GPSDO YT, Oscillator ที่มีวินัย ความถี่อ้างอิง 10Mhz ราคาถูก. แม่นยำ: 3 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

*******************************************************************************

หยุด หยุด หยุด หยุด หยุด หยุด หยุด หยุด

นี่เป็นโครงการที่ล้าสมัย

ให้ตรวจสอบเวอร์ชันจอแสดงผล LCD 2x16 ใหม่ของฉันแทนที่นี่:

www.instructables.com/id/GPSDO-YT-10-Mhz-L…

ฉันทิ้งเวอร์ชันเก่าไว้ที่นี่เพื่อรับเอกสาร

*******************************************************************************

สวัสดีพวก

GPSDO คืออะไร ? GPSDO หมายถึง ออสซิลเลเตอร์ที่มีระเบียบวินัย GPS GPS สำหรับระบบระบุตำแหน่งทั่วโลก ดาวเทียม GPS ทั้งหมดติดตั้งนาฬิกาอะตอมที่ซิงโครไนซ์ โมดูล GPS รับสัญญาณเหล่านี้จากดาวเทียมหลายดวง และด้วยสมการสามเหลี่ยม เขารู้ตำแหน่งของเขา แต่ที่นี่ สิ่งที่เราสนใจคือชีพจรต่อวินาทีที่พบในโมดูล ด้วยพัลส์ที่แม่นยำ (จากนาฬิกาอะตอม) เราสามารถสร้างออสซิลเลเตอร์ที่แม่นยำมาก เพื่ออะไร ? สำหรับการอ้างอิง สำหรับการสอบเทียบตัวนับความถี่หรือเพียงเพื่อความสนุกสนานที่จะมีหนึ่งเครื่องในห้องปฏิบัติการของเขา

มีแผนผังมากมายบนอินเทอร์เน็ต ฉันได้ลองบ้างแล้ว บางอันก็ดี อันที่มีขนาดเล็ก2313 5 เฮิรตซ์ช้าเกินไป แต่ของฉันนั้นง่ายที่สุดมีประโยชน์และสะดวกที่สุด และฉันจะให้รหัส.hex แก่คุณ พวกเขาไม่มี VCO และไม่มีตัวแบ่ง วงจรกับ VCO ทำได้ดี แต่ต้องมีสัญญาณพัลส์ 10khz ขึ้นไปอย่างต่อเนื่อง หากเสาอากาศอ่อนเกินไป ไม่มีชีพจร หรือไม่มีชีพจรเลย Oscillator (ocxo) จะทำงานด้วยตัวเองและ VFC (Voltage Frequency Control) จะไม่แม่นยำอีกต่อไป ข้อเสนอแนะของ VCO ต้องมีความถี่อ้างอิงจึงจะใช้งานได้ ถ้าไม่เช่นนั้นจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 1 ถึง 2 เฮิรตซ์! นอกจากนี้ โมดูล gps ที่ถูกกว่าจะไม่ทำงานในการกำหนดค่านี้ เราต้องมีอย่างน้อย 10khz เพื่อสร้าง VCO ฉันลองด้วย 1,000 เฮิรตซ์ ช่องว่างมีขนาดใหญ่เกินไป ความถี่ต่างกันไป ดังนั้นด้วย ublox neo-6m คุณไม่สามารถทำ vco gpsdo ที่ยอดเยี่ยมได้เพราะความถี่เอาต์พุตสูงสุดคือ 1000Hz คุณต้องซื้อ neo-7m หรือบน

นี่คือวิธีการทำงานของ GPSDO YT ของฉัน ตัวควบคุมพบการปรับที่ดีสำหรับ OCXO ใดๆ ที่มี vfc 0 ถึง 5v ถ้าเราสูญเสียสัญญาณ GPs ความถี่จะไม่เคลื่อนที่เลย เมื่อสัญญาณปรากฏขึ้นอีกครั้ง ผู้ควบคุมจะใช้ค่าสุดท้ายที่ทราบและดำเนินการต่อดังเดิม ในขอบเขตด้วยออสซิลเลเตอร์อ้างอิง เราบอกไม่ได้ว่าสัญญาณหายหรือกลับมาเมื่อไหร่ สัญญาณก็เหมือนกัน

