GENERATEUR HF (2MHz)
à synthèse de fréquence (Quartz - PLL - uP )
basé sur un Microcontroleur ATMEGA8

Je vous ai déjà parlé ici de ces puissants microcontrôleurs RISC que sont les AVR ATMEGA8-16.

Voici mon deuxième montage réalisé autour de l'un d'eux, afin de me familiariser avec le langage assembleur AVR ainsi qu'avec les diverses ressources de ces uP.
Moi qui connais bien les PIC, je n'ai eu aucune difficulté à migrer vers ces nouveaux circuits que je trouve plus performants, mais dont l'architecture et les ressources restent assez semblables.

Vous trouverez dans le soft que je fournis:
  • des routines permettant de piloter un afficheur LCD 1x16c ou 2x16c
  • des routines d'affichage d'un octet ou d'un mot de 24 bits
  • la mise en oeuvre de la division d'une fréquence (utilisation du Timer1 associé à l'entrée T1 et à la sortie OC1A sans génération d'interruption: le traitement est très rapide et ne consomme pas de temps processeur)
  • une routine de MULTIPLICATION 8 bits x 16 bits résultat sur 24 bits (en complément de celle implantée dans la puce qui est de 8b*8b->16b)
  • une routine de DIVISION 24 bits par 8 bits, résultat sur 24 bits

1 PRESENTATION

Voici le GENE HF sortant une fréquence de 15625Hz (fréquence de balayage H TV)

Les petits points noirs sont des boutons poussoirs.
Les deux de gauche permettent de déplacer le curseur (actuellement sous le chiffre 5)
Les deux suivants servent à incrémenter - d'écrémenter le chiffre ainsi désigné. Cette méthode de saisie a l'avantage par rapport à un clavier numérique de pouvoir faire évoluer la fréquence facilement par pas de 0.01Hz, ...., 1Hz, 10Hz, ..., 1000Hz... etc d'un simple clic sur un bouton.

Les deux de droite règlent le taux de division final par puissance de dix (sept gammes : 1/1, 1/10, 1/100, 1/1000, 1/10 000, 1/100 000, 1/1 000 000)

Le GENE HF peut synthétiser 12.6 millions de fréquences entre 0.20000 Hz et 2.0000 MHz

2 Le circuit imprimé

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Le circuit imprimé est réalisé en double face avec toutes les pistes sur la face 'Bottom', la face 'TOP' (côté composants) servant de plan de masse.

La réalisation est plus simple que celle d'un vrai double-face puisqu'il n'y a qu'un typon a réaliser pour les pistes. Coté plan de masse, il suffit d'éliminer le cuivre autour de tous les trous avec un foret de 3mm avant de souder les composants (sauf pour les pattes devant être reliées à la masse, qu'on soudera directement sur le plan de cuivre).

Cette technique est bien connue de ceux qui font de la HF.

4 LE SCHEMA

5 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

  • Le VCO du 74HC4046 génere une fréquence ajustable entre 200kHz et 2MHz. (Attention, la version CMOS = CD4046 ne peut pas dépasser 1MHz).
  • Cette fréquence est divisée par l'ATMEGA par un nombre à 5 chiffres (max 20 000) choisi par l'utilisateur afin d'obtenir une fréquence de 50Hz.
  • D'autre part une fréquence de référence de 50Hz également, est générée par division de la sortie d'un oscillateur à quartz (3.2768MHz = 100 x 2E15) par 2 x 10E15 (par les deux 4040 en bas sur le schéma).
  • Ces deux 50Hz sont soumis au comparateur de phase de type II du 74HC4046 (voir son datasheet), le résultat (pin 13 du 74HC4046) est intégré par une cellule RC (330k-1uF).
  •  La tension d'erreur ainsi obtenue sert à asservir le VCO (pin 8 du 74HC4046).

Le pas minimum obtenu est de 100 Hz pour la gamme 2MHz, et il est bien sûr divisé par le le même facteur que celui servant à obtenir chacunes des autres gammes. Ainsi pour la gamme 20kHz, il est de 1 Hz, et pour la gamme 2Hz il est de 0.1 milliHertz ! (A comparer a certains appareils qui ont une résolution constante de 1Hz par exemple, ce qui appréciable pour les fréquences élevées, mais qui devient un peu... juste pour les fréquence basses, lorsqu'il s'agit par exemple d'une fréquence de sortie de 3Hz ajustable par pas minimum de 1Hz ! Je sais de quoi je parle, j'en ai acheté un !)

Le convertisseur N/A sert à stabiliser la phase du signal de sortie (il permet de pratiquement annuler le bruit de phase, qui est le point faible des systèmes à PLL, d'autant plus longues à se stabiliser que la fréquence de référence est basse. Mais une fréquence de consigne basse permet un pas petit... ce qui est recherché ici).

Enfin un connecteur permet la programmation du microcontroleur in circuit ( Voir ici ).

6 Documents techniques


7 EVOLUTION

21 février 2006:

Améliorations possibles:
  • Utilisation d' un VCO montant à 90MHz (avec un 74F04 et une varicap, puis division par un 74F161 j'y travaille, ça fonctionne)
  • Ou mieux, un VCO montant à 1GHz (oscillateur à transistor BFR93A + varicap et division par un SDA2101)
20 mai 2006:

J'ai ajouté un convertisseur N/A afin d'améliorer la vitesse et la stabilité de l'asservissement de la fréquence.

14 janvier 2008:

Le BRD dont je dispose n'est pas à jour par rapport au schéma, j'ai en effet fait beaucoup de modifications après la réalisation du circuit imprimé. Le schéma, lui, est à jour, mais je n'ai pas refait l'implantation...

Si vous maîtrisez Eagle, le mieux est que vous routiez le schéma.

Pour info:Vous trouverez également sur ce site sur un géné piloté par uC ATMEGA programmé en PASCAL, avec un VCO 40 à 90MHz SINUSOIDAL (taux d'harmoniques très faible, controlé à l'analyseur de spectre, amplitude asservie par diode PIN, fréquence par varicap), affichage sur LCD bleu 4 lignes, etc...

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