Esquema de um contador de frequência digital muito simples sobre uma base de elemento estranho
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Neste artigo do site rádio amador vamos considerar outro simples esquema de rádio amador – medidor de frequência. O frequencímetro é montado sobre uma base de elemento estrangeiro, que às vezes é mais acessível do que o doméstico. O esquema é simples e acessível para repetição rádio amador iniciante.
Circuito do medidor de frequência:
medidor de frequência feito em contadores de medição HFC4026BEY, microcircuitos da série CD40 e indicadores LED de sete segmentos com cátodo comum HDSP-H211H. Com uma tensão de alimentação de 12 volts, o frequencímetro pode medir frequências de 1 Hz a 10 MHz.
O HFC4026BEY é um IC lógico CMOS de alta velocidade que contém um contador decimal e decodificador para um LED de cátodo comum de 7 segmentos. Os pulsos de entrada são aplicados à entrada “C”, que possui um gatilho Schmitt, que permite simplificar significativamente o circuito formador de pulso de entrada. Além disso, a entrada do contador “C” pode ser fechada aplicando uma unidade lógica ao pino 2 do microcircuito. Assim, não há necessidade de um dispositivo de chave externo que transmita pulsos para a entrada do contador durante o período de medição. Você pode desligar a indicação aplicando um zero lógico ao pino 3. Tudo isso simplifica o circuito de controle do medidor de frequência.
O amplificador de entrada é feito no transistor VT1 de acordo com o circuito principal. Ele converte o sinal de entrada em formas de onda arbitrárias. A quadratura dos pulsos é dada pelo gatilho Schmitt, que está disponível na entrada “C” do microcircuito. Os diodos VD1-VD4 limitam a amplitude do sinal de entrada. O gerador de sinal de referência é baseado no chip CD4060B. No caso de usar um ressonador de quartzo na frequência de 32768 Hz, uma frequência de 4 Hz é removida do pino 2 do microcircuito, que entra no circuito de controle composto por um contador decimal D2 e dois flip-flops RS no microcircuito D3 . No caso de usar um ressonador em 16384 Hz (de despertadores chineses), a frequência de 4 Hz precisará ser removida não da 2ª saída do microcircuito, mas da 1ª.
O chip CD4060B pode ser substituído por outro analógico do tipo xx4060 (por exemplo, NJM4060). O chip CD4017B também pode ser substituído por outro análogo do tipo xx4017 ou por um chip doméstico K561 IE8, K176 IE8. O microcircuito CD4001B é um análogo direto de nossos microcircuitos K561IE5, K176IE5. O chip HFC4026BEY pode ser substituído por seu CD4026 analógico completo, mas a frequência máxima medida será de 2 MHz. O circuito da entrada ul do frequencímetro é primitivo, podendo ser substituído por algum nó mais avançado.
A maioria dos projetos de medidores de frequência digitais descritos na literatura contém muitos componentes escassos, e um ressonador de quartzo caro é usado como uma fonte de frequência estável em tais dispositivos. Como resultado, o contador de frequência é complexo e caro.
Oferecemos aos leitores uma descrição de um medidor de frequência simples com leitura digital, no qual uma rede serve como fonte de uma frequência estável (de referência). corrente alternada 50 Hz. O aparelho será usado para dimensões diferentes na prática do rádio amador, por exemplo, como escalas calibradas em geradores de frequência de áudio que aumentam sua confiabilidade ou em vez de medidores de frequência de capacitores volumosos. Com LED ou sensores magnéticos, este dispositivo pode ser usado para controlar o número de rotações de motores elétricos, etc.
PRINCIPAIS ESPECIFICAÇÕES
MEDIDOR DE FREQUÊNCIA DIGITAL:
faixa de frequência medida, Hz…….. 10-999.9×10 3
valor efetivo da tensão de entrada, V…….0.02-5
tempo de medição, s …. 0,01; 0,1; 1
consumo de energia, W …. 3
erro de medição, contagem……..±4X10 -3 ±1.
O erro de medição de frequência relativa total é determinado pela relação:
b1=±bet± 1/N,
onde bet é o erro de frequência da frequência de referência;
1/N - erro de discretização (independente da frequência medida e é igual a ±1 contagem do dígito menos significativo).
