PLL para aplicaciones de Transmisión/Recepción utilizando un PIC como controlador.

Este trabajo no pretende tener ninguna originalidad, por el contrario se han escrito infinidad de artículos sobre PLL y sobre PIC aplicados a ellos. Incluso la idea es simple: usar un PIC para controlar un PLL, y mostrar la frecuencia en un display. Pero siempre el camino desde la idea hasta la concreción se recorre con esfuerzo, aunque sea el de probar cosas conocidas y decir: esto funciona. Después de haber recorrido ese camino, quisiera compartir los resultados obtenidos hasta hoy con los radioaficionados que seguramente podrán sacarle provecho para usarlo en sus propias experiencias. Desde luego, siempre se puede mejorar, y si alguien lo hace, espero que lo comparta con todos, pues como dice el refrán siempre “cuatro ojos ven más que dos”.

Descripción funcional:

El PLL utilizado es el MC145157P2, que tiene el divisor programable de 16 bits, capaz de dividir hasta 16384. El divisor de referencia también cuenta con 16 bits lo que permite utilizar prácticamente cualquier cristal para generar la frecuencia de referencia. Tiene salidas del divisor por N y por R, lo que facilita la puesta en marcha de los prototipos. La carga de bits se hace en forma serie, por lo que es necesario utilizar un PIC para tal fin. Una mejor elección seria el MC145170, pero no es fácil de conseguir y el costo es alto Se aprovecha el PIC para mostrar la frecuencia de operación mediante un display LCD. Para mostrar la frecuencia solo es necesario un display LCD de 16 caracteres. El ingreso de la frecuencia se hace mediante 4 teclas, dos para subir o bajar y otras dos para modificar el paso entre incrementos o decrementos de frecuencia.

Como el PIC usa un cristal de 4MHz, se aprovecha el mismo cristal para referencia del PLL. Dividiendo por 4000, resulta una frecuencia de referencia de 1KHz, que será el paso mínimo posible. El uso de una frecuencia tan baja obliga a un filtrado exigente de las bandas laterales de la frecuencia de referencia, lo que se logra a costa de un tiempo de establecimiento largo, pero sin que constituya una molestia en el uso habitual.

El circuito del oscilador controlado por tensión puede ser cualquiera dentro del rango de 1MHz a 10MHz. Se puede cubrir una sola banda con una sola bobina en forma continua. Cuenta con un diodo LED que indica la condición del lazo, es decir enganchado/desenganchado. Las bobinas pueden ser choques de radio frecuencia del tipo moldeado, de modo que no es necesario construirlas.

Para la utilización como receptor es posible ingresar un desplazamiento entre la frecuencia mostrada y la frecuencia del oscilador, que corresponda al valor de frecuencia intermedia del receptor. Además de fijar el valor se puede elegir si se desea sumar o restar ese desplazamiento del oscilador. En el PIC hay un par de entradas que permite pasar a recepción, de modo que cuando una de esas entradas se pone en 0 Volts, automáticamente la frecuencia se corre según el valor programable, tanto en su valor como en su signo.

El programa se realizó en un PIC 16F628, por razones de disponibilidad, por lo que el archivo debe ser usado con el mismo. Se utiliza un sistema de multiplexado para compartir los mismos ports para el display y las teclas de modo de liberarlas par otras funciones, usando la idea de otro proyecto en el que se necesitaban la mayor cantidad de teclas posibles.

Modo de operación:

Existen cuatro teclas accesibles que permiten modificar la frecuencia del oscilador, y que se indicarán con los siguientes símbolos (que serán los mismos que se usen en el panel frontal), que significan MAS, MENOS, DERECHA e IZQUIERDA:

+ - à ß

MAS MENOS DERECHA IZQUIERDA

La tecla + permite incrementar la frecuencia, y la tecla - permite decrementar la frecuencia. Inicialmente, los incrementos o decrementos se realizan en pasos o saltos de 1KHz. De este modo, cada vez que se pulsa la tecla + el oscilador pasará de, por ejemplo, 3650 KHz a 3651KHz. Si se mantiene la tecla apretada, la frecuencia se irá incrementando gradualmente en pasos de 1KHz,mientras se mantenga apretada. Lo mismo sucede con la tecla – salvo que la frecuencia irá descendiendo mientras se mantenga apretada la tecla.

Las teclas ß y à permiten cambiar el paso de los incrementos o decrementos, pasando a 10KHz, 100KHz o 1MHz. Si se desea modificar el paso, cada vez que se presione alguna de estas teclas, la posición del mismo se indicará en el LCD sobre las unidades, decenas, centenas, remarcando cual es el incremento (1KHz, 10KHz, 100KHz respectivamente). La salida del display seria por ejemplo, 3.▓50, durante menos de un segundo, y luego nuevamente 3.650 para marcar que los incrementos serán de a 100 KHz. De esta forma, es posible cambiar rápidamente de frecuencia entre valores distantes entre sí.

