DDS 응용 저주파 발진 유니트

Direct Digital Synthesizer(DDS)을 발진부에 사용해
로터리 스윗치에서의 주파수 가변을 PIC로 제어.

다이렉트 디지탈 신디사이저(DDS)를 이용해 주파수 발진 유니트
(을)를 만들어 보았습니다. DDS에는 시판 킷을 사용해, 이것의 제어를 PIC로 행
(이)라고 있습니다.
주파수 설정은 누르는 보턴과 로터리 스윗치로 다이얼식으로 만듭니다.
발진 주파수는 10 Hz에서 200 KHz를 1 Hz스텝에서 만듭니다.
주파수 안정도는 크리스탈 정밀도이므로, 일반의 저주파 발진기와 비교해
아득하게 안정인 물건이 되어 있습니다.
신호의 출력도 의외로 예쁜 정현파로 600Ω의 출력 앰프 부착입니다.

2. 발진부 사양

저주파 발진 유니트로서의 사양은 아래와 같이로 하고 있습니다.
(1) 전체 사양
　·전원
　　　　±DC8로부터 10 V　
　　　　(내부는, DC±5 V를 사용)
　　　　전류 용량 약　100mA
　·출력 주파수 범위
　　　　10Hz　~　200KHz
　
(2) 발진부 사양(DDS)
　·신호 종별 정현파만
　·주파수 범위　　　　　　1 Hz~200KHz
　　　　(출력 필터의 주파수 특성에 의한 제한으로, DDS로서는,
　　　　　1 Hz~17 MHz까지의 발진이 가능)　
　·주파수 가변 단위　　　　1Hz
　·주파수 안정도 크리스탈 발진 정밀도( 약 10 ppm)

(3) 제어부 사양(PIC16F84)
　·로터리 스윗치(메카니컬 방식)에 의한 updown
　　단위는 Hi/Low 스윗치에 의해, 1 Hz단위와 1 KHz 단위에 전환 가능
　·Up/Down 스윗치에 의한 연속 가변
　　로터리 스윗치보다 고속의 가변이 가능해, 가변 단위는 1 Hz인가
　　1 KHz입니다.
　·Hi/Low 스윗치
　　가변하는 주파수 단위를 1 Hz와 1 KHz로 전환하는 스윗치입니다.

(4) 출력 앰프부 사양
　·출력전압　
　　　600Ω부하에 대해　5Vp-p　의 정현파
　·출력전압 가변 범위
　　　스윗치 전환　　0 dB, -20 dB, -40 dB의 감쇠 전환 가능
　　　볼륨　　　0~최대까지 가변 가능
　·주파수 특성　　　　5 Hz~1MHz

3. DDS 인터페이스 사양

DDS로서는 유명한, 아키즈키 전자 통상의 「DDS 킷」을 기판마다 사용해,
시리얼 인터페이스용의 조립으로서 주파수 설정용의
딥 스위치는 실장하지 않고 일어납니다.

이 DDS의 시리얼 인터페이스를 PIC로 제어합니다만, DDS에의
시리얼 인터페이스는 밑그림과 같은 타이밍으로 합니다.
즉, 우선 출력하는 데이터를 하위 비트로부터 순서에 RB6에 출력해, 그리고
1비트의 데이터마다 RB5의 클락을 1회 Low로 해 High에 되돌립니다.
주소는 모두 「1」커멘드는 아래 표에 따라 출력합니다.
데이터는 3바이트의 데이터와 최상정도 2비트의 「0」을 출력합니다.
전부의 데이터를 다 출력했으면 , 마지막에 RB7의 스트로브 신호를
1회만 Low 그렇다면, DDS에의 출력이 완료해, 실제의 출력이 나옵니다.
또 커멘드 1은 프로그램의 초기화시에 1회만 출력하면 OK입니다.
그리고는 모두 커멘드 C 뿐입니다. 밑그림은 왼쪽에서 오른쪽으로 흐른다고 하는 형태로
봐 주세요.



또, 인터페이스의 커멘드는 아래 표와 같은 기능이 되고 있습니다.
이 안에서 사용하고 있는 것은, 출력 ON(1)와 채널 1에의 주파수 설정
(와)과 출력(C)의 2개 뿐입니다.

커멘드	기능 내용
0	출력을 OFF로 한다(데이터는 더미 데이터)
1	출력을 ON로 한다(데이터는 더미 데이터)
2	미사용
3	범용 출력(4비트)에 출력(하위 4비트만 유효가 된다)
4,5,6,7	체네르메모리(CH1~CH4)에 데이터 기입 기억
8,9, A, B	체네르메모리(CH1~CH4)의 데이터를 출력
C, D, E, F	체네르메모리(CH1~CH4)에 데이터 기록 또한 출력

DDS의 조립으로 변경한 요소는 출력 필터로, 이번은 저주파
용무라고 하는 것이기 때문에 정수를　1 MHz까지로서 아래와 같이 변경해
있습니다. 이 필터의 효과이기 때문에, 출력으로서 같은 진폭이 되는 것은
10 Hz~200 KHz가 되고 있습니다.
좀 더 주파수 범위를 펼치고 싶을 때로는, 이 필터의 정수를 변경하면
넓힐 수가 있습니다.

　　　　220μF　　100μH　　100μH　　100μH
　　　　220pF　　　470pF　　470pF　　220pF

또 점퍼 J1는 접속하지 않습니다.

