобном месте для управления трансивером. Клавиатура  подключаются отдельным жгутом, выполненным из провода МГТФ-0.07  необходимой длинны через переходник, так как самой длины шлейфа клавиатуры не достаточно для удобного размещения на передней панели трансивера. Клавиатуру подключают к разъему J6 на плате синтезатора по схеме.

 

3- Столбец №1         1 – Столбец №2        5- Столбец №3          8- Столбец №4

4- Строка №1           6- Строка №2             7- Строка №3             2- Строка №4

 

 

Разъем №7  Питание на синтезатор и выход сигналов с синтезатора. Разъем находиться возле батарейки на 3 Вольта.  На этот разъем так же выведены выходные сигналы синтезатора с обеих DDS.

Пин №1 Земля (оплетка кабеля) для снятия сигнала второй DDSAD9835BRU.

Пин №2, Выход сигнала со вотрой DDSAD9835BRU.

Пин №3, Земля (оплетка кабеля) для снятия сигнала с первой DDS  AD9951.

Пин №4 Выход сигнала с первой  (Основной)  DDS  AD9951.

Пин №5  Земля, питание синтезатора.

Пин №6  Питание синтезатора, плюс 9 Вольт.

Разъем J8 Для подсоединения валкодера. Пин №1 – Земля. Пин № 2 и 3 Управление (Вход квадратурного сигнала с валкодера). Пин №4, питание для валкодера, +5 Вольт.

Назначение кнопок клавиатуры в основном меню:

С  1 по 9 кнопку - выбор диапазона соответственно с 160 до 10 метров.

      1 – 160 метровый диапазон.

      2 – 80 метровый диапазон.

     ---------------------------------

9         – 10 метровый диапазон.

 

«*» - Вход в первое меню.

«0» - Режим FAST, выбор ускоренного шага перестройки частоты.

«#» - Вход во второе меню.

«А» - Переход в режим передачи/приема.

«В» - Выбор шага перестройки, от 1 Гц до 1 МГц.

«С» - Перестройка частоты вверх.

«D» - Перестройка частоты вниз.

При одиночном нажатии, один шаг перестройки. При удержании кнопки более 1 сек, режим автонажатия.

 

Кнопки в меню подписанные как Включение/выключение имеют так называемый Квазиэффект – первый раз нажал включение, повторно нажал выключение.

Назначение кнопок клавиатуры в первом меню:

1 – Режим телеграфа CW.

2 – Выбор верхней боковой USB.

3 – Выбор нижней боковой LSB.

4 – Выбор моды АМ.

5 – Выбор моды FM.

6 – Выбор моды WFM.

7 – Включение/выключение входного усилителя приемника.

8 - Включение/выключение входного аннтенюатора.

9 - Включение/выключение NARфильтра.

«*» - Выход из первого меню.

0 – Блокировка работы валкодера.

«#» - Включение/выключение компрессора микрофона.

«А» - Включение/выключение расстройки приемника.

Выключить расстройку можно как из первого меню повторным нажатием на кнопку «RIT» так и нажатием кнопки диапазона на котором находимся в основном меню. Синтезатор вернется на частоту передач. Также при переходе на другой диапазон, расстройка отключается.

«В» - Включение/выключение расстройки передатчика.

Выключить расстройку можно как из первого меню повторным нажатием на кнопку «XIT» так и нажатием кнопки диапазона на котором находимся в основном меню.

Синтезатор вернется на частоту приема. Также при переходе на другой диапазон, расстройка отключается.

 

«С» - Включение/выключение AGC– Автоматическая регулировка усиления приемника.

«D» - Включение/выключение системы VOX.

Назначение кнопок клавиатуры во втором меню:

 

 

1 – Заносим установле

нную частоту на дисплее, в одну из 10 ячеек памяти.

2 – Читаем частоту и установки из одной из десяти ячеек памяти.

3 – Установка частоты с клавиатуры.

4 – Выбор в качестве гетеродина VFOA.

5 – Выбор в качестве гетеродина VFOB.

6 – Обмен частотами между VFOA  и VFOB.

7 –

8 - Включение/выключение.

9 - Включение/выключение.

«#» - Выход из второго меню.

0 –

«*» - Сбросить все режимы управления частотой.

«А» - Включение/выключение  режима SPLIT.

«В» - Уравнивает частоты между VFOAи  VFOB.

«С» - Включение/выключение.

«D» - Включение/выключение режима сканирования частоты.

 

 

 

Для настройки синтезатора предназначено два технических меню.

Для входа в первое техническое меню синтезатора, необходимо при выключенном питании нажать и удерживать кнопку «D», включить питание и отпустить кнопку «D».

Для входа во второе техническое меню синтезатора, необходимо при выключенном питании нажать и удерживать кнопку «С», включить питание и отпустить кнопку «С».

Хождение вверх/вниз по техническому меню - осуществляется кнопками «А» - вверх и «В» - вниз. Активный режим (можно редактировать) выделяется красным цветом. Изменение выбранного значения, осуществляется вращением ручки валкодера или нажатием кнопок «С»-увеличивает значение на 1, нажатие на кнопку «D» - уменьшает значение на один. Для удобства коррекции значений в техническом меню, можно выбрать шаг изменения Stepmenu”- это первая строчка технического меню номер 1.

