周波数カウンタV8(ロガー機能搭載)(PIC18F2550)

今まで製作した、周波数カウンタは、測定結果をLCDに表示させるだけでしたが、今回は測定結果を、LCDに表示させるとともに、SDカードにも、ファイルとして保存するようにしました。
これにより、VFO等の発振器の周波数ドリフトを測定することが容易になります。

<仕様>
◆ゲートタイム(1秒、0.1秒)
◆プリスケール値(1/1、1/8)
◆表示単位(Hz、kHz)
◆測定結果表示(LCD)
◆測定結果記録(SDカード)
◆精度(1Hz、8Hz、10Hz、80Hz)

PIC16シリーズでは、16ビットTIMERが、1個だけでしたが、PIC18シリーズでは、3個に増えたので、周波数カウンタが、作りやすくなりました。

TIMER1(16ビット)を入力周波数のカウント用に、TIMER3(16ビット)をゲート時間用に使いました。
入力周波数のカウント用には、TIMER0(16ビット)も検討してみたのですが、次の理由で使用をやめました。

• TIMER0には、TMR1ONやTMR3ONのような、TIMER停止機能が無い。(ゲートの開閉に不向き)
• 外部クロック入力同期制御をOFFにすることが出来ない。(高い周波数測定に不向き)

TIMER1とTIMER3は、ブロックダイアグラムを見ても分かりますように、TIMER0のこれらの問題を解決することが出来ます。
両方とも殆ど同じような構造になっています。

<TIMER1のブロックダイアグラム>

<TIMER3のブロックダイアグラム>

測定した結果を、SDカードへ記録する方法は、

• アナログデータロガーV3(SDカード対応)
• アナログデータロガーV4(SDカード対応)
• SDカードReader&Writer(RS232C)

等で説明していますので、ここでは説明を省略します。

<処理の流れ>

1. ポートやLCD、MMC等を初期化する。
2. 開始スイッチが押されるのを待つ。
3. SDカードにファイル“log.csv“をリライトモードでアサインする。
4. 周波数を測定する。
5. SW1(プリスケーラの切り替え)をチェックし、1/1または1/8を設定する。
6. SW2(ゲートタイムの切り替え)をチェックし、1秒または0.1秒を設定する。
7. SW3(表示レンジの切り替え)をチェックし、HzまたはkHzを設定する。
8. 測定結果をLCDに表示する。
9. 測定結果をファイル“log.csv”に書き込む。
10. 停止スイッチが押されるまで、4.~9.の処理を繰り返す。
11. 停止スイッチが押されると、2.へ戻る。

FreqCounterV8.c

//********************************************************************** 
/*
　　　『周波数カウンタＶ８（ＳＤカード対応）』
　■概要
　　TIMER1（16ビット）をカウント用、TIMER3（16ビット）をゲート時間用
　　に使用することにより、全体の処理を簡易化。
　　測定結果は、ＬＣＤへの表示とＳＤカードへの保存（ロガー）を可能とした。
　　これにより、ＶＦＯ等の発振器の周波数ドリフトを測定することが容易となる。 
　■仕様 
　　・ゲートタイム：１秒、０．１秒 
　　・プリスケール：１／１、１／８
　　・表示単位：Ｈｚ、ｋＨｚ 
*/
//********************************************************************** 
 
#define		LED					PORTB.F3
 
#define		SW_START			PORTA.F3	//測定開始 
#define		SW_STOP				PORTA.F4	//測定停止 
 
#define		SW1					PORTA.F5	//プリスケーラの切り替え
#define		SW2					PORTA.F6	//ゲートタイムの切り替え
#define		SW3					PORTE.F3	//表示レンジの切り替え
 
#define		ON					1
#define		OFF					0
 
#define		CR					0x0d
#define		LF					0x0a
 
#define		GATETIME_100MSEC	10
#define		GATETIME_1SEC		1
 
#define		preScale_1			1
#define		preScale_2			2
#define		preScale_4			4
#define		preScale_8			8
 
