PIC16F84Aでの周波数カウント検出部(下)と ◇!K8) 8文字x2行 LCD表示器（上）を
SER、ACK、GNDの3本の通信線で接続すると 左写真のようなカウンターとなります。15.3MHｚ表示。
PICプログラムは、（その１）工作例FC.asmを若干モデファイしFC1.asmとし、周辺部品を最適化し、最大性能を引き出したものです。PIC単味で最大80MHzをカウントし、内蔵のプリスケーラTD7104Fを 1/8分周にすると、640MHzまでカウントします。
AFモードでは、低域性能が保証されていないTD7104Fをスリープモードとし、内蔵のﾊﾞｲﾊﾟｽAmp 2SK30A側を生かし、下限100Hzのカウント性能を引き出しています。
PICプログラムは、クロック10MHz版と 12.8MHz版の２種があります。
・下の写真は、TD7104Fを 分周１/1として PIC単味がどこまでカウントできるか、試したものです。
カウントに取りこぼしはありますが、113MHzまでカウントしています。
・下右は、カウンター検出部のクローズアップです。基板左上のVRで 前置きAmp 2SC1906のﾍﾞｰｽ電流を最適に調整して、表示された上限周波数です。TD7104Fは、基板裏側に表面実装してあります。
・下の写真は、タカチのケースYM-80（W80×H30×D50mm）に組み込んだ周波数カウンターです。
ｹﾞｰﾄ時間(0.2sec, 1sec)の切り替え、外部UHFプリスケ接続時のx64倍モードの切替えは、DIP-SWを側面に出しています(中央写真)。
・一番右は、230,436,856Hzを計測中です。
・高性能カウンター検出部PIC16F84Aﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ済みのものをご入用の方は、以下ページをご覧ください。
◇（OPTION-4/ -5）PICの頒布基板付
・通常のゲート時間は、0.2sec としていますが、RA2を B+5Vにプルアップすると ゲート時間=1secとなります。
・100Hz～640MHzをカバーします。
□ AF; 100Hz～ 20MHz;;2SK30A+2SC1906 Amp経由 PICに入力。
□ HF; 1MHz ～ 80MHz;;TD7104F(1/1)+2SC1906 Amp経由 PICに入力。
□ VHF;20MHz～640MHz;;TD7104F(1/8)+2SC1906 Amp経由 PICに入力。
・下図のように、RB4-RB5間に 1kΩ を取付けると、RB0-RB2の IFｵﾌｾｯﾄ機能は失われ、PIC内部でのカウント倍数が、RB0(x32), RB1(x64), RB2(x128)に固定されます。
このプログラムは、mVFc.asm → mVFC1.asm で追加しました。
外部にUHF、SHF高速ﾌﾟﾘｽｹｰﾗ 1/64分周（uPB1507、MB506）、1/8分周(HMC434、HMC363S8G)、1/16分周等を外付けすると10GHzまでを直読することができます。
左の写真は、PIC内での倍率を固定x128として、カウンターに87.001MHzを入力し、◇ ⑦LED９桁表示器で上位9桁を表示させました。
下図一番下の接続（外部に 8x2=16分周UHFプリスケーラを接続したもの）を模擬したものです。
11.136GHzを表示しています。
プログラムソースは、マウス右クリックで「対象をファイルに保存」を選んで、ダウンロード。
クロック周波数 10MHzと 12.8MHzの２種類あります。
◇ダウンロードPIC16F84A mvFC1.asm & Hex (10MHz用)
◇ダウンロードPIC16F84A mv28FC.asm & Hex (12.8MHz用)
asmコードは、MPLABでアセンブルできます。ユーザにてプログラムの書き換えが必要な方は、asm内のコメントを参考に変更してください。
・まず最初に PICのカウント上限周波数の性能は、どのようなものなのか？という点で考えてみた。 RA4ポートには、プリスケーラ(PSA; N=1～256)を前置きして、カウントモジュールTMR0がぶら下がっている。 データシートによれば、TMR0のカウント性能は、PICのプログラム実行のシングルサイクル（外部クロックの1/4の周波数。クロックが10MHｚの場合は、2.5MHz）近傍までのカウントが可能である。信号の立ち上がり、立ち下がりのTrasit時間(≒40nsec)は遅れるので、計算上は2.0MHｚ程度。PSAが超高速プリスケであったと仮定すると、上限周波数は、2MHzｘ256＝500MHzとなる。
・一方、PSA（ﾌﾟﾘｽｹｰﾗ）の上限周波数については、データシートには何も書かれていない。 高速ECLが組み込まれているとは思われないので、高速汎用ICの74AC74相当のプリスケであろうと想像する。 74AC74は、300MHzのクロックまで動作するが、D-FFを２分周回路に使うときは、CKがQ出力に伝わるまでに時間遅れ5nsec+Transitで9nsec程度必要なので、110MHz+/-α が上限となる。 PICがPSA＝256分周にセットされたときの性能は、PSAに制限され、110MHｚ程度であろうと思われる。