Otra tecla adicional, que denominaremos Menú, que no es accesible para uso frecuente, permite ajustar otros parámetros útiles en caso de que se destine el oscilador para un receptor. Esta tecla no es necesario ubicarla en el panel frontal, ya que se ajusta una sola vez, que es en la puesta en marcha de oscilador en la aplicación elegida. Si no se usa como receptor, no es necesario utilizarla.

La primera vez que se presiona la tecla Menú, el display indicará 0.000KHz. El punto es un separador de miles, no confundir con la coma de los decimales. El aspecto del display seria : #1=- 0.000KH .Este es el valor, en KHz, que se sumará o restará a la frecuencia del oscilador, para que lo que se muestre en el display, corresponda a la frecuencia de recepción. Dicho en otras palabras, corresponderá a la frecuencia intermedia, para receptores de simple conversión.

Para ajustar el valor deseado, se usan las teclas del panel frontal del modo indicado anteriormente, para que se muestre en el display el valor que se necesite. (Por ejemplo, 0.455 KHz).

También puede elegirse si se desea que el valor que ingresamos anteriormente, que corresponde a la frecuencia intermedia, se sume o se reste a al frecuencia del oscilador. Llevando el cursor al extremo donde se muestra el signo menos, se puede cambiar el - por un +, por ejemplo #1=+ 0.455 MHz En este momento, se puede presionar la tecla nuevamente la tecla Menú, con lo que se accede a otro valor distinto, por lo que se mostrará #2=- 0.000KH que se debe tratar similarmente al primer Menú, si es necesario contar con dos desplazamientos. Si no se utiliza. Simplemente apretar la tecla Menú para salir de ajuste y producir la memorización de los valores ingresados, que no se borraran aunque se apague el oscilador. Incidentalmente, el valor inicial de frecuencia del oscilador también será memorizado, de modo que en el siguiente encendido se iniciará en esa frecuencia.

Con la ultima vez que se presione la tecla Menú, se sale del ajuste de los parámetros del oscilador y se muestra la nueva frecuencia. Esta secuencia se puede repetir todas las veces que sea necesario, pero normalmente solo se realiza una sola vez, por lo que no es necesario que sea accesible desde el frente.

Similarmente, el LED de desenganche es útil durante los ajustes, porque nos dirá si todo esta bien cundo esta apagado, y si enciende el lazo esta desenganchado, pero no es necesario ubicarlo en el panel frontal.

Archivos que se suministran:

1) PLL_4.PCB

2) LCD_SW1.PCB

3) Esquemático del PLL

4) Listado de componentes

5) Esquemáticos de VCO

Hay dos placas; una contiene solo al display LCD y las 4 teclas del frente (LCD_SW1.PCB), que se pueden colocar sobre el panel frontal de cualquier equipo y la otra el resto de los componentes(PLL_4.PCB). Se pueden separar o unir mediante un conector, de modo de que formen una sola unidad.

Circuito del oscilador controlado por tensión

Este circuito (VCO) dependerá de la aplicación que se desee. Cada banda requiere un oscilador independiente, porque no será posible cubrir más de una banda. En la banda de 80 mts. se puede cubrir poco más de 1MHz con un solo VCO. Si la FI es alta se requerirá usar un VCO para recepción y otro para transmisión. Se debe usar el pin de recepción del PIC para cambiar entre las frecuencias de Tx y Rx en el PLL, y con la misma conmutar entre los dos VCO. Esto funciona bien para un transceptor en AM. Para esquemas mas complicados, se pueden definir dos desplazamientos independientes, uno en LSB y otro en USB, con la condición que no sean fracciones de KHz.

Para las pruebas iniciales se puede usar un CD4046, que funcionará hasta unos 1,5MHz si se lo alimenta con 12 Volts, y no requiere ninguna bobina.

Para las bandas de aficionados, se sugiere un circuito que tampoco hay que trabajar, porque usa choques de RF moldeados. No obstante se debe recordar que mientras mejor sea el VCO, mejor funcionará el sistema. Igualmente importante es el blindaje del mismo, y usar cable blindado para la conexión de la tensión de control. Además, la fuente del VCO debe estar muy bien filtrada. Si se siguen estas precauciones, la salida será muy “limpia”.

Costos más importantes.

Los elementos más caros son:

a) el display LCD aproximadamente unos 33 pesos

b) El PLL unos 18 pesos

c) El PIC unos 10 pesos

d) Los operacionales

El resto de los componentes no son significativos, pero se puede estimar que el costo total está en el orden de los 70 pesos.