หลังจากปรับเทียบแล้ว คุณสามารถใช้ gpsdo แบบไม่มีเสาอากาศได้หากต้องการ ภายหลังการขี่เพียงไม่กี่ครั้ง คุณก็จะมีการดริฟท์น้อยมาก แต่…. ใหญ่กว่าเท่าไร ? ถึงเวลาสำหรับคำอธิบาย

นี่คือคณิตศาสตร์บางส่วน… คณิตศาสตร์ง่าย ๆ ทำตามนี้ง่าย ๆ กับฉัน จนถึงตอนนี้อัลกอริธึมมี 6 เฟส แต่ละเฟสใช้เวลาตัวอย่าง 1 ถึง 1,000 วินาที พบการปรับ pwm ที่ดีและไปที่ตัวอย่างที่ยาวที่สุดเพื่อความแม่นยำที่มากขึ้น

ความแม่นยำ = (((จำนวนวินาที x 10E6) + 1)/จำนวนวินาที) - 10E6

เฟส 1, ตัวอย่าง 1 วินาทีสำหรับ 10, 000, 000 นับสำหรับความแม่นยำ +- 1 Hz

เฟส 2 ตัวอย่าง 10 วินาทีสำหรับ 100, 000, 000 นับสำหรับความแม่นยำ + -0.1Hz

ระยะที่ 3 ตัวอย่าง 60 วินาทีสำหรับการนับ 600, 000, 000 สำหรับความแม่นยำ + -0.01666 Hz

เฟส 4, 200 วินาที ตัวอย่างสำหรับ 2, 000, 000, 000 นับสำหรับความแม่นยำ +-0.005 Hz

ตัวอย่างเฟส 5, 900 วินาทีสำหรับ 9, 000, 000, 000 นับสำหรับความแม่นยำ +-0.001111 Hz

ระยะที่ 6 ตัวอย่าง 1,000 วินาที นับ 10 พันล้านครั้งเพื่อความแม่นยำ +-0.001 Hz

กรณีที่เลวร้ายที่สุด. เมื่อได้ระยะที่ 6 ตัวเลขนี้เปลี่ยนได้ครั้งละ 1,000 วินาที หรือเปล่า บางครั้งมันจะเป็น 10, 000, 000, 001 หรือ 9, 999, 999, 999 ดังนั้น +หรือ - 0, 000, 000.001 รูปแบบสำหรับ 1,000 ตอนนี้เราต้องรู้ค่าเป็นเวลา 1 วินาที

10Mhz = 1 วินาที

เป็นเวลา 1 วินาที = 10, 000, 000, 001 จำนวน/1000 วินาที = 10, 000, 000.001 Hz (กรณีที่เลวร้ายที่สุดสำหรับ 1 วินาที)

10, 000, 000.001 - 10, 000, 000 = 0.001 Hz/s เร็วขึ้นหรือช้าลง

0.001Hz X 60 X 60 X24 X365 = 31536 Hz/ปี

ดังนั้น จำไว้ว่า 10Mhz คือ 1 วินาที 31536Hz X 1 / 10E6 = 0, 0031536 วินาที/ ปี

อีกวิธีที่เร็วกว่าในการคำนวณ หนึ่งพลาดสำหรับ 10E9Mhz คือ 1/10E9 = 1E-10

1E-10 x 60x60x24x365 = 0, 0031536 วินาที/ปี

นั่นแม่นยำเพียงพอสำหรับคุณหรือไม่?

