si5351 oled 3BAND VFO

si5351用に作ったPCB使用の、3BAND　VFO（7MHz、14MHz、18MHz）である。スケッチは、LZ2WSG, KN34PCベースだが、機能追加などもあり、殆ど原型を留めてない。 VFOの機能は、自動メモリー書込み、自動モード切替、Sメータ、送信時の周波数範囲外保護（但し、受信範囲制限なし）など。oledはI2Cの128x64を使ったが、128X32用も別スケッチを用意した。

128x32を実装した様子である。oled128x64との違いは、コールサイン表示有無である。この表示を見る限り、LZ2WSG, KN34PCと違いは、モード表示のみである。
   

回路図

回路図である。モード切替用に2本、バンド切り替え用に3本のI/O使用。

スケッチ

スケッチは、JA2GQP's　Download siteのsi5351 VFOフォルダからダウンロード可能。ベースにしたスケッチは、BITX用のもので逆ヘテロダインになっている。今回作ったものは、アッパーヘテロダインで目標周波数＋IF周波数である。

//////////////////////////////////////////////////////////////////////
//  si5351a oled(128x64) VFO program ver.1.0
//    Copyright(C)2019.JA2GQP.All rights reserved.
//
//                                                2019/4/19
//                                                  JA2GQP
//--------------------------------------------------------------------
//  Function
//    1.STEP(10k,1k,50)
//    2.Automatic memory
//    3.Protection Operation At The Time Of Transmission
//    4.3 bands
//    5.Automatic mode switching
//    6.S-Meter
//--------------------------------------------------------------------
// Reference sketch
//    24.12.2018, Arduino IDE v1.8.8, LZ2WSG, KN34PC
//    Si5351 VFO CLK0, 20m, OLED 0.91" 128x32 display, S-meter, RX/TX, 50Hz/1000Hz
//////////////////////////////////////////////////////////////////////

#include "src/Rotary.h"               // http://www.buxtronix.net/2011/10/rotary-encoders-done-properly.html
#include "src/si5351.h"               // https://github.com/etherkit/Si5351Arduino, v2.1.0
#include "src/SSD1306AsciiAvrI2c.h"   // https://github.com/greiman/SSD1306Ascii
#include <EEPROM.h>


////////////////////////////////
// Set Device
////////////////////////////////
Rotary r = Rotary(2, 3);
Si5351 si5351(0x60);                 // Si5351 I2C address
SSD1306AsciiAvrI2c oled;

////////////////////////////////
// I/O Port
////////////////////////////////
const byte SW_BAND = A0;              // Band SW
const byte SW_STEP = A1;              // STEP SW
const byte SW_TX = A2;                // TX/RX
const byte AD_SM = A7;                // S-meter AD

////////////////////////////////
// EEPROM Memory Address
////////////////////////////////
const byte  Eep_Init = 0x00;          // Eep Init(1byte*1)
const byte  Eep_Band = 0x01;          // Band(1byte*1)
const byte  Eep_Freq = 0x10;          // Frequency(4byte*8)
const byte  Eep_Step = 0x30;          // STEP(4byte*8)

////////////////////////////////
// frquency data
////////////////////////////////
const unsigned long FRQ_TBL[3][4] = {
 // DEF     LOW(cw)  MID(ssb)  HI
  7050000 ,7000000 ,7045000 ,7200000,
  14090000,14000000,14100000,14350000,
  18110000,18068000,18110000,18168000
  };
//---- data offset -----
const byte DEF_F = 0;
const byte LOW_F = 1;
const byte MID_F = 2;
const byte HI_F  = 3;
//---- IF offset -------
const unsigned long RX_IF = 10700000;
const unsigned long TX_IF = 0;

////////////////////////////////
// Encorder STEP
////////////////////////////////
const int STEP_50 = 50;               // STEP 50Hz
const int STEP_1k = 1000;             //      1k
const int STEP_10k = 10000;           //      10k

////////////////////////////////
// etc
////////////////////////////////
const byte  Max_Band = 3;             // Max Channel(8ch)
const byte  Def_Band = 0;             // Default Band(0)
const byte  Int_End = 72;             // Initial end code
const char Call[9] = "JA2GQP";        // Display Call sign

