Frequenzzähler mit PIC
und Minimal-Hardware

von Wolfgang "Wolf" Büscher, DL4YHF
Letzte Aktualisierung: 2006-06-03.

Das Herz der Schaltung ist ein preiswerter Mikrocontroller vom Typ PIC16F628 im 18-poligen DIL-Gehäuse. Mit der passenden Firmware und 4 oder 5 Sieben-Segment-LED-Anzeigen wird daraus ein universeller Frequenzzähler mit den folgenden Eigenschaften:

• Frequenzbereich 1 Hz ... 50 MHz (Prototyp funktionierte bis 60 MHz, was aber ausserhalb der Spezifikation des Chips liegt).
• automatische Messbereichsumschaltung mit unterschiedlichen Torzeiten
• Addition oder Subtraktion eines programmierbaren Offsets für Superhet-Empfänger
• Vorprogammierte Offsets für verschiedene Zwischenfrequenzen, z.B. 3.999 MHz für "Miss Mosquita"
• optionaler Stromsparmodus: Abschalten wenn sich die Frequenz in 15 Sekunden nicht ändert

Die aktuelle Firmware kann von DL4YHF's Homepage runtergeladen werden (..google is your friend..), ebenso der Assembler-Quelltext falls jemand eigene Funktionen hinzufügen will. Im vom QRPProjekt erhältlichen Bausatz ist ein fertig programmierter PIC enthalten.

Funktionsbeschreibung

Nach dem Einschalten zeigt der Zähler als Lampentest kurz "8.8.8.8.8." an (d.h. alle Anzeigesegmente an). Danach wird die Frequenz angezeigt. Es gilt:

• Blinkender Dezimalpunkt = Anzeige in Kilohertz;

• Nicht blinkender Dezimalpunkt = Anzeige in Megahertz.

Der Messbereich wird automatisch so umgeschaltet, daß die maximale Auflösung, aber die minimale Torzeit erzielt wird :

In Vorbereitung: Bei Anschluss eines 10:1-Vorteilers (z.B. MC12080) kann der Dezimalpunkt durch einen Schaltungstrick um eine Stelle nach rechts verschoben werden, wodurch die Anzeige dann wieder "passt".

Programmiermodus

Im 'Programmiermodus' kann die Frequenzablage (Offset) und der Stromsparmodus eingestellt werden. Dazu muss ein nach Masse schaltender Kontakt an Pin 4 des Mikroprozessors angeschlossen werden. Zur Not tut's aber auch ein kleiner Schraubendreher, mit dem vorsichtig Pin 4 und Pin 5 miteinander verbunden werden (als Ersatz für den Taster) um den Programmiermodus zu aktivieren.

Das Diagramm links zeigt den prinzipiellen Ablauf zur Programmierung. Ein "kurzer" Tastendruck (< 1s) schaltet zur nächsten Funktion um (die dann im Display angezeigt wird), ein "langer" Tastendruck wählt die grade im Display anzeigte Funktion an. Um den Programmiermodus zu starten, muss der Kontakt so lange geschlossen werden, bis die Meldung "PROG" angezeigt wird. Anschliessend bewegt man sich mit kurzen Tastendrücken durch das Menü, dessen Funktionen hier -ohne Anspruch auf Vollständigkeit- aufgeführt sind:

• "Quit" : Beendet den Programmiermodus, ohne etwas dauerhaft zu verändern.

• "Add" : Speichert die zuletzt angezeigte Frequenz als Offset, so dass diese in Zukunft addiert wird.

• "Sub" : Speichert die zuletzt angezeigte Frequenz als Offset, so dass diese in Zukunft subtrahiert wird.

• "Zero": Setzt den Offset auf Null, so daß das Display wieder die direkte Eingangsfrequenz anzeigt.

