mW-Meter mit AD8361

DH1AAD ,Ingo Gerlach , 18.05.2003, E-Mail bitte an:Ingo Gerlach

1.0 Info

Hier nun eine Kurzbeschreibung zu dem im Funkamateur 08 /2003 Frequenzzähler mit einstellbarem Offset. Genauere Infos bitte dem Heft entnehmen.
Ältere Hefte können dort im Funkamateur-Shop jederzeit zu günstigen Konditionen nachbestellt werden.

Der hier vorgestellte Prototyp ermöglicht HF-Messungen bis über 2GHz und zeigt im 2x20 Stelligen LC-Display neben der HF-Spannung (Vrms) auch die Leistung in mW und in dBm an.

1.1 Schaltungsbeschreibung

Der eigentliche Messwandler (im Weissblechgehäuse 37x37mm) hat zwei Ausgänge.Einen für den AD/Wandler auf der µC-Controllerplatine und den zweiten zum Anschluss an die bereits beschriebene I2C-Steuereinheit. Auf der Controller-Platine wurde ein RS232 Anschluss vorgesehen, der einen direkten Anschluss an den PC auch ohne die I2C-Steuerplatine erlaubt.

Die Schaltung des Messwandlers entspricht der des Herstellers im "Grounded Reference Mode". Bei dieser Variante, ist eine Ausgangsspannung von etwa 0 V bis 4.9 V (Vrms) , am Ausgang des AD8361 mögleich. Der 75 Ohm Widerstand R1 ergibt mit dem Eingangswiderstand (225 Ohm) des AD8361 eine Impedanz von ca. 50 Ohm. Intern Verstärkt der AD8361 mit einer Verstärkung von v=7.5 Fach die Eingangsspannung. Damit ergibt sich eine maximale messbare Leistung von

	(Umax / v )²       (4.9 V / 7.5)²
Pmax = --------------	= ---------------------	=  8,53 mW = 0.6533 V (hf-vrms)
	      Ri	    50 	

Der Dynamikbereich liegt um die 26 dB. d.h. minimal lassen sich mit dieser Schaltung min. 22 µW bei einem Fehler von +/- 2 dB nachweisen. Der Op-Amp (IC2) puffert die Ausgangsspannung und stellt sie an seinen beiden Ausgängen zur Verfügung. Der Ausgang O1 führt die Ausgangsspannung der &micor;C-Controller Platine zu, der andere Ausgang O2 wird über eine Chinch-Buchse nach aussen geführt wo er z.B. an die I2C-Controller-Platine angeschlossen werden kann.

1.1 Schaltungsbeschreibung

Im Digitalteil kann als AD-Wandler hier wahlweise ein 8-Bit Wandler vom Type ADC0803 oder die pinkompatible 10-Bit Version ADC1001 eingesetzt werden. Dieser Type besitzt ein 8-Bit-Dateninterface das mit Port C des µC verbunden ist und lässt sich somit leicht auslesen. Die Steuerung erfolgt über die Ports PB0->RD, PB1->CS und PB3->WR/INTR. Die 2.5 Volt Referenzspannung wird mit IC2 / LM336-2.5 sowie der Widerstandskombination P1/R2 erzeugt. Die Ansteuerung des 20 Stelligen LC-Display erfolgt im 4-Bit Mode über PortA. Um später Softwareupdates einspielen zu können , ist an PortB neben der eigentlichen ADC-Steuerungsfunktion auch eine ISP (In System Programming) Möglichkeit vorgesehen. An den Portpin PD7 kann ein externer Taster angeschlossen werden , mit dem in der Anzeige und auch bei der Berechnung ein steckbares Dämpfungsglied (0,3,5,10,20,30 dB) umgeschaltet werden kann. Um die ermittelten Werte auch auf dem PC anzeigen zu können, wurde ein MAX232 eingesetzt. Er wird äber die beiden Portpins PD0/PD1 angesteuert und gibt die Daten mit 9600 Baud seriell aus. Die Beschreibung des Formates sowie eine einfaches Anzeige-Programm ist unter PC-Software beschrieben. Die Spannungsstabilisierung auf 5 Volt ist mit IC4 / 7805 aufgebaut. Die Diode D4 dient hier als Verpolschutzdiode falls man doch mal ein "falsch gepoltes" Steckernetzteil erwischt. Desweiteren wurde ein weiterer Anschlu�pin vorgesehen, um den Messwandler mit Spannung (12 V) zu versorgen.

1.2 Software

Software Download AD8361.ZIP

Die Controller-Software ist aufgrund der umfangreicheren Berechnung, z.B. logaritmus für die dBm Berechnung, in C erstellt wurden. Der ablauf ist aus untenstehendem Schema ersichtlich. Die Messungen erfolgen ca. alle 0.75 sek. Seriell ausgegben wird einfach nur der Wert des AD-Wandlers und durch ein Semikolon getrennt der aktuelle mit dem Att-Taster eingestellte Wert. z.B. 307;3 Je nach eingesetztem ADC ergibt sich somit ein Bereich von 0..1023 für den ADC1001 und ein Bereich von 0..255 für den ADC0803.
Der gewählte Wert des Abschwächers wird als Zahl zwischen 0 und 5 ausgegeben.