////////////////////////////////
// Memory Assign
////////////////////////////////
unsigned long Vfo_Dat;                // VFO Data
unsigned long Enc_Step;               // STEP
char Enc_Dir = 0;                     // -1 DIR_CCW, 0 DIR_NONE, 1 DIR_CCW
unsigned int Val_Smeter = 0;
unsigned int Val_Smeterb = 1;

long Time_Passd;                      // int to hold the arduino miilis since startup
byte Flg_eepWT = 0;                   // EEP Write Flag

byte Byt_Band = 0;
byte Flg_Mode;
byte Flg_Over;
byte Flg_Vfo = 0;
byte Flg_Tx = 0;
byte Disp_over = 1;
byte Disp_freq = 1;
byte Disp_Tx = 0;

//----------  setup  ----------------------------------------------------

void setup() {
  pinMode(SW_STEP, INPUT_PULLUP);
  pinMode(SW_TX, INPUT_PULLUP);       
  pinMode(SW_BAND, INPUT_PULLUP);       
  pinMode(9, OUTPUT);                 // Band1       
  pinMode(10, OUTPUT);                //     2       
  pinMode(11, OUTPUT);                //     3         
  pinMode(12, OUTPUT);                // LOW=none, HOGH=CW
  pinMode(13, OUTPUT);                // LOW=USB,  HIGH=LSB       

  attachInterrupt(0, rotary_encoder, CHANGE);
  attachInterrupt(1, rotary_encoder, CHANGE);

  si5351.init(SI5351_CRYSTAL_LOAD_8PF,0,0);    // crystal 25.000 MHz, correction 0
  si5351.drive_strength(SI5351_CLK0,SI5351_DRIVE_4MA);//Drive lebel 4mA set
  oled.begin(&Adafruit128x64, 0x3C);

  if(EEPROM.read(Eep_Init) != Int_End){    // Eep initialaz
    delay(10);
    eep_init();
  }
  eep_rdata();

  mode_disp();
  step_disp();
  call_disp();
}

//----------  main  ----------------------------------------------------

void loop() {
  if(digitalRead(SW_TX) == HIGH){           // receive?
    Flg_Tx = 0;
    si5351.output_enable(SI5351_CLK0, 1);   // VFO enable

    if (Disp_freq == 1) {
      Disp_freq = 0;
      Vfo_Dat += Enc_Dir * Enc_Step;
      Enc_Dir = 0;
      band_check();                        // range check

      si5351_set_freq(Vfo_Dat + RX_IF);
      freq_disp(Vfo_Dat);                  // frequency display
      Flg_Vfo = 1;
      mode_disp();

      Time_Passd = millis();
      Flg_eepWT = 1;
    }

    if (digitalRead(SW_STEP) == LOW) {      // increment events
      enc_step();
      step_disp();
      while (digitalRead(SW_STEP) == LOW);
    }

    if (digitalRead(SW_BAND) == LOW) {
      band_set();
    }
    Disp_Tx = 1;
  }
  else{                                     // send
    Flg_Tx = 1;
    Disp_over = 1;

    if(Flg_Over == 0){                      // Within transmittable range?
      si5351.output_enable(SI5351_CLK0, 1); // VFO enable
      if(Flg_Vfo == 1){
        si5351_set_freq(Vfo_Dat + TX_IF);
        Flg_Vfo = 0;
      }
    }
    else{                                   // Out of range
      si5351.output_enable(SI5351_CLK0, 0); // VFO disable
      if(Disp_over == 1){
        fover_disp();                       // Display of over range
        Disp_over = 0;
        Disp_freq = 1;
      }
    }
    if(Disp_Tx == 1){
      tx_disp();
      Disp_Tx = 0;     
    }
    Disp_freq = 1;
  }