• "Table": Zeigt eine Tabelle mit vordefinierten Frequenzablagen an, aus der z.B. die für den Transceiver passende ZF-Frequenz ausgewählt werden kann. Um vom Menü "Table" zur Anzeige des ersten Tabelleneintrags umzuschalten, dient wieder ein langer Tastendruck. Dann wieder mehrere kurze Tastendrücke, um sich durch die Tabelle zu bewegen, bis im Display die passende Frequenz erscheint (z.B. 455.0[kHz], 3.999[MHz],4.1943[MHz], 4.4336[MHz], 10.700[MHz]). Steht die passende Frequenzablage im Display, die Taste wieder länger drücken (bis die Anzeige blinkt). Das Programm springt dann wieder ins "Hauptmenü" zurück, wo dann per "Add" oder "Subtract" definiert werden muss ob die Frequenz addiert oder subtrahiert werden muss.

• "PSave" / "NoPSV": Schaltet den Stromsparmodus an oder aus. In diesem Modus wird das Display abgeschaltet, wenn sich die gemessene Frequenz in den letzten 15 Sekunden nicht wesentlich geändert hat (d.h. wenige dutzend Hertz im Messbereich 3..4 MHz). Die Frequenzmessung läuft dann aber auch bei abgeschalteter Anzeige im Hintergrund weiter (etwa einmal pro Sekunde). Sobald sich die Frequenz wieder ändert, geht die Anzeige wieder an.

Addieren oder Subtrahieren von Frequenzen

Wird der Zähler als Frequenzanzeige in einem Überlagerungsempfänger verwendet, dann soll für die Anzeige normalerweise eine Zwischenfrequenz addiert oder subtrahiert werden (je nachdem ob "hoch" oder "runter" gemischt wird).

Dazu kann im Programmiermodus (s.O.) eine der im QRP-Bereich "üblichen" Frequenzen als Ablage ausgewählt werden, oder -falls die passende Frequenz nicht in der Auswahltabelle steht- durch Messung am BFO eingegeben werden. Später, im "Normalbetrieb", wird der Zähler natürlich am VFO statt am BFO angeschlossen !

Das folgende Beispiel beschreibt die Programmierung der ZF-Ablage für Miss Mosquita (QRP-Transceiver mit 4-MHz-ZF, Oszillator im Sendemischer bei ca. 3.999 MHz ) :

1. Zähler einschalten

2. (Programmier-)Taster drücken bzw Kontakt schliessen, bis "PROG" angezeigt wird

3. Taster loslassen

4. Taster wiederholt kurz drücken, bis die Anzeige "TABLE" erscheint

5. Taster drücken, bis "TABLE" blinkt, dann loslassen. Wir befinden uns nun in einem Untermenü, in dem alle vorprogrammierten Frequenzablagen angezeigt werden.

6. Taster wiederholt kurz drücken, bis die Anzeige "3.999" erscheint

7. Taster drücken, bis "3.999" blinkt, dann loslassen

8. Nun sollte "Add" im Display stehen (falls nicht -wegen Kontaktprellen- Taster so oft drücken, bis wieder "Add" in der Anzeige steht)

9. Taster drücken, bis "Add" blinkt, dann loslassen

Fertig. Der Prozessor hat nun 3.999 MHz als Ablage für das aktuelle Band dauerhaft ins EEPROM übernommen, und weiss dass dieser Wert zur VFO-Frequenz addiert werden soll.

Etwas trickreicher wird die Berechnung der Offset-Frequenz für Amateurfunkbänder ab 10 MHz: Dort will man normalerweise nicht zwei Megahertz-Stellen angezeigt haben, in denen sich eh nichts ändert. Stattdessem kann hier ein negativer Offset verwendet werden, um in der Anzeige nur die Ein-Megahertz-Stelle zu sehen - und wieder auf 100 Hz Auflösung zu kommen. Beispiel für einen 30-Meter-Transceiver mit VCXO: Empfangsfrequenz = Oszillatorfrequenz - Zwischenfrequenz = 14.314 MHz - 4.194 MHz = 10.120 MHz. Sollen die MHz-Stelle nicht angezeigt werden, wird der Offset auf -14.194 MHz (statt -4.194 MHz) gesetzt. 10.120 MHz werden dann als 120.0(0) kHz anzeigt, d.h. selbst mit einer vierziffrigen Anzeige werden noch 100 Hz Auflösung erreicht.

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