Từ việc xây dựng sơ đồ khối với các chức năng của modun và phương án thiết kế đã nêu ở trên, ta có thể xây dựng sơ đồ nguyên lý như hình 3.4 và hình 3.5.
3.1 Tổng hợp số trực tiếp
Mạch này dùng IC AD9850BRF của hãng Analog device cho phép tạo ra các tín hiệu điều hoà hình sin có độ chính xác và độ phân giải cao. Sơ đồ kết nối đến μP của IC ADF 9850BRF được thể hiện trên hình 3.6.
Hình 3.6: Sơ đồ kết nối với μP của IC ADF 9850BRF
Mạch này có nhiệm vụ tạo ra các tần số(10 ÷ 19.999)MHz, nhận dữ liệu đặt tần số từ hệ vi xử lý. IC AD9850 là một IC có thể lập trình và điều khiển được, do vậy quá trình hoạt động của nó được điều khiển bởi OnChip.
AD9850BRF là thiết bị tổng hợp số trực tiếp và là một bộ dao động được điều khiển dưới dạng số gồm một bộ tích lũy pha, bảng chuyển đổi pha sang biên độ, và một bộ chuyển đổi D/A 10bit. Khi nguồn tần số chuẩn đầu vào có độ chính xác cao, AD9850BRF sẽ tạo ra một tín hiệu hình sin có độ sạch phổ cao, sóng đầu ra có dạng hình sin chuẩn. AD9850BRF có thể giao tiếp với
31
OnChip qua chế độ nối tiếp hoặc song song tuỳ thuộc vào việc đặt chế độ trong thanh ghi có sẵn trong IC. IC AD9850BRF có khả năng tạo ra một tần số bất kỳ có độ chính xác cao và độ méo nhỏ. Tất cả các tần số được tạo trong AD9850 đều được tạo ra từ dao động thạch anh 125MHz mắc ở bên ngoài . Để tạo ra một tần số thì OnChip 2 sẽ phát từ điều khiển tần số đến cổng D7 (chân 25)của AD9850. Dữ liệu này được ghi vào thanh ghi dữ liệu đầu vào 40bit, sau đó được đưa vào 2 thanh ghi tích lũy pha 32bit và thanh ghi điều khiển 8bit.(bên trong IC AD9850 có sẵn 2 thanh ghi lựa chọn tần số 16bit, 1 bộ chọn pha và 4 thanh ghi dịch pha 8 bit ) tín hiệu số dưới dạng mã nhị phân được nạp vào 2 thanh ghi tần số 16bit, tại đây dữ liệu được đưa vào bộ tích lũy pha 32bit. Đây là một mạch có chức năng chia tần số, và độ phân giải có tần số ra phụ thuộc vào kết quả của việc chia f chcho (232) . Bộ tích lũy pha là bộ đếm thay đổi được mà bộ đếm này có khả năng lưu trữ các từ thiết lập tần số tại mỗi chu kỳ xung đồng hồ. Trong mỗi chu kỳ, đầu ra của bộ tích lũy pha thể hiện pha của sóng sin đầu ra với giá trị ″0” tương ứng với “0” radian và giá trị “1” tương ứng với 2π radian . Tín hiệu này là dạng răng cưa có tần số bằng tần số của sóng sin đầu ra. Sau đó tín hiệu này được đưa tới bộ chuyển đổi giá trị pha số thành giá trị biên độ số. Khối chuyển đổi pha số sang biên độ số thực hiện chuyển đổi 14bit cao của đầu ra của khối tích lũy pha và tạo ra 12 bit biên độ số tương ứng, 12 bit này quyết định bước dịch tần của các mạch tiếp theo thường là mạch chuyển đổi số sang tương tự, 18 bit thấp được cắt bỏ để giảm bớt độ phức tạp của khối chuyển đổi pha số sang biên độ số. Chức năng trong mạch này được thực hiện nhờ một bảng chứa giá trị biên độ tương ứng được chứa sẵn trong bộ nhớ. Tín hiệu hình sin của tần số ra dưới dạng biên độ số đưa sang bộ chuyển đổi số sang tương tự 10 bit . Khối này có chức năng chuyển đổi các giá trị biên độ số sang tín hiệu tương tự. Bộ chuyển đổi D/A thực hiện dựa trên định luật lấy mẫu Nyquist, đặc biệt