  Val_Smeter = analogRead(AD_SM);
  if ((abs(Val_Smeter - Val_Smeterb)) > 3){ // if needed draw S-meter
    sm_disp();
    Val_Smeterb = Val_Smeter;
  }

  if(Flg_eepWT == 1){                       // EEPROM auto Write
    if(Time_Passd+2000 < millis()){
      eep_wdata(Byt_Band);
      Flg_eepWT = 0;
    }
  } 
}

//----------  Band set  ------------------------------------------------

void band_set(){
  if(Byt_Band == Max_Band-1)
    Byt_Band = 0;
  else
    Byt_Band++;
  EEPROM.write(Eep_Band,Byt_Band);

  while(digitalRead(SW_BAND) == LOW);
  eep_rdata();
  band_check();                             // range check
  si5351_set_freq(Vfo_Dat + RX_IF);
  freq_disp(Vfo_Dat);                       // frequency display
  step_disp();
  mode_disp();
}

//----------  Write EEPROM 4byte  --------------------------------------

void eep_write4(long value,int address){
  address += 3;
  for(int i = 0;i < 4;i++){
    byte toSave = value & 0xFF;
    if(EEPROM.read(address) != toSave){
      EEPROM.write(address,toSave);
      }
    value = value >> 8;
    address--;
  }
}

//----------  Read EEPROM 4byte  ---------------------------------------

long eep_read4(int address){
  long value = 0;

  for(int i = 0;i < 4;i++){
    value = value | EEPROM.read(address);
    if( i < 3){
      value = value << 8;
      address++;
    }
  }
  return value;
}

//----------  EEPROM Dat Read  -----------------------------------------

void eep_rdata(){
  Byt_Band = EEPROM.read(Eep_Band);
  if(Byt_Band == 0){
    digitalWrite(9,HIGH);
    digitalWrite(10,LOW);
    digitalWrite(11,LOW);
  }
  else if(Byt_Band == 1){
    digitalWrite(9,LOW);
    digitalWrite(10,HIGH);
    digitalWrite(11,LOW);
  }
  else if(Byt_Band == 2){
    digitalWrite(9,LOW);
    digitalWrite(10,LOW);
    digitalWrite(11,HIGH);
  }
  Vfo_Dat = eep_read4(Eep_Freq+Byt_Band*4);
  Enc_Step = eep_read4(Eep_Step+Byt_Band*4);
}

//----------  EEPROM Dat Write  ----------------------------------------

void eep_wdata(byte band){
  EEPROM.write(Eep_Band,band);
  eep_write4(Vfo_Dat,Eep_Freq+band*4);
  eep_write4(Enc_Step,Eep_Step+band*4);
}
 
//----------  EEPROM Initialization ------------------------------------

void eep_init(){
  int i;

  for (i=0;i<128;i++)                       // 0 clear(128byte)
    EEPROM.write(i, 0);

  for(i=0;i<Max_Band;i++){
    eep_write4(FRQ_TBL[i][DEF_F],Eep_Freq+i*4);
    eep_write4(STEP_1k,Eep_Step+i*4);       // Step(1kHz)
  }
  EEPROM.write(Eep_Band,Def_Band);          // Default Band(0)
  EEPROM.write(Eep_Init,Int_End);           // Init end set(73)
}

//----------  Rotaly Encorder  -----------------------------------------

void rotary_encoder() {                     // rotary encoder events
  uint8_t result = r.process();

  if(Flg_Tx == 0){
    if (result) {
      Disp_freq = 1;
      if (result == DIR_CW)
        Enc_Dir = 1;
      else
        Enc_Dir = -1;
    }
  }
}

//----------  si5351 PLL Output  ---------------------------------------

void si5351_set_freq(uint32_t frequency) {
  si5351.set_freq(frequency * SI5351_FREQ_MULT, SI5351_CLK0);
}

//----------  Encorede STEP  -------------------------------------------

void enc_step() {
  if (Enc_Step == STEP_50) {
    Enc_Step = STEP_1k;                     // 1000 Hz, round to XX.XXX.000
    float tmp = round (Vfo_Dat / (STEP_1k * 1.000));
    Vfo_Dat = (uint32_t)(tmp * STEP_1k);
    Disp_freq = 1;
  }
  else if(Enc_Step == STEP_1k)
    Enc_Step = STEP_10k;                    // 10k
  else 
    Enc_Step = STEP_50;                     // 50 Hz
}

