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제 목 41. USB 접속의 8자리수 주파수 카운터(하드웨어편) 
첨부파일

 

                  CPLD를 사용한 주파수 카운터 블록과 PIC를 편성, 한층 더
                  USB 콘트롤러를 사용해 PC와 USB로 접속해 컨트롤
                  할 수가 있습니다. 8자리수로 100 MHz까지 카운트 할 수 있습니다.


 USB 접속의 8자리수 주파수 카운터(하드웨어편)

 CPLD의 주파수 카운터 블록과 PIC를 조합했다
 8자리수 80 MHz의 주파수 카운터입니다. 이번은 이것에
 USB 콘트롤러를 추가해 PC와 USB로 접속해
 리모콘이 생기도록(듯이) 했습니다.


【개요】

이미 소개완료의 「CPLD를 사용한 8자리수의 주파수 카운터 블록」을 사용했다
주파수 카운터에, USB 콘트롤러를 추가해, PC로부터 리모콘
할 수 있는 주파수 카운터를 제작해 보았습니다.
이것으로, 장기간의 주파수 안정도등의 데이터를 수집하는 것이 가능하게
되었습니다.
전면 패널에는 전원 스윗치와 액정 표시, 입력 연결기만이라고 한다
상쾌한 외관입니다.
 표시를 액정 표시기로 했으므로, 여러가지 표현이 가능합니다.




JTAG 단자를 사용해 CPLD의 프로그래밍중
CPLD를 실장한채로 상처 편리.



 지금까지 제작한 측정기를 모두 USB로 접속해, PC로부터 동시에 제어
할 수가 있으므로, 이른바 실험실 레벨의 측정 환경이 USB로 통합할 수 있다
일을 확인할 수 있었습니다.
PC에의 접속에는, 허브를 추가합니다. 이 허브로 4에서 8 계통의 USB가
접속할 수 있게 되기 때문에, 각각의 측정기의 프로덕트 ID를 바꾸어
두면, 동시에 모든 접속을 해도 문제 없게 식별할 수 있어 각각 독립에 동시에
제어하는 것이 가능합니다.

밑그림은 이번 실험에 사용한 소형의 허브로, 버스 파워이므로 전원도 불필요합니다.
이런 간단한 것으로 USB에의 접속 계통을 증설할 수 있으므로, USB를 사용하는 것이 측정기
환경 구축에는 편리하다고 생각합니다.


좌측이 PC측, 버스 파워이므로
허브용의 전원은 불필요합니다.






【전체 구성】

 이 주파수 카운터의 전체 구성은 밑그림과 같이 되어 있어, 전체를 1매의
기판안에 실장해 버렸습니다.
 카운터부는, CPLD로 구성해, 입력 앰프로 증폭되고 정형된 신호를
CPLD에 직접 입력해 8자리수의 BCD로 카운트 합니다. 그리고 매회 카운트 결과의
8자리수의 BCD 데이터를 PIC의 포토로부터 입력해, 액정 표시기에 표시하고 있습니다.
 한층 더 이 PIC에는 USB9603의 USB 콘트롤러가 접속되고 있어, USB로
PC와 접속할 수가 있습니다.
 PC로부터 계측 요구가 있으면(자), 그 때의 게이트 시간이 완료한 시점에서
카운트치를 PC에 반송합니다.










【전체 회로 구성】

 클락에는 12. 8 MHz의 고정밀도 수정발진기를 사용해 1 ppm라고 하는 고정밀도를
확보합니다. 그리고 그 출력을 직접 CPLD에 입력하면(자) 약간 불안정하게 되므로,
일단 74 AC14로 버퍼 하고 나서 더합니다. PIC에도 같은 클락을 분배해 사용해
있습니다.

 입력 앰프는 상투적인 패턴의 회로입니다만, 트랜지스터에는 fT가 1GHz
이상의 주파수 특성이 좋은 것을 사용합니다.
한층 더 출력에 74 AC14의 슈미트 버퍼를 삽입해, 파형이 무너진 펄스에서도
오카운트 하지 않게 합니다.