                          В первом техническом меню можно установить значение:

  1. Выбор шага перестройки в техническом меню.
  2. Частота частотной добавки для диапазона 144 МГц.
  3. Частота опоры для получения верхней боковой полосы SSB сигнала.
  4. Частота опоры для получения нижней боковой полосы SSB сигнала.
  5. Частота ПЧ для амплитудной модуляции.
  6. Частота ПЧ для частотной модуляции.
  7. Частота ПЧ для широкополосной модуляции.
  8. Частота опоры для телеграфа.
  9. Частота кварцевого генератора тактирования DDS.
  10. Частота добавки для диапазона 430 МГц.

                       Во втором техническом меню можно установить значение:

  1. Установка часов.  Для  выбора необходимого для коррекции значения часов или минут. Нужно нажать кнопки «А» или «В». Для коррекции выбранного значения – вращением ручку валкодера или нажимаем кнопки «С» или «D». Устанавливаем по очереди значение часов и минут.

Для точного хода часов в секундах, следует при корректировке, значение минут установить на единицу больше чем реальное время. Дождаться, когда секундная стрелка реального времени установиться в ноль, и в этот момент кратковременно нажать на кнопку «7». В подтверждения выполнения команды синхронизации часов, надпись Time = 14:27, станет красного цвета.

  1. MultDDS = 5   Установка внутреннего умножителя тактовой частоты DDS.
  2. ModeDDS =>  Выбор режима работы синтезатора:

a.       Fout = LCD  Частота на выходе синтезатора равна отображаемой на дисплее.

b.      Fout = Fs +/- Fp   Классический расклад преобразования частоты. На ВЧ диапазонах Fout = Fs - Fp

c.       Fout = Fs + Fp    Преобразование вверх.

d.      Fout = Fdds*2 Для последующего деления на 2 и получения противофазного сигнала VFO.

e.      Fout = Fdds*4  Для последующего деления на 4 и получения квадратурного сигнала VFO.

f.        ModeSDR    Работа с программами PowerSDRили подобными.

g.       -------------------   Резерв.

h.      ------------------

i.         -------------------

j.        -----------------

 

  1. Screenview = 01   Выбор цветового оформления экрана синтезатора. Пока три варианта. Возможно добавить варианты.

Для выхода из техническом меню, следует нажать кнопку «0».

Далее будет предложено два варианта выхода из технического меню с сохранением изменений или нет.

Если нажать «*» - то будет выход из технического меню с сохранением изменений. Если будет нажата кнопка «#» - то выход из технического меню будет осуществлен без сохранения изменений. Будут сохранены установки до вхождения в техническое меню.

 

                                                      ОБНОВЛЕНИЕ ПРОШИВКИ.

Перед обновлением прошивки, необходимо сохранить индивидуальные настройки трансивера.

Для это необходимо войти в техническое меню синтезатора:

Выключить трансивера, нажать и удерживать кнопку «*», включить питание трансивера. После появления технического меню, отпустить кнопку «*».

Переписать на бумагу значение частоты подставки для диапазона 2 метра - FreqAdd 2 м,

Частоты ПЧ для всех видов.

Freg IF USB,

Freg IF LSB,

Freg IF AM,

Freg IF FM,

Freg IF WFM,

Freg IF CW.

Частоту опорного генератора DDSFregCLKDDS,

Fregadd 70 s – частота подставки для диапазона 430 МГц.

После обновления прошивки, снова войти в техническое меню, как описано выше.

И установить все свои записанные ранее  значения.

Для передвижения по меню использовать кнопки «А» и «В». Активная строчка -  меняет цвет с синего на красный.

Значения изменяются вращением ручки валкодера или нажатием кнопок «С» или «D»

В верхней строчке меню можно выбрать необходимый шаг перестройки для ускорения установки необходимых значений.

Непосредственно сам порядок обновления прошивки.

1.Выключить питание трансивера, если трансивер был включен.

2.Нажать и удерживая кнопку «А», включить питание трансивера, подождать до окраски дисплея в желтый цвет.

Отпустить кнопку «А».

Если все было сделано правильно, экран дисплея будет желтого цвета.

Если произошла ошибка, экран будет синего цвета и в канал звука будет подаваться постоянный тон частотой 800 Гц..

3.Подключить USART кабель между СОМ портом компьютера и трансивера.

Если на ПК нет СОМ порта, следует воспользоваться USBCOMпреобразователем.

4.Запустить программу «Загрузчик», в «установки» выбрать СОМ порт 1 или 2, скорость обмена 9600, нажать «ОК».

                                                    

Нажать «файл» и в появившемся окне выбрать путь к свежо скаченному файлу  прошивки  DDS_TFT_***.enc, после выбора, нажать в этом окне «Открыть».

                     

5.Нажать в баре программы  кнопку «Обновить», если все сделано правильно, то пойдет обновление прошивки, что будет видно по увеличению процента загрузки в прогресс баре программы.

                                     

6. После 3-5 минут произойдет обновление прошивки, закрыть программу «Загрузчик».

7. Выключить трансивер и отключить кабель.

 

Обновление прошивки проведено успешно.

 

 

 

 

 

 

 

Яндекс.Метрика