//----------  STEP Display  --------------------------------------------

void step_disp() {
  oled.setCursor(109, 4);
  oled.setFont(labels);
  if (Enc_Step == STEP_50)
    oled.print("6");                        // 50Hz
  else if(Enc_Step == STEP_1k)
    oled.print("8");                        // 1k
  else
    oled.print("9");                        // 10k
}

//---------- Frequency renge over --------------------------------------

void fover_disp() {
  oled.setFont(lcdnums14x24);
  oled.setCursor(1, 0);
  oled.print("--.---.--");
}

//---------- callsign display ------------------------------------------

void call_disp() {
  oled.setFont(Arial_bold_14);
  oled.setCursor(56, 6);
  oled.print(Call);
}

//----------  Frequency Display  ---------------------------------------

void freq_disp(uint32_t sf_rx) {
  uint16_t fr;

  oled.setFont(lcdnums14x24);
  oled.setCursor(1, 0);
  fr = sf_rx / 1000000;
  if (fr < 10)
    oled.print(':');                        // ':' is changed to ' ' in lcdnums14x24.h
  oled.print(fr);
  oled.print('.');
  fr = (sf_rx % 1000000) / 1000;
  if (fr < 100)
    oled.print('0');
  if (fr < 10)
    oled.print('0');
  oled.print(fr);
  oled.print('.');
  fr = (sf_rx % 1000) / 10;
  if (fr < 10)
    oled.print('0');
  oled.print(fr);
}

//---------- TX display ------------------------------------------------

void tx_disp() {
  oled.setCursor(2, 4);
  oled.setFont(labels);
  oled.print("1");                          // "1" is "TX" in labels.h
}

//---------- Mode display ----------------------------------------------

void mode_disp() {
  oled.setCursor(2, 4);
  oled.setFont(labels);
  if (Flg_Mode == 0){
    oled.print("2");                        // "2" is "CW" in labels.h
    digitalWrite(12,HIGH);
    digitalWrite(13,LOW);
  }
  else if(Flg_Mode == 1){
    oled.print("3");                        // "3" is "LSB"
    digitalWrite(12,LOW);
    digitalWrite(13,HIGH);
  }
  else if(Flg_Mode == 2){
    oled.print("4");                        // "4" is "USB"
    digitalWrite(12,LOW);
    digitalWrite(13,LOW);
  }
}

//----------  S-Meter Display  -----------------------------------------

void sm_disp() {
  uint8_t a = 0;
  uint8_t m = 0;

  a = (Val_Smeter + 3) / 113;  // 1024 / 9 characters for S = 1,3,5,7,8,9,+10,+20,+30
  oled.setFont(pixels);
  oled.setCursor(25, 4);
  for (m = 0; m < a; m++)
    if (m < 6)
      oled.print('7');                      // '5' - hollow rectangle, 6px
    else
      oled.print('8');                      // '6' - filled rectangle, 6px
  for (m = a; m < 9; m++)
    oled.print('.');                        // '.' 1px
}

//----------  band chek  -----------------------------------------------

void band_check(){
  if((Vfo_Dat >= FRQ_TBL[Byt_Band][LOW_F])
      && (Vfo_Dat <= FRQ_TBL[Byt_Band][MID_F])){
    Flg_Mode = 0;                             // CW(0=CW, 1=LSB, 2=USB) 
    Flg_Over = 0;
  }
  else if((Vfo_Dat >= FRQ_TBL[Byt_Band][MID_F])
      && (Vfo_Dat <= FRQ_TBL[Byt_Band][HI_F])){
    if(Vfo_Dat >= 10000000)                   // greate than 10MHz                     
      Flg_Mode = 2;                           // USB(0=CW, 1=LSB, 2=USB)
    else
      Flg_Mode = 1;                           // LSB(0=CW, 1=LSB, 2=USB)
    Flg_Over = 0;
  }
  else
    Flg_Over = 1;
}