อย่างไรก็ตาม คุณต้องมี OXCO ที่ดี ฉันชอบเอาต์พุต Double Oven 12v Sinus เสถียร เงียบ และแม่นยำยิ่งขึ้น แต่ฉันได้ผลลัพธ์เดียวกันกับ 5V ธรรมดา ตัวอย่างเช่น stp 2187 มีความเสถียรในช่วงเวลาสั้น ๆ (ค่าเบี่ยงเบนของอัลลัน) ที่ 2x10-12 = 0.00, 000, 000, 002 Hz ของความเสถียร ในเวลาเดียวกัน เมื่อ gps pulse ใช้งานได้ Avr จะแก้ไข pwm (ความถี่) เสมอ uC นับเสมอ… เสมอ ซึ่งหมายความว่าคุณจะไม่เห็นวันที่และเวลาบนจอแสดงผล เมื่อ uC กำลังสุ่มตัวอย่าง 900 วินาที ค่านี้จะไม่ว่างเป็นเวลา 900 วินาที มันต้องนับนาฬิกาทั้งหมด ปัญหาคือ uC ทำงานที่ 10Mhz แต่ละนาฬิกาจะต้องนับ มันกำลังนับตัวเอง หากไม่มีนาฬิกาเพียงตัวเดียว ตัวอย่างจะไม่ดีและการปรับ pwm จะไม่ถูกต้อง ฉันไม่สามารถรีเฟรชการแสดงผลในแต่ละวินาที

เมื่อเริ่มสุ่มตัวอย่าง Uc เริ่มนับตัวจับเวลา0 แต่ละ 256 นาฬิกาสร้างการหยุดชะงัก การลงทะเบียน X เพิ่มขึ้น เมื่อการลงทะเบียน Y เต็มจะเพิ่มขึ้นและ X รีเซ็ตเป็น 0 เป็นต้น ในตอนท้ายเมื่อชีพจร gps หนึ่งครั้งการนับจะหยุดลง และตอนนี้และตอนนี้เท่านั้นที่ฉันสามารถอัปเดตการแสดงผลและทำคณิตศาสตร์สำหรับการคำนวณ pwm

รู้ว่าฉันมีเพียง 25, 6 เรา (256 นาฬิกาก่อนขัดจังหวะ) เพื่ออ่านและแสดงเวลาหรืออื่น ๆ มันเป็นไปไม่ได้. การขัดจังหวะหนึ่งครั้งสามารถถูกบัฟได้ ไม่ใช่ 2 ฉันสามารถรีเฟรชเวลาได้หลังจากผ่านไป 1,000 วินาที… แต่การดูเวลาด้วยช่วงเวลา 15 หรือ 16 นาทีจะไม่เป็นประโยชน์ ฉันมีนาฬิกา นาฬิกา โทรศัพท์มือถือเพื่อรู้เวลา:) ฉันกำลังอ้างอิง 10Mhz ไม่ใช่นาฬิกา

ปัญหาอื่นที่ฉันมี คำสั่ง avr บางตัวมี 2 รอบ รวมถึงคำสั่ง rjmp ซึ่งหมายความว่าหากพัลส์ gps ตัวแรกหรือตัวสุดท้ายปรากฏขึ้นพร้อมกับคำสั่ง 2 รอบ uC จะพลาดนาฬิกา เพราะ uC จะทำการสอนให้เสร็จก่อนที่จะเริ่มอินเตอร์รัปต์ ดังนั้นตัวนับจะเริ่มหรือหยุดหนึ่งรอบในภายหลัง เลยทำ time wait loop ไม่ได้… แต่ที่จริงแล้ว ฉันไม่มีทางเลือกอื่น ฉันต้องวนลูปที่ไหนสักแห่ง!! ฉันเลยใช้คำสั่ง rjmp และ nop (ไม่ทำอะไรเลย) Nop เป็นคำสั่งหนึ่งรอบ ฉันได้ใส่คำสั่ง 400 nop สำหรับหนึ่ง rjmp บน atmega48 2000 ในเวอร์ชัน atmega88 และ atmega328p ดังนั้นโอกาสที่พัลส์แรกหรือครั้งสุดท้ายจะน้อยกว่าที่คำสั่ง rjmp แต่ใช่ มันเป็นไปได้ และหากสิ่งนี้เกิดขึ้น ข้อผิดพลาดนี้จะได้รับการแก้ไขในการสุ่มตัวอย่างครั้งต่อไป

จอแสดงผลเป็นตัวเลือก คุณสามารถต่อวงจรด้วย uC, OCXO และฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ (ตัวเก็บประจุตัวต้านทาน) เท่านั้น เปิดเครื่องและรอ หลังจาก 1 ชั่วโมง คุณจะมีความถี่ที่ยอมรับได้ แต่กว่าจะถึงเฟส 6 จะใช้เวลาสองสามชั่วโมง