//********************************************************************** 
 
static	unsigned	short	MeasurementCnt;
 
void	interrupt()
{
	if (PIR2.TMR3IF == ON) {
		PIR2.TMR3IF = OFF;
		//
		MeasurementCnt--;
		if (MeasurementCnt == 0) {
			T1CON.TMR1ON = OFF;	// ゲートを閉める。 
			T3CON.TMR3ON = OFF;	// TIMER3を停止する。 
		}
	}
}
 
//********************************************************************** 
 
unsigned	long	FreqMeasurement(short gateTime, short preScale)
{
	static	unsigned	long	freq;
	// TIMER1の設定
	PIE1.TMR1IE = OFF;
	PIR1.TMR1IF = OFF;
	T1CON.T1RUN = 0;
	switch (preScale) {
	case preScale_1:
		T1CON.T1CKPS0 = 0;
		T1CON.T1CKPS1 = 0;
		break;
	case preScale_2:
		T1CON.T1CKPS0 = 0;
		T1CON.T1CKPS1 = 1;
		break;
	case preScale_4:
		T1CON.T1CKPS0 = 1;
		T1CON.T1CKPS1 = 0;
		break;
	case preScale_8:
		T1CON.T1CKPS0 = 1;
		T1CON.T1CKPS1 = 1;
		break;
	}
	T1CON.T1OSCEN = 0;
	T1CON.NOT_T1SYNC = 1;
	T1CON.TMR1CS = 1;
	T1CON.TMR1ON = OFF;
	TMR1L = 0;
	TMR1H = 0;
	// TIMER3の設定
	PIE2.TMR3IE = ON;
	PIR2.TMR3IF = OFF;
	T3CON.T3CKPS1 = 1;
	T3CON.T3CKPS0 = 1;
	T3CON.NOT_T3SYNC = 1;
	T3CON.TMR3CS = 0;
	T3CON.TMR3ON = OFF;
	switch (gateTime) {
	case GATETIME_1SEC:
		MeasurementCnt = 8;
		TMR3L = 0xE0;		// 500000=1/((1/16000000) * 4 * 8)
		TMR3H = 0x5E;		// 0x5EE0=65536-(500000-(65536*7))
		break;
	case GATETIME_100MSEC:
		MeasurementCnt = 1;
		TMR3L = 0xB0;		// 50000=0.1/((1/16000000) * 4 * 8)
		TMR3H = 0x3C;		// 0x3CB0=65536-50000
		break;
	}
	//
	freq = 0;
	// 割り込みを許可する。 
	INTCON.PEIE = ON;
	INTCON.GIE = ON;
	// 開始 
	T3CON.TMR3ON = ON;	//タイマを開始する。 
	//	Delay
	Delay_Cyc(1);
	asm	nop;
	asm	nop;
	//
	T1CON.TMR1ON = ON;	//ゲートを開ける。
	// 測定 
	while (T3CON.TMR3ON != OFF) {
		if (PIR1.TMR1IF == ON) {
			PIR1.TMR1IF = OFF;
			freq++;
		}
	}
	if (PIR1.TMR1IF == ON) {
		PIR1.TMR1IF = OFF;
		freq++;
	}
	//換算 
	freq = freq * 65536;
	freq = freq + ((unsigned)TMR1H * 256) + (unsigned)TMR1L;
	freq = freq * preScale * gateTime;
	//
	return (freq);
}
 