Pode ser visto na fórmula acima que o erro de medição depende diretamente da estabilidade da frequência da rede de 50 Hz. De acordo com o GOST, a instabilidade da frequência da rede de 50 Hz é de ± 0,2 Hz em 10 minutos. Portanto, o erro relativo do frequencímetro pode ser considerado igual a ±4X10 -3 ±1 contagem. Em medições práticas, o erro relativo do frequencímetro foi ±2X X10 -3 ±1 contagem.
A operação do frequencímetro é baseada na contagem do número de períodos do sinal medido para intervalos de tempo de referência (0,01; 0,1; 1 s). Os resultados da medição são exibidos em um display digital e são repetidos automaticamente em intervalos regulares.
O medidor de frequência (Fig. 1) inclui: um amplificador de condicionamento de sinal de entrada, um seletor de tempo, um contador de décadas, um indicador digital, um gerador de rede, um gerador de intervalo de tempo de referência, um dispositivo de controle e reinicialização e uma fonte de alimentação.
No amplificador de modelagem, o sinal da frequência medida fx é amplificado e convertido em pulsos retangulares da mesma frequência, que são alimentados em uma das entradas do seletor de tempo. Pulsos retangulares de intervalos de tempo de referência são alimentados para sua outra entrada do dispositivo de controle e reinicialização. No modelador de rede, são gerados pulsos retangulares com frequência de 100 Hz.
O tempo de medição durante o qual o seletor está aberto é selecionado com a chave SA. No momento da chegada do pulso de referência, o seletor de tempo abre e uma rajada de pulsos retangulares da frequência medida fx aparece em sua saída. A duração do burst corresponde à duração do pulso de referência, “selecionado pelo switch SA. Em seguida, os pulsos do pacote são contados e exibidos em um display digital.
Decorrido o tempo de indicação, o pulso de reset (do dispositivo de controle e reset) atua no seletor de tempo e o contador de dez dias é zerado, e o seletor é preparado para um novo ciclo de medição.
Diagrama esquemático do medidor de frequência - na Figura 2. O sinal de entrada da frequência medida é amplificado por um amplificador resistivo no transistor VT1 e finalmente formado pelos elementos DD4.1, DD4.2 em uma sequência de pulsos retangulares do medido frequência. O circuito de entrada VT1 é protegido por corrente (R3) e tensão (VD1). Do pino 6 DD4.2, pulsos retangulares do sinal de entrada são alimentados para uma das entradas (pino 9 DD4.3) do setor de tempo. A segunda entrada (pino 10 DD4.3) serve pulsos retangulares de intervalos de tempo de referência. Ao final da ação do pulso de referência, o seletor de tempo é bloqueado, os pulsos de entrada não passam para o contador.
Os pulsos de entrada são contados por um contador de quatro dígitos nos microcircuitos DD6-DD9 e os indicadores HG1-HG4 mostram a frequência do sinal de entrada em formato digital.
Nos diodos VD10-VD13, é feito um retificador de tensão de rede. A tensão pulsante (com frequência de 100 Hz) é convertida por um gatilho Schmitt (DD1.1, DD1.2) em pulsos retangulares com frequência de 100 Hz, que são então alimentados a um divisor de década de dois estágios DD2, DD3 . Assim, nas saídas dos microcircuitos DD1.2 (pino 11), DD2 (pino 5), DD3 (pino 5) recebem pulsos de intervalos de tempo de referência de 0,01, 0,1 e 1 s. O tempo de medição é definido pela chave SA2.
O dispositivo de controle e reinicialização consiste nos flip-flops D DD5.1 e DD5.2 e nos transistores VT2 e VT3. A contagem da frequência do sinal de entrada começa quando a borda de ataque do pulso de referência vem da chave SA2.1 para a entrada D do gatilho DD5.1, que muda para um estado "único".
Arroz. 1. Diagrama de blocos do contador de frequência:
1 - amplificador de condicionamento de sinal de entrada, 2 - seletor de tempo, 3 - contador de décadas, 4 - indicador digital, 5 - gerador de rede, 6 - gerador de intervalos de tempo de referência, 7 - dispositivo de controle e reinicialização, 8 - fonte de alimentação.
