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Présentation de l'oscillateur...


 

   Avant propos :

      Le NE555 ayant fait ses preuves depuis presque 40 ans, on lui trouve depuis quelques années des oscillateurs d'un nouveau genre très économiques et bien plus performants. On les nomme "Silicon oscillators" et sont disponibles entre autres chez Linear Technology.
      Disponibles essentiellement dans des
boitiers minuscules tels que le boitier MSOP à 8 broches (MS8), leur fonctionnement repose essentiellement sur un oscillateur de type RC couplé le plus souvent à une PLL (Phase Locked Loop).

Boitier MSOP type MS8.

      Cette spécificité permet si certaines conditions sont respectées (bon découplage de leurs broches d'alimentation) d'obtenir un signal rectangulaire en sortie dont la précision en fréquence est légèrement inférieure à 1%. Autant dire que ces petites merveilles peuvent aisément remplacer les oscillateurs à quartz ou à résonateurs piézoélectriques traditionnels et permettent même d'envisager d'overclocker certains modèles de microcontrôleur. 

      Ces oscillateurs sont déclinés
différents modèles, tels que ceux à fréquence fixe, ceux dont la fréquence est ajustable via une simple résistance externe ou en jouant sur un diviseur programmable à trois niveaux. Il existe également des modèles à modulation de largeur d'impulsion (PWM) et bien d'autres encore.

Document tiré de la notice "Silicon Oscillators" de Linear Technology

  

      Dans cette grande famille d'oscillateurs, nous nous sommes intéressés aux modèles dont on peut contrôler la fréquence du signal en sortie grâce à un bus de données de type SPI (Serial Peripheral Interface) ou I²C (Inter Integrated Circuit).
      Les deux candidats retenus répondant à nos attentes sont le LTC6903 (bus SPI) et le LTC6904 (bus (I²C) du fondeur de silicium Linear Technology.

Lot de LTABN = LTC6903 piloté en SPI.

 

      Ces oscillateurs à fréquence variable trouvent leurs applications dans différents domaines de l'électronique, comme par exemple lors de tests sur l'accord d'une antenne DCF à 77.5kHz, pour générer une horloge bien spécifique destinée à des convertisseurs analogiques-numériques (sampling), lors de test sur de circuits résonnants, etc...

     Bref, la platine que nous vous proposons permet de gérer l'oscillateur sans avoir recours à un ordinateur en totale autonomie comme nous allons le voir ci-après...

 

   SPI contre I²C :

      Dans ce projet, nous avons testé seulement le modèle fonctionnant via un bus de communication I²C de façon totalement arbitraire.

      De ce fait, notre modèle soudé méticuleusement sur le côté cuivre de notre platine est le LTC6904 qui porte la référence LTAES sur son boitier comme sur la photo suivante :

Gros plan sur le LTAES = LTC6904 fonctionnant par bus I²C
soudé sur le côté cuivre étamé de notre platine.


 

 
Caractéristiques de la platine oscillateur :

        Alimentation de la platine comprise entre +8V et +20V DC.
        Plage de fréquence de l'oscillateur : de
1039Hz (minimum) à 68,03MHz (maximum).
        Contrôle de la fréquence voulue par un bouton poussoir au moyen de
5 gammes de fréquence :
             - Gamme
1k : de 1,039kHz à 9,9kHz
             - Gamme
10k : de 10,0kHz à 99,9kHz
             - Gamme
100k : de 100kHz à 999kHz
             - Gamme
1MHz : de 1,0MHz à 9,9MHz
             - Gamme
10MHz : de 10MHz à 68MHz
        Sélection de la fréquence souhaitée par
4 boutons poussoirs :
             - Incrémentation de la fréquence pour un réglage rapide (F+R)
             - Décrémentation de la fréquence pour un réglage rapide (F-R)   
             - Incrémentation de la fréquence pour un réglage lent (F+L)
             - Décrémentation de la fréquence pour un réglage lent (F-L)
        Signal de sortie CLK ou (déphasé de 180°) sélectionnable par le poussoir référencé
CNF.
    



 
Aspect général de la platine oscillateur :

Encadré en rouge :

connecteur de sortie pour signal rectangulaire CLK et .

