Mini GPSDO

Generator częstotliwości na SI5351 synchronizowany sygnałem 1pps z GPS-a.

Projekt wzorowany na artykule W3PM oraz SQ1GU z drobnymi zmianami w sofcie. Zmiany dotyczą zastosowanego wyświetlacza OLED oraz dodanie dodatkowej funkcjonalności, pozwalającej generować 4 wstępnie zaprogramowane częstotliwości. Pozwala na pracę urządzenia bez wyświetlacza. Służą do tego zwory Z1 oraz Z2. Dioda LED sygnalizuje uzyskanie stabilności sygnału lepszej niż 1 Hz.

W urządzeniu użyty jest wyświetlacz OLED 1,3 cala sterowany po SPI (sterownik SH1106)

Płytka z fotki nie posiada jeszcze zworki Z3. Najnowsza wersja pcb już ją ma. Umożliwia zaprogramowanie arudino bez wyjmowania modułu gps z układu.

Opisany generator możemy stosować jako wzorzec częstotliwości do miernika częstotliwości, jako samodzielny generator o dużej dokładności.

Z pewnością znajdą dla niego inne zastosowania.

Urządzenie jest dość proste w uruchomieniu pod warunkiem zastosowania sprawdzonych elementów. Na 1-stronnym pcb umieszczone są wszystkie moduły i elementy niezbędne do uruchomienia urządzenia.

Rozpoczęcie montażu sugerujemy do wlutowania zworek, goldpinów oraz elementów zasilania (stabilizator 7805, dioda 1N4007, kondensatory oraz dławiki). Po wlutowaniu możemy sprawdzić poprawność napięć. Moduły arduino, gps oraz si5351 możemy wlutować bezpośrednio w pcb lub przy pomocy goldpinów.

Diody 1N4007 znajdujące się pod modułem GPS montujemy tylko w przypadku zastosowania modułu zasilanego z 3,3V. W przypadku modułu zasilanego z 5V, diody zastępujemy zworkami.

Na wyjściu generatora zastosowano dwa filtry dolnoprzepustowe. Każdy może dobrać elementy w zależności od potrzebnej częstotliwości , można również te filtry pominąć. Należy wtedy w miejsce cewek L1 do L6 wlutować zworki (oporniki 0R).
Moduł arduino możemy zaprogramować przed wlutowaniem lub po wlutowaniu. W przypadku tej drugiej opcji do programowania zdejmujemy zworę Z3. Po zaprogramowaniu zakładamy ją z powrotem.

Moduł może pracować w dwóch konfiguracjach:

1 – z wyświetlaczem OLED + enkoder

2 – bez wyświetlacza (częstotliwość wybierana przy pomocy zwory)

Pierwsza konfiguracja pozwala na wybór dowolnej częstotliwości pracy i szybką zmianę tej częstotliwości przy pomocy enkodera. Do dyspozycji mamy 5 komórek pamięci. W tej wersji działają również ustawienia zworami. Jednak w momencie zmiany częstotliwości enkoderem powodują przerwanie tego trybu.

Druga konfiguracja pozwala przy pomocy zwór Z1,Z2 wybrać jedną z czterech częstotliwości. Jeżeli nie potrzebujemy nic zmieniać ta wersja będzie dobrym wyborem. Częstotliwości te wpisujemy w szkicu. Bez założonej zwory układ generuje 10MHz. Pozostałe 3 częstotliwości ustawiamy przy pomocy zworek.

W obu trybach pracy dioda LED zaświeceniem sygnalizuje uzyskanie stabilności częstotliwości wyjściowej poniżej 1Hz.

Uruchomienie w wersji wyświetlaczem OLED

Jeśli montaż jest wykonany prawidłowo, użyte elementy są sprawne oraz wgranie softu przebiegło prawidłowo to po podłączeniu zasilania powinniśmy zobaczyć następujące ekrany.

Jeśli będzie problem z modułem gps, może pojawić się komunikat “GPS not connect, check wiring”. Może to być skutek złego podłączenia lub uszkodzenia modułu.
Widoczną oznaką złapania synchronizacji przez moduł gps jest pulsowanie diody (1PPS) na module gps.
Pierwsze zimne uruchomienie modułu gps trwa zazwyczaj dłużej, wtedy może pojawić się taki ekran

Po kilku minutach powinna się pojawić już na wyświetlaczu data godzina ,ilość odbieranych satelit oraz częstotliwość pracy. Po uzyskaniu stabilności lepszej niż 1 Hz na wyświetlaczu pojawi się znaczek “@” po prawej stronie w linii opisującej ilość odbieranych satelit oraz zaświeci się dioda.

Przy użyciu enkoder oraz przycisku możemy wejść w menu programu. Pierwsza opcja to wybór banku z częstotliwością. Do dyspozycji jest 5 pamięci.
Kolejna opcja to krok z jakim będziemy zmieniać częstotliwość. Wartości zmieniamy enkoderem i zatwierdzamy przyciskiem.

Po wybraniu komórki pamięci oraz kroku ustawiamy żądaną częstotliwość.

Następny ekran pokazuje ostatnią odchyłkę częstotliwości. Zaraz po uruchomieniu moż ona wynosić ponad 200Hz i jest korygowana w odstępach 44 sekund.

Do dyspozycji mamy jeszcze wybór strefy czasowej.

Po przejściu 2 lub 3 cykli 44 sekundowych stabilność powinna by poniżej 1 Hz.

Uruchomienie w wersji bez wyświetlacza

W tej wersji nie ma zbyt wiele czynności do wykonania. Po sprawdzeniu poprawności montażu oraz po wgraniu softu, przy pomocy zwory wybieramy częstotliwość pracy układu. Podłączamy zasilanie. Przy pomocy miernika częstotliwości możemy sprawdzić generowaną częstotliwość na jednym z wyjść.
Po kilku minutach (zimny start modułu gps) powinna pulsować na nim dioda oznaczająca 1pps. Od tego momentu po 2 minutach zaświeci się dioda oznaczając uzyskanie dokładności poniżej 1Hz. Bez założonych zworek układ staruje na częstotliwości 10MHz. Pozostałe 3 częstotliwości wybieramy przy pomocy zworek.

Ważne jest aby moduł gps miał zapewniony dobry sygnał. Zgubienie nawet 1 impulsu spowoduje większy błąd częstotliwości.

SOFT

Dostępne są dwie wersje softu. Pierwsza z obsługą OLED-A, enkoder i zworek do ustawiania częstotliwości,. Druga tylko tylko obsługuje wybór częstotliwości przy pomocy zworek.
Sugeruję wgranie pierwszej wersji, nawet jeśli nie będziemy używać wyświetlacza i enkodera. Gdyby potrzebna była zamiana to wystarczy tylko podłączyć wyświetlacz i enkoder.
W paczce do pobrania znajdują się dwa szkice oraz biblioteki. Kompilacja i wgranie nie powinno być problemowe. Na fotce poniżej zaznaczyłem miejsce, gdzie możemy samodzielnie wpisać częstotliwości wybierane przy pomocy zworek.

Jak wspomniałem na początku artykułu w porogamie jest 5 banków pamięci.
Możemy częstotliwości wpisać do szkicu(wygodniej niż przy pomocy przycisku i enkodera).

Musimy pamiętać, że częstotliwości podajemy w Hz
Wybrany fragment szkicu poniżej.

Teraz przy włączeniu zasilania należy trzymać wciśnięty przycisk enkoder. Spowoduje to inicjalizację e-epromu i wpisanie częstotliwości do pamięci.