No pino 10 DD4.3 o gatilho seletor de tempo DD5.1 (pino 5) recebe um sinal lógico 1 e permite a passagem de pulsos retangulares da frequência de entrada para o contador de entrada DD6 (pino 4). Depois de transcorrido o intervalo de tempo de referência selecionado (0,01, 0,1, 1 s), um pulso de referência é novamente fornecido à entrada D do gatilho DD5.1, o gatilho retorna ao seu estado original, bloqueando o seletor de tempo e alternando o gatilho DD5.2 para o estado "único". Inicia-se o processo de indicação da frequência do sinal de entrada no display digital.
Um sinal lógico 1 aparece no pino 9 de DD5.2, e o processo de carregamento do capacitor C5 começa através do resistor R11. Assim que a tensão na base do transistor VT2 atingir uma tensão de aproximadamente 1,2 V, o transistor abrirá e um curto pulso negativo aparecerá em seu coletor, que, através do MS DD1.3, DD1.4, mudará o gatilho DD5.2 ao seu estado original. O capacitor C5 através do diodo VD2 e o chip DD5.2 irão descarregar rapidamente para quase zero.
Arroz. 2. Diagrama esquemático do dispositivo:
DD1, DD4K155LAZ;DD3 K155IE1;DD5 K.155TM2;DD6- DD9 K176IE4;VD6- VD9 D226A,VD10- VD13 D9B,HG1- HG4 IV PARA.
Arroz. 3. Aparência contador de frequência.
Ré. 5. Disposição dos elementos na caixa do frequencímetro:
1 - indicador de rede, 2 - chave liga/desliga, 3 - transformador de potência, 4 - porta-fusível, 5 - placa de circuito impresso, 6 - filtro de luz, 7 - chave de intervalo de tempo.
O pulso de reset negativo no coletor VT2 é invertido pelo transistor VT3, atuando nas entradas R dos microcircuitos DD6-DD9 e zerando as leituras - a indicação dos resultados da medição para. Na chegada da frente do próximo pulso de referência, o processo é repetido.
O medidor de frequência usa resistores MLT-0,25, capacitores K50-6 e KLS. Os transistores KT315 e KT361 indicados no circuito (com qualquer índice de letras) são substituídos por quaisquer transistores de silício de alta frequência da estrutura correspondente. Em vez de diodos KD522B, você pode usar qualquer uma das séries KD521, KD520. O diodo GD511B pode ser substituído por D9.
Os microcircuitos da série K155 podem ser substituídos por similares da série K133. Os indicadores IV-ZA são substituídos por IV-3. O transformador de alimentação tem uma potência de 5-7 watts. Tensão do enrolamento: II - 0,85 V (corrente 200 mA), III - 10 V (corrente 200 mA), IV - 10 V (corrente 15 mA). As pontes de diodo VD6-VD9 e VD10-VD13 podem ser alimentadas por um enrolamento de 10 V (corrente não inferior a 220 mA). O transistor VT4 possui um radiador de 20X30X1 mm, feito de duas placas de alumínio, que são fixadas ao transistor em ambos os lados com um parafuso M3 e uma porca.
Arroz. 4. Placa de circuito impresso com a disposição dos elementos.
O medidor de frequência é fabricado para substituir a escala calibrada no gerador de baixa frequência (LFG). O tambor digitalizado foi removido do gerador. Os indicadores digitais são colocados na janela do placar coberto com plexiglass transparente com um filtro de luz verde (Fig. 3).
O medidor de frequência também pode ser usado para a finalidade a que se destina. Para isso, introduziu a chave SA1, localizada no painel frontal do gerador.
A placa de circuito impresso do medidor de frequência é feita de getinax revestido com folha de 1,5 a 2 mm de espessura (Fig. 4). A conexão dos indicadores HG1-HG4 com os circuitos integrados DD6-DD9 é feita a partir dos condutores impressos.
Todas as conexões devem ser feitas preferencialmente com um fio isolado de núcleo único (por exemplo, 0 0,3 mm de um cabo telefônico). Circuitos CA - fio trançado 0 0,7-1,5 mm.
Arroz. 6. Projeto do corpo: painéis em forma de U inferior (1) e superior (2). Os furos para os controles são perfurados localmente.
