Eenvoudige Frequentie teller

Transcriptie

1 Eenvoudige Frequentie teller Steeds meer apparaten voor de (zend)amateur worden ontwikkeld om in combinatie met de computer te worden gebruikt. Heel bekend is b.v. De Digitale modes zoal Psk31/63/128 en vele andere gecombineerd in één software pakket met gebruik maken van de geluidskaart. Ook een mooi grafisch aanzicht en eenvoudige bediening is dan meestal het gevolg. De hardware, interfaces, zijn eenvoudig omdat het ingewikkelde werk door de computer gedaan wordt. Vooral de Laptop is daarvoor ideaal omdat die handzaam is en ook buiten kan worden gebruikt voor b.v. voor antennemetingen. Een eenvoudige frequentiemeter is ontwikkeld door Onno Hoekstra, PA2OHH en beschreven in het Benelux QRP-blad No 146 een kopie van dat artikel is hierbij. Bij de NOV (afdeling Noord Oost Veluwe van de Veron) hebben we naast de regulieren bijeenkomsten de 1e donderdag van de maand onze hobbyclub Daar bouwen we gezamenlijk en ieder voor zich allerlei kleine (nou.. ja klein we hebben daar ook een SDR TRX gebouwd) ontwerpen en zo ook deze frequentie teller. In zijn eenvoudigste vorm ziet het er zo uit Voor de werking van deze teller verwijs ik naar het artikel van Onno. Voor testen kan met enkele onderdelen een oscillator worden bijgebouwd. Met een bekend Xtal is dat een makkelijke referentie maar nodig is dat niet. Dan wordt het zo In plaats van de schakelaar S1 heb ik een paar jumpers gemonteerd.

2 Kopie uit Benelux QRP-blad No 146 EENVOUDIGE FREQUENTIE METER door PA2OHH De frequentie meter. Het programma is geschreven in de programmeertaal Python. Je kunt het daarom heel eenvoudig aanpassen aan je eigen wensen. Eenvoudige frequentie meter voor de PC met geluidskaart Weg met die primitieve frequentie countertjes met ledjes! Deze vervangen we door een echt display op de PC. Dat ziet er mooier uit, is meer van deze tijd en de hardware is ook nog eens eenvoudiger, maar 1 IC! En de frequentie is veel gemakkelijker en fraaier af te lezen en nog nauwkeuriger ook! Het idee is uiterst simpel en wel vaker toegepast. We delen het hoogfrequent signaal met een prescaler naar audio frequenties. Dit audiosignaal sluiten we aan op de geluidskaart van de PC en we meten de audio frequentie. Vervolgens vermenigvuldigen we deze frequentie weer met het prescaler deeltal en voila, we hebben de HF frequentie! De hardware, een heel eenvoudig kastje.

3 Meetprincipe en nauwkeurigheid Een frequentie teller telt gedurende een bepaalde tijd het aantal perioden. Deze frequentie meter doet dat anders. Van een bepaald aantal perioden wordt de exacte tijd gemeten. De resolutie van deze tijdmeting hangt af van de sample rate waarop de geluidskaart is ingesteld. De resolutie van de tijdsmeting is uiteraard plus of min 1 sample. Gelukkig kan door het toevoegen van een extra weerstand en een extra condensator de nauwkeurigheid wel 20x verbeterd worden! En krijgen we bij snelle meettijden van 0.2 seconden, die je wilt gebruiken voor het afstemmen van een ontvanger, toch een goede nauwkeurigheid. Wanneer de flankstijlheid wordt verminderd d.m.v. een RC netwerk, hebben we ook amplitude informatie en kunnen we bepalen op welke plek tussen de beide samples de nuldoorgang zich bevindt. Truuc om de nauwkeurigheid te verbeteren Bij een blokgolfvormig signaal uit de prescaler weten we niet waar exact tussen de twee audio samples van de geluidskaart de nuldoorgangen zich bevinden. Immers, het eerste sample is altijd +5 volt en het volgende sample 0 volt. Vandaar dat de nauwkeurigheid van de tijdmeting plus of min 1 sample is. Maar wanneer we zouden kunnen bepalen waar precies tussen de twee samples de nuldoorgang zit, kunnen we ook met fracties van samples meten en is de nauwkeurigheid van de tijdsmeting veel beter! En dat kan! Wanneer we de flankstijlheid verminderen door deze af te vlakken met een RC combinatie, hebben we namelijk ook amplitude informatie van de beide samples. En daaruit kunnen we weer berekenen op welke plek tussen de beide samples de nuldoorgang zich bevindt. Is U2 kleiner dan U1, dan bevindt de nuldoorgang zich dichter bij S3 dan bij S2. En met de verhouding U1:U2 kunnen we precies uitrekenen waar.