PWM คือ 16 บิต 65535 ขั้นตอน 5v/65535 = 76, 295 uV

รูปแบบ OCXO คือ 2Hz คูณ 1V 1v/76, 295uV = 13107 ขั้นสำหรับ 2 เฮิร์ตซ์ 2/13107 = 152.59uHz ทีละขั้นของ pwm

เฟส 5 กำลังเปลี่ยน pwm 3 เฟส 6 คือ 2 ขั้นตอน… ทำไม 3 ? เพราะ 3 กำลังเปลี่ยนความถี่ 0.00, 000, 000, 4 ที่ระดับ 15 นาที และ 4 คือเลขมหัศจรรย์ของฉันในอัลกอริทึมของฉัน ตัวอย่างเช่น หากอยู่ในเฟสแรก ความถี่แรกพบคือ 10.000, 003Mhz ฉันลดระดับลง 0, 000, 000.4 ขั้นตอน

ขั้นตอนที่ใหญ่เกินไปสามารถส่งผ่านจาก 10.000003 ถึง 10.000001 และหลังจาก 9, 999998Hz ฉันขาดเป้าหมาย

ด้วย 0, 0000004 มันเร็วกว่า 0, 1 และฉันแน่ใจว่าจะไม่ข้ามตัวเลข และอื่นๆ. ฉันทำเช่นเดียวกันกับเฟส 10 วินาที 60 วินาที 200 วินาทีและ 900 วินาที 1000s กำลังทำงานอยู่ในโหมด pwm และใช้ขั้นตอนที่ 2

โปรดทราบว่าระยะที่ 5 นั้นยาวกว่าเพื่อให้บรรลุ ช่องว่างระหว่าง 4 และ 5 มีขนาดใหญ่ขึ้น แต่มันช่วยให้ผ่านจาก 5 เป็น 6 ได้เร็วขึ้น

เมื่อเฟส 6 นับได้ครบ 10 พันล้าน ค่า pwm จะถูกบันทึกไว้ใน eeprom ตอนนี้ก็ถึงเวลาสำหรับโหมดการทำงาน อันนี้นับตัวอย่าง 1,000 วินาที แต่มี 2 ขั้นตอน pwm เท่านั้น ที่โหมดการวิ่ง ความถี่จริงจะแสดงและอัปเดตทุกๆ 1000 วินาที หากสัญญาณหายไปในโหมดวิ่ง มันจะผ่านไปเอง ไม่มีการเปลี่ยนแปลง pwm ในโหมดนี้ เมื่อสัญญาณกลับมา มันจะกลับไปที่เฟส 5 เพื่อซิงโครไนซ์ใหม่

หากวงจรถูกถอดออกหลังจากบันทึก eeprom แล้ว อันนี้จะเริ่มที่เฟส 5 เมื่อเปิดเครื่องด้วยค่า eeprom pwm

สำหรับการลบค่า eeprom ให้กดปุ่มตอนสตาร์ทเครื่อง Pwm 50% จะถูกโหลดและการสอบเทียบจะเริ่มจากเฟส 1

ฉันใช้เวลาหลายชั่วโมงเพื่อลองสิ่งที่แตกต่างกัน การกำหนดค่าของวงจร ฉันทำการทดสอบหลายครั้งด้วย OP amp, บัฟเฟอร์ และชิปอื่นๆ และสุดท้าย… ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดที่ฉันได้รับก็ไม่ต้องการมัน เพียงแหล่งจ่ายไฟที่เสถียรและตัวเก็บประจุกรองบางตัว ดังนั้นฉันจึงเก็บสิ่งนี้ไว้อย่างเรียบง่าย

ขั้นตอนที่ 1: ซื้ออะไหล่

สิ่งแรกที่ต้องทำคือซื้อชิ้นส่วน เพราะมักจะขนส่งนานมาก

โมดูล Gps: ฉันใช้ ublox neo-6m ฉันซื้ออันนี้บนอีเบย์ ทำการค้นหามีค่าใช้จ่ายประมาณ 7 ถึง 10 เหรียญสหรัฐ

โดยค่าเริ่มต้น ตัวรับนี้จะเปิดใช้งาน 1 พัลส์ต่อวินาที เราไม่ต้องทำอะไร

คุณสามารถใช้โมดูล gps ใดก็ได้ที่มีเอาต์พุตพัลส์ 1 เฮิรตซ์ คุณมีหนึ่ง ใช้นั่น!