É preciso estar atento instalação correta indicadores digitais HG1 - HG4. Eles devem ser colocados no mesmo plano e no mesmo nível e separados do bordo de ataque. placa de circuito impresso a uma distância de 2-3 mm. O resistor R18 e o LED VD6 estão localizados no painel frontal do dispositivo. Uma variante da disposição dos nós no medidor de frequência (sem LFO) é mostrada na Figura 5.
Arroz. 7. Esquema de ligação do interruptor para medir o período dos sinais.
O corpo do dispositivo com a indicação das dimensões necessárias é mostrado na Figura 6. É feito de duralumínio D16AM com 1,5 mm de espessura. As metades superior e inferior do corpo em forma de U são conectadas com a ajuda de cantos de duralumínio 12X 12 mm, rebitados na metade inferior do corpo, nos quais são feitos furos e cortadas roscas MZ.
A placa de circuito impresso é fixada na parte inferior do frequencímetro com parafusos M3 e buchas plásticas de 10 mm de altura.
Para microcircuitos DD2 e DD3, antes de instalar na placa de circuito impresso, a terceira e a décima segunda pernas devem ser encurtadas para um espessamento.
O ajuste do dispositivo começa com uma verificação da instalação, depois são medidas as tensões da fonte de alimentação, que devem corresponder às indicadas no diagrama do circuito.
Zeros aparecerão no mostrador digital. Isso indica o desempenho do contador de frequência. SA2 é comutado para a posição extrema direita (de acordo com o esquema), e pulsos retangulares com frequência de 100 Hz são alimentados na entrada do frequencímetro (usando um jumper) do terminal 11 DD1.2. O visor mostra o número 0,100. No caso de outra combinação de números, selecionando R2, consegue-se o funcionamento correto do modelador de rede.
O ajuste final do frequencímetro fabricado é feito usando um gerador, um osciloscópio e um frequencímetro industrial, por exemplo G4-18A, S1-65 (H-313), 43-30.
Um sinal com frequência de 1 MHz e tensão de 0,02 V é alimentado na entrada do frequencímetro (R3) Ao selecionar o resistor R5, o ganho máximo do transistor VT1 é alcançado. Ao alterar a frequência e a amplitude do sinal de entrada, o funcionamento do frequencímetro é controlado de acordo com as especificações técnicas, comparando as leituras com instrumentos de fábrica.
Se for necessário medir baixas frequências com alta precisão, o tempo de contagem deve ser aumentado. Para isso, o gerador de intervalos de tempo de referência deve ser complementado com outro divisor de década (ligando-o da mesma forma que DD2 e DD3), aumentando o tempo de contagem para 10 s.
Você também pode medir não a frequência do sinal de entrada, mas seu período. Por. Para fazer isso, um interruptor adicional deve ser introduzido no medidor de frequência, cujo circuito é mostrado na Figura 7.
V. SOLUÇÕES,
Taganrog, região de Rostov
"Designer-Modelista" 10 1990
OCRpirata
A razão para repetir este medidor de frequência e anexo para determinar os parâmetros de circuitos desconhecidos foi o design do receptor R-45. No futuro, este "mini complexo" facilitará o enrolamento e o ajuste dos circuitos de RF, o controle dos pontos de referência dos geradores e assim por diante. Portanto, o medidor de frequência apresentado neste artigo permite medir a frequência de 10 Hz a 60 MHz com uma precisão de 10 Hz. Isso permite que você use este dispositivo para uma ampla gama de aplicações, como medir a frequência de um oscilador mestre, um receptor e transmissor de rádio, um gerador de função, um ressonador de quartzo. O medidor de frequência fornece boas opções e possui boa sensibilidade de entrada devido à presença de um amplificador e um conversor TTL. Isso permite medir a frequência dos ressonadores de quartzo. Se você usar um divisor de frequência opcional, a frequência máxima de medição pode atingir 1 GHz ou mais.
O circuito do medidor de frequência é bastante simples, a maioria das funções é executada pelo microcontrolador. A única coisa é que o microcontrolador precisa de um estágio de amplificação para aumentar a tensão de entrada de 200-300 mV para 3 V. O transistor, conectado de acordo com o circuito emissor comum, fornece um sinal pseudo-TTL à entrada do microcontrolador. Algum tipo de transistor "rápido" é necessário como transistor, usei BFR91 - analógico doméstico KT3198V.