V C C U 1 4
L M X 1 5 0 1 5 7 1 0
9 8
1 5 1 6 1 3 1 4 1
2 1 2 1 1 3 4
D 0 L D S D I
C L K F I N
O P O R F R F P O S C I N
O S C O U T F C L E V P V C C
1 0 M H z P 2 _ 4
P 2 _ 5
P 2 _ 6 C H A R G E
C H A R G E M I X E R
3 3 p F
1 0 n F 1 0 0 n F
3 3 p F
trong thành phần phổ đầu ra của tín hiệu sau bộ D/A còn có chứa những thành phần nhiễu ảnh của tín hiệu. Do vậy để thu được tín hiệu chuẩn không có nhiễu thì sau khối tổng hợp số trực tiếp người ta phải đặt một bộ lọc dải để loại bỏ thành phần nhiễu ảnh. Hệ thống tổng hợp số trực tiếp là một vòng lặp mở , thực chất là tạo ra tần số chuẩn mà tần số này là phân số của tần số clock đầu vào. Dữ liệu dưới dạng số được ghi vào khối tích lũy pha, kích thước của bước dịch tần của DDS được xác định bởi số bit đầu vào N và được thể hiện (∆Φ=
2
1
N f clk), tổng hợp số trực tiếp không những tạo ra tần số có độ chính xác cao mà còn tạo ra dải tần số rộng. Theo định lý Nyquist, tín hiệu do khối chuyển đổi số sang tương tự đạt ẵ tần số chuẩn đầu vào như vậy giới hạn trờn của bộ tổng hợp số trực tiếp là f max=
2
f clk .
3.2 Khối so pha và bộ chia biến đổi
Toàn bộ khối chia tần và so pha được xây dựng trên một IC loại LMX1501A là loại IC dán 16 chân , tiêu thụ dòng rất nhỏ (danh định là 6,5mA). Do thực hiện chia tần số và so pha trong một vỏ IC nên mức phát xạ nhiễu xung rất nhỏ. Mạch IC LMX1501A có nhiệm vụ nhận dải tín hiệu dao động có tần số (31,475 ÷ 72)MHz . từ sau bộ trộn , nhận đặt dữ liệu hệ số chia từ hệ vi xử lý.
Tín hiệu ra là các xung tương ứng với sai lệch tần số của 2 dao động
M MHz 10
và N
f
f ra− dds bộ dao động chuẩn là một bộ dao động thạch anh có tần số 10MHz có độ ổn định tần số cao, không gây nhiễu cho các bộ phận khác. Sơ đồ kết nối đến μP của IC LMX1501A được thể hiện trên Hình 3.7
33
Hình 3.7 : Sơ đồ kết nối đến μP của IC LMX1501A
Trong IC LMX1501A có 2 bộ chia có hệ số biến đổi và một bộ so pha. Tín hiệu sau trộn tần só dải tần số từ(31,475 ÷72)MHz được đưa vào chân f incủa LMX1501A. Dao động chuẩn 10MHz được mắc vào 2 chân OSCIN và OSCOUT của IC LMX1501A hai tần số này sau khi qua 2 bộ chia N, M có hệ số biến đổi tương ứng được đưa đến đầu vào bộ so pha. Đầu ra bộ so pha gồm các chân Do, Φr, Φp. Có thể tùy chọn sử dụng bộ kích điện áp trong hoặc dùng bộ kích điện áp ngoài. Nếu dùng bộ kích điện áp trong thì đầu ra Do sẽ cho ra một dãy xung có cực tính và độ rộng xung phụ thuộc vào pha của hai dao động đầu vào. Nếu dùng bộ kích điện áp ngoài thì 2 chânΦr, Φp được