OCXO: ฉันลองออสซิลเลเตอร์ 2 ตัว เตาอบคู่ stp2187 เอาต์พุตคลื่นไซน์ 12v และ ISOTEMP 131-1100 5V เอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยม ทั้งสองมาจาก radioparts16 บนอีเบย์ ฉันได้รับบริการที่ดีมากจากพวกเขาและราคาถูกกว่า

AVR: รหัสพอดีกับ atmega48 เล็กน้อย แต่ฉันแนะนำให้ซื้อ atmega88 หรือ atmega328p ก็ราคาเกือบเท่ากัน ซื้อใน digikey หรือ ebay ฉันกำลังใช้รุ่นจุ่ม คุณสามารถซื้อรุ่นยึดพื้นผิวได้ แต่โปรดทราบว่าหมุดไม่เหมือนกับแผนผัง

จอ LCD: จอแสดงผลที่รองรับ 4x20 HD44780 ใดๆ จะทำงาน เดาที่ฉันซื้อของฉัน:) ใช่บน ebay เมื่อสองสามปีก่อน ตอนนี้แพงกว่าเดิม แต่สามารถใช้ได้ภายใต้ $20 US.

บางทีในอนาคตอันใกล้นี้ ฉันจะทำโค้ดสำหรับจอแสดงผล 2x16 จอแสดงผลเหล่านั้นเป็นเพียง 4 $ และระหว่างคุณกับฉัน การแสดง 2 บรรทัดก็เพียงพอแล้ว

คุณต้องมีโปรแกรมเมอร์ AVR ISP การเขียนโปรแกรม AVR ไม่เหมือน Arduino Arduino ได้รับการตั้งโปรแกรมให้สื่อสารบนพอร์ตอนุกรมแล้ว ต้องตั้งโปรแกรม avr ใหม่ล่าสุดด้วย ISP หรือ Parallel High Voltage Programmer เรากำลังใช้ isp ที่นี่

74hc04 หรือ 74ac0, ตัวควบคุมโวลต์ 7812 และ 7805, ตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ…. digikey, ebay

ขั้นตอนที่ 2: นี่คือแผนผังและ Gpsdo_YT_v1_0.hex

ฉันคิดว่าแผนผังคือทั้งหมดที่คุณต้องทำเพื่อตระหนักถึงโครงการนี้ คุณสามารถใช้แผ่นทองแดงหุ้มด้วยวิธีแกะสลักหรือแผ่นเจาะรูก็ได้หากต้องการ

คุณสามารถใช้กล่องใดก็ได้ที่คุณต้องการ แต่ฉันขอแนะนำกล่องโลหะ หรือเพียงแค่บนเขียงหั่นขนมเพื่อความสนุกสนานเหมือนของฉัน:)

ฉันกำลังรอส่วนขยายเสาอากาศและตัวเชื่อมต่อ bnc เพื่อวางโครงการของฉันในกล่อง

คุณต้องเลือกบิตฟิวส์ที่เหมาะสม ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เลือกออสซิลเลเตอร์ภายนอกแล้ว หากคุณมีปัญหากับ External Oscillator ให้ลองใช้ External Crystal และนาฬิกา low.ckdiv8 ไม่ได้ถูกเลือก ดูภาพ. ให้ความสนใจ เมื่อนาฬิกาภายนอกฟิวส์บิต คุณต้องจัดเตรียมนาฬิกาภายนอกเพื่อตั้งโปรแกรมหรือรันโค้ด กล่าวอีกนัยหนึ่ง เชื่อมต่อ Oscillator ในพิน xtal1

อีกอย่าง… คุณสามารถใช้รหัสเดียวกันเพื่อทำตัวนับความถี่ด้วยเกท 1 วินาที เพียงป้อนนาฬิกาที่จะวัดเป็นพิน xtal1 แล้วคุณจะมีตัวนับความถี่ +-1 Hz