A tensão Vke é definida no nível de 1,8-2,2 volts pelo resistor R3 * no circuito. Eu tenho 22 kOhm, no entanto, um ajuste pode ser necessário. A tensão do coletor do transistor é aplicada na entrada do contador/temporizador do microcontrolador PIC, através de uma resistência série de 470 ohms. Para desligar a medição, os resistores pull-down embutidos são usados no PIC. O PIC implementa um contador de 32 bits, parte em hardware, parte em software. A contagem começa depois que os resistores pull-down embutidos do microcontrolador são desligados, a duração é exatamente 0,4 segundos. Após esse tempo, o PIC divide o número recebido por 4 e, em seguida, adiciona ou subtrai a frequência intermediária correspondente para obter a frequência real. A frequência recebida é convertida para exibição no visor.
Para que o frequencímetro funcione corretamente, ele precisa ser calibrado. A maneira mais fácil de fazer isso é conectar uma fonte de pulso com uma frequência precisamente conhecida com antecedência e definir as leituras necessárias girando o capacitor trimmer. Se um este método não se encaixa, então você pode usar a "calibração aproximada". Para fazer isso, desligue o dispositivo e conecte a 10ª perna do microcontrolador ao GND. Em seguida, ligue a alimentação. O MK medirá e exibirá a frequência interna.
Se você não puder ajustar a frequência exibida (ajustando o capacitor de 33 pF), conecte momentaneamente o pino 12 ou 13 MK ao GND. É possível que isso precise ser feito várias vezes, pois o programa verifica essas saídas apenas uma vez por medição (0,4 seg). Após a calibração, desconecte o pino 10 do microcontrolador do GND, sem desligar o equipamento, para salvar os dados na memória não volátil do MK.
Desenhei uma placa de circuito impresso para o meu gabinete. Aqui está o que aconteceu, quando a energia é aplicada, a tela inicial aparece por um curto período de tempo e o medidor de frequência entra no modo de medição, não há nada na entrada:
O autor do artigo finalizou o esquema relativo à fonte original, portanto não anexei o original, a placa e o arquivo de firmware estão no arquivo geral. Agora vamos pegar um circuito desconhecido para nós - um prefixo para medir a frequência de ressonância do circuito.
Inserimos em um soquete ainda não muito conveniente, serve para verificar o aparelho, olhamos o resultado da medição:
O frequencímetro foi calibrado e testado em um oscilador de cristal de 4 MHz, o resultado foi registrado da seguinte forma: 4,00052 MHz. No caso do frequencímetro, resolvi trazer a alimentação para o prefixo +9 Volt, para isso foi feito um estabilizador simples +5 V, +9 V, sua placa está na foto:
Esqueci de acrescentar, a placa do medidor de frequência está ligeiramente voltada para cima - para a conveniência de remover a foto do microcontrolador, girar o capacitor trimmer, o comprimento mínimo das trilhas no LCD.
Agora o contador fica assim:
A única coisa é que ainda não corrigi o erro na inscrição de MHz, mas está tudo 100% funcionando. Montagem e teste de circuitos - GOVERNADOR.
Discuta o artigo COMO FAZER UM MEDIDOR DE FREQUÊNCIA
Este dispositivo possui não apenas um grande limite superior da frequência medida, mas também várias funções adicionais. Ele mede o desvio de frequência do valor inicial, a duração dos pulsos e as pausas entre eles e conta o número de pulsos. Ele também pode ser usado como um divisor de frequência do sinal de entrada com uma taxa de divisão que pode ser definida em uma ampla faixa.
O frequencímetro proposto contém seis microcircuitos - comparador de tensão AD8611ARZ, sintetizador de frequência LMX2316TM, D-flip-flop 74HC74D, seletor multiplexador 74HC151D, microcontrolador PIC16F873A-1 / SP e estabilizador integral tensão TL7805. Ele exibe os resultados da medição em um LCD de caracteres WH1602B.