 PIC는, 포토의 핀을 모두 다 사용하고 있기 때문에 조금 힘듭니다만, PIC를
유효 활용하고 있습니다.

 CPLD를 실장한 채로 프로그래밍이 생기도록(듯이), JTAG의 단자를 준비해
있습니다. 여기에 Xilinx의 프로그래머의 JTAG 신호를 접속하면, 전원을 넣은 채로
기능을 고쳐 써 즉동작시켜 확인하는 것이 가능해집니다


 USB 콘트롤러는 상투적인 패턴으로, SPI 통신에 의한 접속이 됩니다.
셀프 전원 공급 장치 방식이므로, USB 연결기의 전원 핀은 사용하지 않습니다.
USB 콘트롤러의 클락용의 24 MHz에는, 소형의 크리스탈 발진기를 사용해
가, 단순한 크리스탈 진동자에서도 괜찮습니다.

 전원 회로는 5 V 뿐입니다만, 전류가 250 mA 가까운 시일내에 흐르기 때문에, 대형의 3 단자
레귤레이터를 사용해, 방열 핀을 추가합니다.






 아래와 같이는 본주파수 카운터의 회로도와 패턴도입니다. IVEX사의 WinDraft
WinBoard로 사용해 주세요.

  ★ 8자리수 주파수 카운터의 회로도와 패턴도


【제어 기판의 외관】

 이 회로를 실장한 기판이 밑그림과 같이 됩니다. CPLD를 소형의 것에
할 수 있었으므로, 소형 기판으로 모든 부품을 실장할 수가 있었습니다.


전원의 3 단자 레귤레이터는 방열 핀을 달아
있습니다.
USB 콘트롤러는 플랫 패키지이므로
기판의 땜납면측에직부입니다.



CPLD는 소켓에 실장해, JTAG 단자를 마련해
두는 것으로 이대로 프로그래밍을 할 수 있습니다.
고정밀도 크리스탈 발진기는 주파수미조정용의
구멍이 있습니다.
사진은 74 HC14입니다만 이 후 74 AC14로 교환하고 있습니다.


입력 앰프 회로입니다. 콘덴서에는 소형의
적층 탠탈럼 콘덴서를 사용했습니다.





【케이스에의 실장과 외관】

상기의 회로를 모두 1매의 기판에 실장해 버렸으므로, 케이스에의 실장
(은)는 매우 간단합니다.
특히, 전원은, 외부에서(보다) 9 V의 DC전원을 공급하는 것으로서 간략화했습니다.


내부 실장은 1매의 기판 뿐인 것입니다 송곳.
장래 프리스케이라를 다는 것을 생각
스페이스를 비워 둔다.
전원 연결기에 직접 다이오드를 접속해±오삽입
대책을 하고 있습니다.



전면 패널의 실장은 액정 표시기와 전원 스윗치
한층 더 입력용 연결기. 입력용 연결기에는 BNC와
pin jack를 병용 할 수 있도록(듯이) 했습니다.
액정 표시기는 백 라이트 첨부입니다.

 액정 표시기의 고정에는 2 mm의 나사를 사용해 2개소만 고정하고 있습니다.
우상은 나사의 나트가 패턴에 접촉하기 위해(때문에) 절연 washer를 사용해
있습니다.
또 콘트라스트 조정용의 가변 저항은, 액정 표시기에 직 붙이고 해 버렸습니다.
액정 표시기의 기판 좌측으로 1개 저항이 추가되고 있습니다만, 백 라이트의
밝음 조정용으로, 30Ω으로 딱 좋은 밝음과 소비 전류가 되었습니다.
남아 작은 저항으로 하면(자) 밝지는 됩니다만, 전류가 증가하므로, 전원의
3 단자 레귤레이터가 뜨거워져 버립니다.

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