//********************************************************************** 
 
void	main()
{
	//変数の定義 
	static	char				buf[50], *msg;
	static	unsigned	long	freq, temp;
	static	unsigned	short	cnt, preScale, gateTime;
	//Ａ／Ｄ変換の設定 
	ADCON1.PCFG3 = 1;
	ADCON1.PCFG2 = 1;
	ADCON1.PCFG1 = 1;
	ADCON1.PCFG0 = 1;
	//ポートの設定 
	TRISA = 0b11111000;
	TRISB = 0b00000000;
	TRISC = 0b00000001;
	//変数の初期化 
	preScale = preScale_1;
	gateTime = GATETIME_1SEC;
	//ＬＣＤの初期化 
	Lcd_Custom_Config(&PORTB,7,6,5,4,&PORTA,2,1,0);
	Lcd_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF);
	Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR);
	for (cnt = 1; cnt <= 16; cnt++) {
		Lcd_Custom_Chr(1, cnt, 0xFF);
		LED = ON;
		Delay_ms(50);
		LED = OFF;
		Delay_ms(50);
	}
	for (cnt = 1; cnt <= 16; cnt++) {
		Lcd_Custom_Chr(2, cnt, 0xFF);
		LED = ON;
		Delay_ms(50);
		LED = OFF;
		Delay_ms(50);
	}
	Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR);
	//ＭＭＣの初期化 
	LED = ON;
	Spi_Init_Advanced(MASTER_OSC_DIV64, DATA_SAMPLE_MIDDLE, CLK_IDLE_LOW, LOW_2_HIGH);
	if (Mmc_Fat_Init(&PORTC, 2)) {
		Lcd_Custom_Out(1, 1, "MMC error!");
		while (1) {
			LED = ON;
			Delay_ms(50);
			LED = OFF;
			Delay_ms(50);
		}
	}	
	Spi_Init_Advanced(MASTER_OSC_DIV16, DATA_SAMPLE_MIDDLE, CLK_IDLE_LOW, LOW_2_HIGH);
	LED = OFF;
	//
	while (1) {
		//開始スイッチが押されるのをチェックする。 
		while (SW_START == 1) {
			Delay_ms(10);
		}
		//ＭＭＣのファイルのオープン 
		Mmc_Fat_Assign("log.csv", 0xA0);
		Mmc_Fat_Rewrite();
		Mmc_Fat_Write("$START\r\n", 8);
		//停止スイッチが押されるまで処理を繰り返す。 
		while (SW_STOP == 1) {
			//周波数の測定 
			LED = ON;
			freq = FreqMeasurement(gateTime, preScale);
			LED = OFF;
			// プリスケーラの切り替え
			if (SW1 == 1) {
				preScale = preScale_1;
				msg = "1/1 ";
			} else {
				preScale = preScale_8;
				msg = "1/8 ";
			}
			Lcd_Custom_Out(2, 1, msg);
			// ゲートタイムの切り替え
			if (SW2 == 1) {
				gateTime = GATETIME_1SEC;
				msg = "1sec   ";
			} else {
				gateTime = GATETIME_100MSEC;
				msg = "0.1sec ";
			}
			Lcd_Custom_Out(2, 5, msg);
			// 表示レンジの切り替え
			if (SW3 == 1) {
				LongToStr(freq, buf);
				msg = "Hz ";
			} else {
				temp = freq / 1000;
				if ((freq - (temp * 1000)) > 500) {
					temp++;
				}
				LongToStr(temp, buf);
				msg = "kHz";
			}
			Lcd_Custom_Out(1, 9, msg);
			// 周波数の表示とＭＭＣへの書き込み 
			Lcd_Custom_Out(1, 1, &buf[3]);
			buf[11] = CR;
			buf[12] = LF;
			Mmc_Fat_Write(&buf[3], 10);
		}
		Mmc_Fat_Write("$STOP\r\n", 7);
	}
}//~!
 
//**********************************************************************

左側:開始スイッチ(赤色)、停止スイッチ(黄色)、LED部分
右側:16MHz水晶モジュール、PIC18F2550部分

左側:2SC1815、SDカード、TL431部分
右側:LCD部分

測定するために、作った簡易発振器です。(2SK241、ラジオ用局発コイル、ポリバリコン等)

簡易発振器の回路図です。

プリスケール値(1/1)、ゲートタイム(1秒)で、30分ほど測定してみました。

ファイル“log.csv“に記録された内容です。

記録結果を、Excelでグラフ表示させて見ました。
時間の経過とともに、周波数が低くなり、安定(変動が緩やか)してきます。

如何ですか?
無線機を自作される方には、とても重宝するのではと思います。