Principal especificações
Intervalo de frequência medido
pulsos com níveis TTL, Hz..............0.1...8 10 7
sinais periódicos analógicos de forma arbitrária com tensão superior a 100 mVeff, Hz ..............1...8 10 7
sinais de RF sinusoidal com uma tensão de mais de 100 mVeff, MHz.............20...1250
Contando a duração ao medir a frequência, ms......10 4 , 10 3 , 100, 10
Intervalo de duração do pulso medido, µs........10...10 6
Taxa máxima de repetição de pulsos contados, kHz...........................100
Máximo de pulsos contados.....100.000.000
Desvio de Frequência Medido
pulsos na entrada TTL ou sinal na entrada analógica, Hz........±1...±10 6
Sinal de entrada de RF, kHz...............±1...±10 5
Fator de divisão de frequência de sinal
aplicado à entrada analógica .............. 3 - 16383
aplicado à entrada de RF ..........1000 - 65535
Níveis de pulso de saída do divisor de frequência .............. TTL
A duração dos pulsos de saída do divisor de frequência, μs .............................. 0,5
Tensão de alimentação (constante), V ................... 9.16
Consumo de corrente, mA......100...150
Quando o dispositivo é desligado, o microcontrolador lembra os modos definidos de sua operação em sua EEPROM e o restaura quando é ligado.
O circuito do medidor de frequência é mostrado na fig. 1. gerador de relógio microcontrolador DD3 estabilizado por um ressonador de quartzo ZQ1. O capacitor trimmer C13 permite que você defina a frequência do clock para exatamente 4 MHz. O regulador de tensão de +5 V é montado em um chip DA2. O resistor trimmer R23 ajusta o brilho da luz de fundo da tela LCD HG1. O contraste ideal da imagem é definido por um resistor de ajuste R21.
Arroz. 1. Circuito do medidor de frequência
Os botões SB1-SB3 controlam o dispositivo. O botão SB1 é usado para selecionar o parâmetro medido. O botão SB2 seleciona o conector ao qual o sinal medido é aplicado. Dependendo da frequência e forma do sinal de entrada, pode ser XW1 (pulsos de nível lógico com frequência de 0,1 Hz ... 80 MHz), XW2 (formas de onda arbitrárias analógicas com frequência de 1 Hz ... 80 MHz) ou XW3 (sinais com frequência de 20. ..1250 MHz). O botão SB3 inicia e interrompe a medição nos modos de medição do contador de pulso e compensação de frequência. Pressionar longamente (mais de 1 s) este botão muda do modo de medição de frequência para o modo de divisão de frequência e envia o resultado para o conector XW1. Quando os botões não são pressionados, as entradas do microcontrolador ao qual estão conectados, os resistores R12-R14 mantêm níveis altos.
Os resistores R4 e R6 criam um deslocamento constante de cerca de 100 mV na entrada não inversora do comparador DA1. Resistores R5 e R7 - circuito positivo retorno necessária para obter a histerese na característica de comutação do comparador. Os diodos VD1 e VD2, juntamente com o resistor R2, formam um limitador de tensão de entrada bidirecional na entrada inversora do comparador.
O microcircuito DD1, cujo objetivo principal é trabalhar em sintetizadores de frequência na faixa de 1,2 GHz, contém dois divisores de frequência com taxa de divisão variável, que são usados no dispositivo descrito para dividir a frequência dos sinais de entrada fornecidos ao XW2 e conectores XW3 por um número especificado de vezes. O microcontrolador define as taxas de divisão e o modo de operação deste microcircuito emitindo comandos por meio de sua interface serial (entradas Clock, Data, LE). Dependendo do modo configurado, a saída Fo/LD recebe o resultado de um desses divisores. O resistor R19 e o capacitor C19 formam um filtro de energia para o microcircuito DD1, e os diodos VD3 e VD4 protegem a entrada de um de seus divisores de frequência, diretamente conectado ao conector XW3, contra sobrecarga. Um único vibrador é montado no gatilho DD4.1, que forma pulsos com duração de 0,5 μs a partir dos sinais de saída dos divisores de frequência. Seu circuito de temporização é o resistor R17 e o capacitor C10.