・小生HPで紹介している他のページのPIC16F84Aカウンターは、RA4とRA3は直結し、入力アイソレート抵抗は470Ωを使っている。
・RA4とRA3を直結しているのは、ゲート時間カウントしたあと、RA3を H/Lとトグルし、RA4内部のPSA(256分周)の数値をソフト的に読み出すためであるが、この 二つのポートがぶら下がっているのが、周波数の上限を40MHｚ程度におさえてしまっている。
・PICのポートは、左図のように、出力/入力ポートに切り替えられるようになっている。別の言い方をすると各ポートには、入力用としての CMOS-FETのｹﾞｰﾄと 出力用のN-FETのドレインがぶら下がっており、またｹﾞｰﾄ保護のﾀﾞｲｵｰﾄﾞは、Vcc側用、GND側用の2個が接続されている。このPICポートの寄生容量（浮遊容量）は、どのくらいになるのか？
実際に測ってはいないが、通常CMOS-FETのｹﾞｰﾄの接合容量は３pF、ドレインも同様に３ｐF、ﾀﾞｲｵｰﾄﾞは 2x0.5pF位、それに加え浮遊容量は、3pF位はあるので 合計すると１０ｐF程度にはなるのではないか。
・RA4とRA3を直結しているので 10pF+10pF=20pF が、470Ωの後ろの入力ピン、RA4に並列に接地されていることになる。20ｐFというのは、40MHzでの容量性リアクタンスを計算すると Xc=1/(2PI*f*C)=200Ω となる。またR=470Ω、C=20pFの LPFを構成しているわけで ゲインが1/2 となる遮断周波数 ｆcは、fc=√3/(2PI*RC)＝29.3MHz 。
・さてここで PIC RA4ポートのｼｭﾐｯﾄﾄﾘｶﾞのしきい値も IC 74AC14と同等であると仮定し、2.5V +/-0.25Vとする。これを跨ぐように、2SC1906でドライブすることが必要になる。
2SC1906が十分にドライブされ、完全にコレクターOffとなると、Xc=200Ω（＠40MHｚ時）でGND接地されているPIC-RA4からみて、470Ω+1kΩの先が B+5Vに接続されているので、RA4は、+2.5V→2.79Vに変化する。
これは、Δ0.25Vを超えているので、かろうじてRA4をドライブできている。ところが、周波数が高くなり80MHzとなるとXc=100Ωとなるので RA4は、+2.5V→2.65Vにしか変化しないので、しきい値を跨ぐことができず、カウントしない。
・以上の検討より、本高性能カウンターでは、以下の改善をおこなった。
(その1) RA4 とRA3を直結せずに、この間に PINﾀﾞｲｵｰﾄﾞを ２個並列に、それぞれ逆の極性で接続した。これにより、RA3の寄生容量10ｐFは、PINﾀﾞｲｵｰﾄﾞ接合容量2個=1pFと直列になることにより、RA3の寄生容量10ｐFの影響がほとんどないようにした.
(その2) RA4の入力アイソレート抵抗を従来の470Ωから PICの最大定格流れ出し電流が許容できる範囲で 100Ωにまで減らし、RC LPFの遮断周波数をできるだけ高くした。かつ68pFを並列にし、100MHｚ近辺まで、信号があまり減衰しないようにした。
・以上の改善により、PSA（ﾌﾟﾘｽｹｰﾗ）の上限周波数をフルに利用できるようになり、実際に信号を与えてみると、113MHzのカウント表示を確認した（上述写真参照）。
・元来TD7104Fは、50MHｚ以上の周波数域での使用を前提にしているプリスケーラICであり、これに1MHz以下の周波数の増幅を期待するところに無理がある。また、TD7104FのPin8(Bias)は、Lレベルにすると スリープモードとなる機能がある。 この機能により、AFﾊﾞﾝﾄﾞを選択したときは、TD7104Fを停止させ、別途2SK30Aのアンプ経由の信号を 2SC1906に加えるようにした。 これで100Hzの信号も安定してカウントできるようになった。
カウント精度は、PICクロックの精度によって一義的に決まってしまう。 標準は汎用の 10MHｚCXOをクロックに使っているが、周波数を測定したところ 10MHzで 誤差100Hz程度であった。アマチュアの使用目的であればこれで十分であろう。
更に精度を高いものを 望まれる方は、TCXOを使うことになる。 高精度10MHｚTCXOは、入手が容易ではないが、12.8MHzであれば、今は販売されていないが、2年ほど前まで秋月で販売されていたＫＴＸＯ－１８Ｓ（3ppmの誤差）が、入手できれば、これで高精度カウンターとなるので、12.8MHｚ用プログラムも開発･追加した。この秋月CXOは、TCXO（温度自動補正発振器）なのかどうかということは、Web上での議論がわかれてるところだが、実際に所持していた2つのCXOの信号を 同時に受信機で聞いたところ、耳で数Hzのうなり音（ビート）を確認できたので、二つのCXOの誤差は、1ppm程度しかないことになる。 たまたま所持していた二つの誤差が、１ppm程度であることは、やはり精度の高い CXOである。
秋月の12.8MHzCXOが 入手できなくても 12.8MHz TCXOは比較的入手性は良いようである。
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