ฉันจะอัปเดตโครงการทันทีที่มีสิ่งใหม่

ในระหว่างนี้ หากคุณสนใจโครงการ คุณมีเอกสารเพียงพอที่จะเริ่มต้นและแม้กระทั่งทำให้เสร็จก่อนฉัน

ฉันอัปโหลดวิดีโอ 2 รายการ คุณสามารถดูเฟสที่หนึ่งและเฟสสุดท้ายได้

ฉันพร้อมสำหรับคำถามหรือความคิดเห็น ขอขอบคุณ.

26 กุมภาพันธ์ 2560…. เวอร์ชัน 1.1 พร้อมใช้งาน

-atmega48 ไม่รองรับอีกต่อไป พื้นที่ว่างไม่เพียงพอ.

- เพิ่มจำนวนการล็อคดาวเทียม

- รองรับจอ LCD 2x16 หากคุณมี 4x20 ก็จะใช้งานได้เช่นกัน แต่ 2 บรรทัดสุดท้ายจะไม่แสดงอะไรเลย

ขั้นตอนที่ 3: เข้าสู่ระบบ Eeprom

นี่คือการถ่ายโอนข้อมูลของ eeprom หลังจากเวลาทำงานสองสามชั่วโมง ฉันจะอธิบายวิธีการอ่านนี้ อีกครั้งมันง่าย:)

ที่ที่อยู่ 00, 01 ถูกจัดเก็บค่า pwm ทันทีที่เฟส 5 มีจำนวน 9 พันล้าน ค่า pwm จะอัปเดตทุกครั้งที่ตัวนับถึง 10 พันล้าน

ทันทีที่เราอยู่ในเฟส 5 การนับทั้งหมดจะถูกเก็บไว้ใน eeprom หลังจากค่า pwm เริ่มต้นที่ที่อยู่ 02 หลังจาก 03 เป็นต้น

ตัวอย่างนี้มาจาก ocxo 5 โวลต์ของฉัน เราสามารถอ่านค่า pwm ของ 0x9A73 = 39539 ทศนิยมบน 65536 = 60, 33% หรือ 3.0165 โวลต์

ดังนั้นที่อยู่ 00:01 คือ 0x9A73

ต่อไปคุณสามารถอ่าน 03 สำหรับ 9, 000, 000, 003 Pwm ลดลง 3 เพราะเรายังอยู่ในระยะ 5

00 สำหรับ 10, 000, 000.000 pwm อยู่ไม่ถูกแตะต้องและเราผ่านไปยังโหมดการทำงาน (เฟส 6)

02 สำหรับ 10, 000, 000.002 ในกรณีนั้น ค่า pwm จะลดลงจาก2

01 สำหรับ 10, 000, 000.001 pwm มูลค่าลดลงจาก 2

01 สำหรับ 10, 000, 000.001 pwm มูลค่าลดลงจาก 2 อีกครั้ง

00 สำหรับ 10, 000, 000.000 pwm อยู่ไม่ถูกแตะต้อง

00 สำหรับ 10, 000, 000.000 pwm อยู่ไม่ถูกแตะต้อง

00 สำหรับ 10, 000, 000.000 pwm อยู่ไม่ถูกแตะต้อง

ตอนนี้คุณรู้วิธีอ่าน eeprom แล้ว ค่าใหม่ทุกๆ 1,000 วินาทีจะถูกเขียนใน eeprom เมื่อ eeprom เต็ม มันจะรีสตาร์ทจากที่อยู่ 2

FF ค่ากลาง 9, 999, 999.999

คุณสามารถติดตามความถูกต้องของการถ่ายโอนข้อมูลโดยไม่ต้องใช้จอ LCD

คุณสามารถดัมพ์ไฟล์ eeprom ด้วยโปรแกรมเมอร์ isp

ฉันหวังว่าฉันจะให้ข้อมูลเพียงพอแก่คุณ ถ้าไม่ใช่ก็แจ้งมานะครับ คำแนะนำ ข้อผิดพลาด อะไรก็ได้

Yannick