O modelador de pulsos aplicado ao conector XW1 é montado em um transistor VT1 com uma carga de coletor - resistor R8. Funciona quando a saída RC5 do microcontrolador é configurada para um nível lógico alto. Caso contrário, o driver é desligado e não afeta os sinais externos fornecidos ao conector XW1. Portanto, o conector XW1 pode ser tanto entrada ao medir a frequência e duração de sinais lógicos, quanto contagem de pulsos, e saída nos modos de divisão de frequência. O resistor R11 é usado para proteger a entrada 0 do seletor-multiplexador DD2 de serem aplicados aleatoriamente aos sinais de alta amplitude do conector XW1.
O seletor-multiplexador, pelos comandos do microcontrolador, fornece às suas entradas destinadas à medição da frequência e duração dos pulsos pulsos de nível TTL do conector XW1 ou sinais recebidos no conector XW2 e convertidos nesses pulsos pelo comparador DA1 , ou sinais recebidos no conector XW3 e passados pelo chip divisor de frequência DD1. O microcontrolador realiza as operações básicas de medição de frequência, duração e contagem de pulsos. Ele também exibe os resultados da medição no LCD do HG1 e controla a operação de todo o dispositivo. O programa do microcontrolador é escrito em linguagem assembly MASM, que faz parte do ambiente de desenvolvimento do programa MPLAB IDEv7.5.
Nos modos de medição de frequência, o microcontrolador conta os pulsos recebidos na entrada T0CKI durante o intervalo de medição selecionado pelo usuário (0,01, 0,1, 1 ou 10 s). Ao medir a frequência do sinal aplicado ao conector XW3, sua frequência é preliminarmente dividida por 1000 por um dos divisores do chip DD1.
Ao medir a duração de pulsos de alto nível lógico, o microcontrolador inicia a contagem de pulsos com frequência de 1 MHz, obtida pela divisão de sua frequência de clock, com base na queda ascendente do pulso medido na entrada INT. Ele pára esta conta pela borda descendente do pulso medido. No caso de medir a duração de um pulso de baixo nível, a contagem começa com sua borda descendente e termina com uma crescente.
Assim que o modo de medição de deslocamento de frequência é ativado, o microcontrolador faz a primeira medição da frequência do sinal de entrada e, em seguida, repete periodicamente essas medições. O programa subtrai o resultado da primeira medição de cada uma subsequente e exibe a diferença atual no indicador. Depois de parar este modo, o LCD exibe o máximo registrado durante a medição do desvio de frequência para baixo e para cima do inicial.
Para medir a taxa de repetição de pulsos lógicos com níveis TTL, use o botão SB2 para selecionar o conector de entrada XW1. O microcontrolador gera o código 000 nas saídas RC0-RC2, transferindo assim o seletor DD2 para um estado em que o sinal do conector XW1 alimenta a entrada TOSK1 do microcontrolador para medição da frequência e sua própria entrada INT para medição da frequência duração do pulso. O programa exibe os resultados da medição no HG1 LCD (Fig. 2), e as durações dos pulsos de nível alto (H) e baixo (L) se alternam na tela. O código no lado direito da linha superior significa o tempo de contagem definido: "10" - 10 s, "1" - 1 s, ".1" - 0,1 s e ".01" - 0,01 s. O símbolo do conector de entrada selecionado é exibido na parte direita da linha inferior: TTL - XW1, VHF - XW2, UHF - XW3.
Arroz. 2. Resultados da medição exibidos pelo programa no LCD HG1
Ao medir a frequência dos sinais analógicos (até 80 MHz), o botão SB2 seleciona a entrada XW2. Nas saídas RC0-RC2, o microcontrolador gera o código 001, comutando o multiplexador DD2 para uma posição em que o sinal do conector XW2, convertido em pulsos retangulares pelo comparador DA1, é alimentado na entrada TOCKI do microcontrolador. O programa mede a frequência do sinal e exibe o resultado no LCD (Fig. 3).
Arroz. 3. Resultados da medição exibidos pelo programa no LCD HG1
Para medir sinais de RF com frequência de até 1250 MHz, use o botão SB2 para selecionar o conector de entrada XW3. A partir dele, o sinal é alimentado na entrada f IN do divisor de frequência disponível no chip DD1. A taxa de divisão é definida pelo microcontrolador como 1000. O sinal da saída do divisor de frequência, convertido em pulsos com duração de cerca de 0,5 μs por um único vibrador em um gatilho DD4.1, é alimentado através do multiplexador DD2 para a entrada TOCKI do microcontrolador. O multiplexador é ajustado para o estado requerido pelo código 010 nas saídas RC0-RC2 do microcontrolador. O programa do microcontrolador mede a frequência e, levando em consideração o fator de divisão, exibe o resultado no LCD (Fig. 4).