mắc với một bộ kích điện áp. Để đảm bảo yêu cầu độ dịch tần cho các điện đài sóng cực ngắn thì tôi chọn phương án dùng bộ kích điện áp ngoài. Hệ số chia của hai bộ chia biến đổi N, M được nạp từ hệ vi xử lý qua các chân SDI, CLK, LE. Khi đó bộ so pha sẽ so sánh hai dao động
M MHz
10 và
N
f f ra− dds ,
đầu ra so pha là các chân Φr , Φp được đưa tới bộ kích điện áp ngoài. Chọn tần số so pha cố định là 5KHz, có nghĩa là chọn bộ chia biến đổi M có giá trị cố định là
5 10000
= 2000. Khi đó N=
5
f
f VCO− dds là một dải biến đổi 6349 ÷ 14400 mỗi giá trị cách nhau là 5. Lúc này bit điều khiển SLATCH được kích
V A C
7 8 p
C 2 0 1 n
2 2 0 0 p 1 0 u H
3 . 9 k 3 . 9 k
5 2 3 3 O
1 2 0 k
5 2 3 3 0
T o i K h o i V C O O P
O R
O R
lên mức tích cực là ″1” tương ứng với việc đặt chế độ chia P=
65
64 và Nmax = Bmax* P + Amax= 131.135
3.3 Bộ khuếch đại, bộ lọc thấp
Bộ khuếch đại, bộ lọc thấp có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu xung sau so pha và biến đổi thành điện áp thăng giáng sao cho độ lớn tương ứng của điện áp có thể cho phép khi dao động sau trộn dao động chuẩn đạt được
M MHz
10 =
N
f
f ra− dds thì đầu ra bộ lọc xuất hiện điện áp một chiều. Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại và bộ lọc thấp được thể hiện trên hình 3.8.
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại và bộ lọc thấp
Tín hiệu vào bộ khuếch đại và lọc thấp là tín hiệu trên hai chân OP, OR sau bộ so pha, sau bộ kích điện áp tín hiệu dạng xung điều khiển được khuếch đại điện áp qua bộ lọc thấp 5KHz, tín hiệu có dạng thăng giáng tuỳ theo sự sai lệch giữa hai dao động đầu vào so pha, tín hiệu này được đưa đến điều chỉnh dao động VCO.
3.4 Bộ nhớ trong EEPROM
35
+ 5 V
E A / V P P 1 _ 2 P 1 _ 1 S D A
S C L W P
G N D A 0 A 1 A 2 V C C
A T 2 4 C 3 2
Chíp nhớ EEPROM loại AT24c64 OnChip1 điều khiển được tổ chức thành các vùng nhớ tần số, vùng tần số đặt cho DDS, vùng đặt tần số. Bộ nhớ vẫn lưu được giá trị kể cả khi không được cấp nguồn. Sơ đồ nguyên lý của bộ nhớ trong được thể hiện trên hình 3.9.
On chip1 khi bắt đầu làm việc với EEPROM phải khởi động bít Start.
On chip1 đưa chân SDA, chân SCL lên mức tích cực cao. Trong khi SCL vẫn ở mức cao thì sau một khoảng thời gian ∆t=0,6ms thì on chip 1 điều khiển chân SDA về mức thấp. Bít start có tác dụng để thông báo bắt đầu ghi hoặc đọc dữ liệu từ EEPROM.
Có thể ghi dữ liệu vào EEPROM theo byte hay theo trang. Để ghi từng byte vào ẺEPOM thì trước mỗi byte dữ liệu cần truyền một byte điều khiển ghi đọc, một byte địa chỉ. Còn ghi theo trang thì chỉ cần truyền một byte điều khiển tiếp theo đó là các byte được truyền lần lượt từ đầu trang đến hết.