0 = 0 	dB
1 = -3	dB
2 = -5	dB
3 = -10	dB
4 = -20	dB
5 = -30	dB

1.3 Software Beschreibung PC

Software Download adc_analog-0.1.zip

Da die Software sowohl unter Windows als auch unter Linux funktionieren sollte, entschied ich mich für Perl. Für Perl , auch unter Windows, spricht auf jedem Fall, das es kostenlos ist. Bei den derzeit vorhandenen Binaries für Windows kann es auch jeder installieren. Eine aktuelle Perl Version für Windows und/oder Linux erhält man z.B. unter [9]. Für die Kommunikation mit der seriellen Schnittstelle wird ein weiteres Perl-Modul benötigt. Man findet es nach dem Auspacken (adc_analog-0.1.zip) unter dem Verzeichnis perl_module. Für Windows wird "Win32-SerialPort-0.19.tar.gz" benötigt und für die Linux-Version Device-SerialPort-0.12.tar.gz Nach dieser Installation kann das Script "adc_analog.pl" gestartet werden. Dieses Script läuft sowohl unter Windows als auch unter Linux. Mit dem Parameter -c kann eine Konfiguration angegeben werden. z.B. perl adc_analog.pl -c cfg_win\mw.cfg

Neue Konfigurationen koennen mit dem Parameter -w erzeugt werden adc_analog.pl -c cfg_lin/neue.cfg -w und mit Ctrl-A bearbeitet werden. Beedet wird das Programm mit Ctrl-Q. Es existiert ein weiteres Script, adc_writer.pl mit dem Werte �ber die Zeit angezeigt werden k�nnen.

Je nach Konfiguration sind sind derzeit folgende Funktionen moeglich:

0 = ADC 	, direkte Anzeige des AD-Wertes, 
1 = VRms 	, Anzeige der berechneten Spannung 
2 = mW	, Anzeige der Leistung 
3 = dBm	, Anzeige in dBm

Beschreibung der Konfigurationsvariablen:
	
AD-Wandler
Res 		Zahl	Aufloesung AD-Wandler, ADC1001 = 10 Bit = 1023 , ADC0803 = 8 Bit = 255
Intervall	Zahl	Messintervall in mS
RefUB		Zahl	Referenzspannung (5.00 V)
Func		Zahl	[0..3],
		0 = ADC , direkte Anzeige des AD-Wertes, 
				1 = VRms, Anzeige der berechneten Spannung 
				2 = mW	, Anzeige der Leistung 
				3 = dBm	, Anzeige in dBm

Skala
Label		Text	Anzeige im Display	
Title		Text	Fenstertitel wird erst nach Neustartangzeigt
Info		Text	Anzeige Info rechte untere Ecke im Display
Angle		Zahl	Auszufuellender Winkel der Skala
Multi		Zahl	Multiplikator des berechneten Wertes
ScWidth 	Zahl	Breite der Skala
Start		Zahl	Anfangswert der Skala
End 		Zahl	Endwert der Skala
Display 	Zahl	[0..2] , 
			0 nur Anzeige Abschwaecher	
				1 Anzeige Abschwaecher und Berechneter Wert in Abhaengigkeit der 
              gew. Funktion
				2 Erweiterte Anzeige aller Werte unterhalb der Skala

StepB		Zahl	Intervall der Werte Beschriftungen der Skala
StepS		Zahl	Hilfsintervall	
	
Farben	, Farbnamen koennen als Name z.B. black oder auch als RGB z.B. #ff00ff angegeben werden
Label		Text	Farbe des Labels 
Scale		Text	Farbe der Skala
BackG		Text	Display Hintergrundfarbe
Display 	Text	Farbe Displaytext
Info		Text	Farbe Info-text
Frame		Text	Farbe des umgebenden Rahmens 
Pointer 	Text	Farbe des Zeigers
Shade		Text	Farbe des Schattens 
Tags		Text	Farbe der Teilstriche der Skala



1.4 Literatur:


[1]	Funkamateur 11/2002 S. 1136 Bernd Kernbaum , Netzwerktester
[2]	Funkamateur 11/2002 S. 1143 Bauelemente Info AD8361
[3]	Aanalog Devices Datenblatt AD8361 http://www.analog.com/UploadedFiles/Datasheets/541602412AD8361_b.pdf
[4]	http://www.ukw-berichte.de/ukw-docs/PDF/daempfung/06901.pdf
[5]	National Semiconductors http://www.national.com/ds.cgi/AD/ADC1001.pdf
[6]	National Semiconductors http://www.national.com/ds.cgi/AD/ADC0801.pdf
[7]	Programmieradapter, http://www.elektroniktreff.de/AVR/isp_prog.htmdf
[8]	Atmel Programmiersoftware, ftp://www.atmel.com/pub/atmel/atmelisp.exe
[9]	http://www.activestate.com/Products/Download/Download.plex?id=ActivePerl

© Ingo Gerlach, DH1AAD, 22.11.2003
E-Mail bitte an:Ingo Gerlach
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