Encadré en bleu :

6 poussoirs pour contrôle du calibre, sorties actives et fréquence.

Encadré en vert :

buzzer piézo émettant un bip lors d'un changement de calibre, etc....

Encadré en violet :

microcontrôleur de gestion 18F252 et son résonateur.

Encadré en orange :

alimentation classique délivrant le 5V régulé.

Encadré en gris :

ajustable de réglage du contraste de l'afficheur LCD.

 


 
Principe de gestion du circuit LTC6904 :
 

       Brochage du LTC6904 :

          Le brochage du LTC6904 n'a rien de bien compliqué. Néanmoins, il faudra veiller à relier l'entrée OE (Output Enable) au +5V afin d'activer les deux sorties CLK et .

          La broche SDA et SCK sont respectivement la broche DATA et d'horloge du bus de communication I²C. Deux résistances de rappel au pull-up seront nécessaires pour chacune de ces broches, comme pour tout périphérique répondant à la norme I²C.

             La broche
ADR (adressage) permet de placer sur un même bus I²C deux exemplaires du LTC6904 sans que ceux-ci n'interfèrent l'un sur l'autre. Dans le cadre de ce projet et de façon purement arbitraire, le logiciel a été écrit en considérant la broche ADR comme reliée à la masse.

              Les broches
VCC et GND sont respectivement l'alimentation en +5V et la masse. Le constructeur recommande un découplage de l'alimentation au plus près du circuit intégré avec l'aide de deux condensateurs, l'un de 10nF et l'autre chimique de 1µF. De la stabilité de l'alimentation dépendra la stabilité en fréquence du signal rectangulaire généré en broche CLK et .
          
 

       Un soupçon d'équations :

              Le LTC6904 comme son homologue LTC6903 nécessitent pour leur gestion de déterminer trois paramètres : OCT, DAC et CNF.
 

                   Le paramètre OCT peut être déterminé aussi bien par l'équation donnée par le constructeur, ou bien à partir de valeurs pré-calculées en fonction de la plage de fréquence considérée.

F représente bien entendu la fréquence du signal rectangulaire souhaitée
en sorties CLK ou pour déterminer le paramètre
OCT.

 

Tableau des valeurs de OCT
en fonction de la
plage de fréquence considérée.
 

                    Dans la cadre de notre projet, l'auteur du programme a choisi la simplicité pour ne pas avoir à calculer le logarithme décimal d'une valeur au sein d'un microcontrôleur PIC. De ce fait, le programme du 18F252 utilise le tableau ci-dessus afin de déterminer la valeur de OCT en fonction de la fréquence souhaitée.

 

                   Le paramètre DAC quant à lui ne peut être déterminé que par l'équation donnée par le constructeur, tel que :

                   Ici ce fut légèrement plus compliqué car nous avons été obligés de travailler avec des valeurs sur 32 bits afin d'effectuer le calcul de la puissance de 2, puis réaliser le produit au sein de l'équation.                    Bref, rien d'insurmontable pour un ordinateur, mais beaucoup plus délicat à mettre en oeuvre dans un microcontrôleur.

 

                   Le paramètre CNF quant à lui, permet de choisir les broches de sorties CLK ou qui doivent délivrer le signal rectangulaire.


 

                  Sachez qu'il est préférable de désactiver la sortie inutilisée afin d'améliorer la précision de l'oscillateur. C'est la raison pour laquelle la configuration CLK = ON et = OFF est définie par défaut dans le programme du microcontrôleur lors de la mise sous tension de la platine.

 

       Mise en forme des valeurs de OCT, DAC et CNF:

                 Lorsque l'ensemble des valeurs de OCT, DAC et CNF sont déterminées, il ne reste plus qu'à positionner les valeurs selon les recommandations du constructeur. Nous avons donc créé deux octets de D0 à D7 puis de D8 à D15 comme sur le tableau suivant :

   
             Il suffit enfin d'envoyer vers le LTC6904 les deux octets précédemment mis en forme, via le bus I²C pour que les modifications soient prises en compte par le circuit de chez Linear Technology.

 

 


 


 

 

 


 


 


 



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