4 Prescaler tot tenminste 30 MHz met ingebouwde frequentie referentie. Met een extra prescaler ervoor kun je het bereik uitbreiden tot een paar GHz. Hardware Aan de ingang vind je een beveiliging bestaande uit een weerstand van 1k ohm en twee antiparallel geschakelde dioden. Wanneer S1 in de onderste stand staat, gaat het HF signaal naar de ingang van de 74HC4060. Deze deelt het hoogfrequent signaal door 4096 naar een audio frequentie. Aan de uitgang van de 74HC4060 zit het RC netwerkje van 10k ohm en 10nF dat de flanksteilheid verminderd. En het weerstandsnetwerkje van 22k ohm en 1k ohm verzwakt het niveau zodat de geluidskaart niet overstuurd wordt. De twee weerstanden van 1M ohm zorgen voor een correcte gelijkspannings instelling van de ingang. De condensator van 10 nf filtert de AC component uit. Anders krijg je tegenkoppeling die de versterking bij lage frequenties verminderd. Wanneer S1 in de bovenste stand staat, werkt de 74HC4060 als kristaloscillator en heb je een referentie frequentie voor de ijking van de geluidskaart. Natuurlijk kun je ook een ander kristal gebruiken. De frequentie hoef je niet exact af te regelen. Van mijn exemplaar is de frequentie khz en die frequentie voer ik in tijdens de kalibratie. De schakeling wordt gevoed uit de USB poort. Even een USB verloopkabeltje kopen bij de Action, de juiste plug eraf knippen, de juiste draadjes opzoeken en je hebt een 5V voeding. Omdat de voedingsspanning 5 volt is, kun je ook een meestal beter verkrijgbare 74HCT4060 gebruiken in plaats van een 74HC4060. Aan de schakeling is ook nog een extra uitgang toegevoegd voor een 4 khz / 5 volt kalibratie signaal voor een simpele oscilloscoop werkend met de geluidskaart.

5 Frequentie (MHz) Gevoeligheid met R1=120 (mv RMS) Gevoeligheid met R1=1k (mv RMS) Gevoeligheid van de eenvoudige prescaler. Nauwkeurigheid van de frequentie metingen Alle metingen zijn uitgevoerd met een sample rate van samples/sec. en een frequentie standaard van 10 MHz. Na opwarming en kalibratie was het verloop maar 1 tot 4 Hz per uur. Alle 4 geluidskaarten waren dus prima bruikbaar. Zonder kalibratie was de afwijking behoorlijk en varieerde deze van 86 Hz tot wel 68.5 khz! Kalibratie met een referentie frequentie is dus echt nodig. De USB geluidskaart gaf om de paar metingen steeds 1 of 2 resultaten met grote afwijkingen. Dit kon verholpen worden door de luidspreker uitgang van dit USB device uit te schakelen. Klinkt eenvoudig maar heeft wel een paar avonden van zoeken en proberen gekost... Voor dit uitschakelen van de audio uitgang moet je met de rechter muistoets op het luidsprekertje rechtsonder op de Windows taakbalk klikken en "afspeelapparaten" selecteren. PC omschrijving Afwijking ongekalibreerd Afwijking gekalibreerd 1 sec. meettijd Afwijking gekalibreerd 5 sec. meettijd Verloop na 1 uur Dell 5 jaar oud -139 Hz -1.9 / +2.3 Hz -0.0 / +0.7 Hz 3.5 Hz Laptop Acer Aspire Hz -3.4 / +3.3 Hz +0.2 / +1.4 Hz 4.0 Hz PC 12 jaar oud Hz!!! / +2.0 Hz -1.1 / +1.2 Hz 0.0 Hz! Externe USB geluidskaart, luidspreker uitgang moest uitgeschakeld worden! +798 Hz -1.7 / +1.3 Hz -0.7 / +0.6 Hz 0.4 Hz Enkele meetwaarden uitgevoerd met een 10 MHz referentie frequentie bron en een sample rate van samples per seconde.