4. 회로 구성

DDS와 PIC를 접속한 저주파 발진 유니트의 전체 회로는 밑그림인 듯
(이)가 됩니다. 이 회로로, 아래 쪽이 PIC와 DDS 부분, 위쪽은 출력 앰프
부분이 됩니다.
PIC에는 수중에 있다　PIC16F84를 사용했습니다만 어떤 것에서도 할 수 있습니다.
클락도 10 MHz가 아니어도 적당한 값으로 괜찮습니다.
DDS에 5 V의 전원을 공급합니다만, 전류가 100 mA 가까운 시일내에 흐르기 때문에
3 단자 레귤레이터에게는 1 A타입의 7805를 사용해, 방열 핀을
붙입니다.

출력 앰프는 교과서 그대로의 차동트랜지스터에 의한 출력부로 하고 있고
. 그러나, 이것에 사용하는 트랜지스터에는 주파수 특성이 좋은 PNP와
NPN의 페어 트랜지스터를 사용해 주세요. f특으로서는 200 MHz 정도는
갖고 싶은 곳입니다.
같이 여기서 사용하는 유효증폭기도 주파수 특성이 좋은 것을 사용할 필요
(이)가 있습니다. 1 MHz로 게인 약 10배이기 때문에, 밴드폭으로서 10MHz
(은)는 최저 필요합니다. 이번은 LM833를 사용했습니다.
출력의 앗테네이타는 그만큼 정확한 감쇠비는 필요로 하지 않기 때문에
간이 회로로 짰습니다.

【주의】아래와 같이 회로도에서 DDS와 PIC의 접속으로, STB와 SCK가 거꾸로 되어
　　　　있습니다. 정확하게는, RB7－SCK　　RB5－STB　입니다.



아래와 같이는 CAD의 회로도와 기판 패턴도의 데이터입니다. 다운로드
해 HiWIRE로 봐 주세요.

　　★　DDS 응용 저주파 발진 유니트 회로도
　　★　DDS 응용 저주파 발진 유니트 패턴도

5. 프로그램

PIC의 프로그램으로서는 쉬운 프로그램입니다.
우선 초기화한 뒤는, 쭉 키의 입력의 유무를 계속 감시합니다.
그리고 키의 입력을 하나에서도 감지하면(자), chattering를 회피한다
유익 일정시간 후(1 msec 또는 5 msec)에 재차 읽어들여, 같은가
제발을 확인하고 있습니다.
이 대기 시간이 2 종류 있는 것은, 로터리 스윗치의 동작이 고속의
유익으로, 5 msec 기다리고 있으면(자) 입력 누락이 있는 것을 알았기 때문입니다.

그리고 확인 후, 로터리 스윗치인가　up/down 스윗치인지를 구별해
각각의 처리에 분기 하고 있습니다.
각각의 처리에서는, 3바이트 24비트의 주파수 데이터를 카운트업
또는 다운합니다만, 그 전에 Hi/Low 스윗치 상태를 읽어 입응
그리고 그것에 의해,±1 Hz로 할까±1 KHz로 하는지를 판정하고 나서,
의 처리를 하고 있습니다. 3바이트의 데이터의 업, 다운 카운트에
됩니다.

업·다운이 끝나면(자), 그것의 데이터를 DDS에 보냅니다만,
보내는 포맷이 DDS 전용이기 때문에, 거기에 맞춘 순서로 보냅니다.
마지막에 strobe 신호를 송신하면, DDS의 출력이 나옵니다.
이것으로 1순의 처리를 완료해, 원 상태로 돌아옵니다.
여기서 주의가 필요한 것은, 데이터는 정론리입니다만, 클락과 스트로브
(은)는 부논리인 것입니다. 즉 이 RB5와 RB7는 상시 「1」으로 해 두어
출력할 경우에 「0」(이)라고 한다고 하는 것입니다.

Up/Down 스윗치의 처리에서는, 연속해 밀리고 있는 동안, 카운트업
다운을 하는 것입니다만, 그대로 연속 처리하면(자) 너무 빠르기 때문에, 몇회
게 1회 카운트를 실행하는 것처럼 합니다. 이전 격은 파라미터가 되어
있기 때문에 적당한 기호의 값으로 해 주세요.

프로그램 소스는 아래와 같이이므로, 다운로드해 MPLAB로 사용
주세요.

　　　★　DDS 응용 저주파 발진 유니트 프로그램 소스

6. 외관 구성

저주파 발진 유니트의 개관은 아래와 같이 사진과 같이 되어 있습니다.
우선 베이스와 완성되는 기판에는, PIC와 출력 앰프가 실장되고 있어 게다가
에 DDS 킷의 기판이 연결기 접속으로 실장할 수 있도록(듯이) 했습니다.
이 연결기에는, 기판용의 핀 연결기를 사용했습니다만, 위치 결정은
DDS 기판의 치수를 실측해 결정하고 있습니다.
전원의 3 단자 레귤레이터는 출력 앰프용의±5 V용은 독립으로 했습니다.
따라서 5 V 이외 마시자 조금 높은 전압으로 해, 출력전압을 올리는 일도 가능
입니다.
DDS 공급용의 5 V의 3 단자 레귤레이터는, 전류가 상당히 흘러 뜨거워져
그리고, 방열 핀을 붙이고 있습니다.

전체의 구성입니다. DDS의 기판이 2층건물에서
실려 있습니다.
좌측 연결기가 스윗치용으로, 우측이 출력용
입니다.


3 단자 레귤레이터에게는 방열 핀을 달아
있습니다.

DDS의 기판의 뒤편입니다. 아래 쪽의 기판과의
접속에는 핀 연결기를 사용했습니다.

아래 쪽의 기판으로 DDS 기판을 떼었습니다.
좌측이 PIC 관련으로 우측이 출력 앰프 관련의
회로입니다.

아래의 사진은 조립의 상세합니다.

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