Đọc dữ liệu từ EEPROM, on chip1 sẽ lựa địa chỉ cần đọc vào thanh ghi A và đặt cờ nhớ lên 1 để bắt đầu đọc dữ liệu .
- Đọc từ địa chỉ hiện thời - Đọc ngẫu nhiên
- Đọc tuần tự
Sau khi đọc dữ liệu từ EEPROM on chip1 phải khởi tạo bít stop để kết thúc quá trình bắt tay với EEPROM. Bit stop được khởi tạo tương tự như bit start nhưng chỉ khác là chân SDA chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao.
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý của bộ nhớ trong 3.5.Bộ biến đổi D/A
Yêu cầu của bộ biến đổi số sang tương tự lấy ra 50 mức trong dải(1,5÷12,5)V điều hưởng bộ lọc cao tần phần thu và 50 mức trong dải 11V
÷ 20V điều hưởng cho dao động VCO, đồng thời điều hưởng bộ dao động kích thích ở phần phát. Sơ đồ nguyên lý được vẽ trên hình 3.10
Ta nhận thấy rằng dải điều hưởng của bộ lọc cao tần 1,5V ÷ 20V có khoảng điện áp biến đổi tương đối tương đồng và cùng là 50 mức, hơn nữa điện áp đặt trước cho các bộ dao động chỉ cần độ chính xác tương dối vì đã có điện áp tìm kiếm vi chỉnh điện áp đặt lên varicap. Do đó chỉ cần thiết kế một bộ D/A cho cả ba đối tượng điều khiển với độ chính xác cho bộ lọc. Muốn vậy cần bộ D/A tạo ra dải 10V ÷ 21,5V. Khi điện áp này đưa đến bộ lọc cần phải qua tải để giảm sụt áp đặt lên varicap. Bộ biến đổi D/A dùng 8 tranzitor làm khoá đóng mở cho các điện trở tương ứng trên colector được nối đất. Đầu vào điều khiển là tín hiệu được chốt trên IC 74LS374. Nguồn nuôi cho bộ D/A là điện áp 26V lấy từ bộ ổn áp. Bộ biến đổi D/A có 8 đầu vào tương ứng với bus 8 bit của hệ vi xử lý, khi một bit có mức logíc 1 thì bán dẫn tương ứng sẽ thông và điện tử tương ứng với một điện áp có dải từ 0V đến 26V. Hệ vi xử lý sẽ điều khiển điện áp đặt trước trong dải 10V ÷ 21.5V. Và đồng thời điều hướng b ộ lọc cao, bị dao động kích thích bằng cách suất ra bị chốt 1 byte mã tương ứng.
37
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi D/A 3.6. Khối vào dữ liệu và hiển thị.
Khối vào dữ liệu có yêu cầu thiết kế 1 đảo mạch 10 vị trí, trong đó 8 vị trí rành cho 8 kênh nhớ, 1 vị trí zero và một vị trí đặt chế độ thu quét 100 kênh nhớ. Thiết kế 5 phím, trong đó có 1 phím điều khiển đặt tần số nhớ, 4 phím còn lại là tăng, giảm, dịch phải, dịch trái để điều khiển chọn kênh, chọn tần số.
Màn hiển thị dùng loại đèn tinh thể lỏng có DDRAM bên trong và co khả năng hiển thị text. LCD vào ra dữ liệu qua bus 8 bit, RS, R/W là các chân điều khiển ghi dữ liệu, ghi lệnh hoặc đặt dữ liệu, đọc tần số, E là chân ENABLE để báo bắt đầu cho LCD làm việc. LCD có một thanh ghi lệnh, các mã lệnh được nạp vào thanh ghi lệnh này và sẽ được quy ước các trạng thái tương ứng của bộ hiển thị.