6 Het instellen van de geluidskaart Je kunt de prescaler aansluiten op de line ingang of op de microfooningang van de geluidskaart. Wanneer je de microfooningang gebruikt, moet je de extra 20 db versterking uitschakelen. En zet de ingang op studio kwaliteit. Voor het afregenen van het audio niveau moeten we tijdens de frequentie metingen het audio aanzetten d.m.v. het klikken van de knop "Audio on". We zien nu het maximale en het minimale niveau en de twee waarden van de samples waartussen de nuldoorgang zich bevindt. Het maximale audio niveau van een geluidskaart is samples. Regel het ingangsniveau zodanig af dat dit niveau ruim lager ligt, bijvoorbeeld tussen de en Dit gebeurt door met de muis de niveau regelingen af te regelen. Klik hiervoor met de rechter muistoets op het luidsprekertje rechtsonder op de Windows taakbalk en selecteer "opnameapparaten". Ook moet het audio niveau hoorbaar zijn zonder pauzes, anders moet je een lagere sample rate kiezen of een snellere PC kopen. IJking Voor de ijking zijn twee mogelijkheden: Mogelijkheid 1: Select "Prescaler" en voer handmatig de prescaler waarde in. De prescaler waarde moet zodanig gekozen worden dat de exacte waarde van de frequentie weergegeven wordt. Dus niet 4096, maar bijvoorbeeld Mogelijkheid 2: Sluit de frequentie meter aan op een referentie frequentie en voer een meting uit met een lange meettijd van 5 seconden. Klik op "Stop" om de meting te stoppen. Select weer "Prescaler" maar druk "Cancel" in plaats van een prescaler waarde in te voeren. Beantwoord de vraag "Calibrate with measured frequency" met "ja" en voer de referentie frequentie in Hz in. De exacte prescaler waarde wordt dan automatisch berekend. Je kunt deze tezamen met de andere settings zoals offset frequency opslaan. Voor deze kalibratie kun je uiteraard de in de prescaler ingebouwde kristal oscillator gebruiken. Andere toepassingen Vele amateurschakelingen hebben een frequentie stabilisator (bijvoorbeeld Huff & Puff), waarbij het VFO signaal al door een prescaler (bijvoorbeeld 74HC4060) gedeeld wordt naar audio frequenties. Het enige wat hier aan toegevoegd moet worden is het RC netwerkje bestaande uit 3 weerstanden en 1 condensator en een kabeltje met een plugje. De middenfrequent kan als offset geprogrammeerd worden en we hebben een prachtige frequentie uitlezing. Vaak hangt de PC toch al aan de ontvanger om digitale modes te decoderen. Een omschakelaartje voor "audio uit" of "prescaler uit" is dan handig. SOFTWARE Voordat je dit programma gebruikt, moet je Python installeren. Dit gaat heel eenvoudig. Maar lees eerst eens iets over Python door op de volgende link te klikken: WAT IS PYTHON EN HOE INSTALLEER JE PYTHON Omdat de broncode van Python in ASCII geschreven is, kun je zelf het programma eenvoudig aanpassen aan je eigen wensen. Denk bijvoorbeeld aan de grootte van het scherm, de kleuren enz. Benodigde Python versie: Python versie 2.6 of 2.7 Benodigde externe modules (site-packages voor de juiste Python versie!): pyaudio Download hier het Python frequentie teller programma door op onderstaande link te klikken: FrequencyCounter-v01a.pyw

7 Wij, hobbyclub leden van de NOV, wilde de teller ook voor hogere frequentie kunnen gebruiken zodoende werd er een Préscaler voor gebouwd met een MB506 en ingesteld als 128 deler. Arjan PE1ABE ontwierp er een printje voor en zo hadden weer een leuk project. Het schema ziet er zo uit. De C's en R's rond de MB506 zijn in SMD uitgevoerd. Omdat de préscaler de neiging had tot oscilleren is tussen pootje 8 en 5/7 een smd weerstand aan gebracht van 470k en als hij dan nog niet stil is kan aan de ingang een weerstand van 50 Ohm worden aangebracht. Ik heb die 50 Ohm niet aangebracht omdat ik een stukje coax met oppik lusje gebruikt voor de hogere frequenties. Met S2 kiezen we tussen de hoge- of lagefrequentieband. De Software Software is (gratis) te downloaden op de url s die in het artikeltje van PA2OHH is beschreven. Ik had nogal wat moeite om de juiste te vinden. Als u mij een mailtje stuur, stuur ik u die files op. Gebruik u de lage frequentieband dan in de software de préscaler instellen op 4096, gebruik u de hoge frequentie band dan instellen op Hier een paar plaatjes van mijn interface

8 Daan, PAØFNB November 2013