Arroz. 4. Resultados da medição exibidos pelo programa no LCD HG1
Os pulsos a serem contados são alimentados no conector de entrada XW1 ou XW2. O botão SB2 seleciona uma dessas entradas e o botão SB1 seleciona o modo COUNTER (Fig. 5). A conta é iniciada pressionando o botão SB3, que é acompanhado pela substituição da etiqueta OFF (desligado) na tela pela etiqueta ON (ligado). Para interromper a contagem, o botão SB3 é pressionado novamente, enquanto a etiqueta ON é substituída pela etiqueta OFF. O programa exibe o número de pulsos acumulados durante o tempo desde o início até a parada no LCD.
Arroz. 5. Resultados da medição exibidos pelo programa no LCD HG1
Para medir o deslocamento de frequência, o sinal (dependendo de sua forma e frequência) é aplicado a um dos conectores de entrada XW1-XW3, este conector é selecionado com o botão SB2 e a função "+/-FREQUENCV" (seu nome é acompanhado pelo rótulo OFF) é selecionado com o botão SB1. comece pressionando o botão SB3, enquanto o rótulo OFF é substituído pelo rótulo ON. O dispositivo mede o desvio de frequência e exibe seu valor atual no LCD (Fig. 6) .Após pressionar o botão SB3 novamente, o que interrompe a medição, os valores máximos registrados durante a medição aparecem no LCD desvio de frequência para cima e para baixo do original (Fig. 7).
Arroz. 6. Resultados da medição exibidos pelo programa no LCD HG1
Arroz. 7. Resultados da medição exibidos pelo programa no LCD HG1
Para dividir a frequência de um sinal analógico com frequência de até 80 MHz, use o botão SB2 para selecionar o conector de entrada XW2 e aplique um sinal a ele, cuja frequência deve ser dividida. Da saída do comparador DA1 entra na entrada OSCIN do divisor de frequência R_Counter do chip DD1. O microcontrolador define a taxa de divisão necessária deste divisor por meio da interface serial e conecta sua saída à saída Fo / LD do microcircuito. Ao pressionar o botão SB1, a taxa de divisão é reduzida e ao pressionar o botão SB2, ela é aumentada. Quanto mais tempo o botão for pressionado, mais rápido o coeficiente muda.
Na saída do RC5, o microcontrolador define alto nível, mudando o conector XW1 para o modo de saída. Em suas saídas RC0-RC2, o microcontrolador gera o código 000, então o sinal de saída do conector também é alimentado na entrada T0SKI do microcontrolador para medição da frequência. A duração do pulso não é medida neste modo.
Arroz. 8. Resultados da medição exibidos pelo programa no LCD HG1
Na fig. A Figura 8 mostra o resultado da divisão da frequência de 19,706 MHz do sinal aplicado no conector XW2 por 100. Neste caso, a saída XW1 com frequência de 197,06 kHz é seguida de pulsos de alto nível lógico com duração de 0,5 μs. Sinais com frequência de 50 a 1200 MHz são alimentados para divisão no conector XW3. Eles são processados de maneira semelhante, a única diferença é que a operação envolve um divisor de frequência N-Counter chip DD1. Na fig. 9 mostra o resultado da divisão da frequência de 200,26 MHz por 2.000. A frequência de saída é 100,13 kHz.
Arroz. 9. Resultados da medição exibidos pelo programa no LCD HG1
O frequencímetro é montado em uma placa de circuito impresso de fibra de vidro laminada em ambos os lados com espessura de 1 mm. Seu desenho é mostrado na Fig. 10 e a colocação dos elementos - na fig. 11. Resistores fixos e a maioria dos capacitores são tamanho 0805 para montagem em superfície. Resistores trimmer R21 e R23 - SH-655MCL, capacitor trimmer C13 - TZC3P300A110R00. Os capacitores de óxido C4 e C6 são de alumínio com fios condutores.
Arroz. 10. Placa de circuito impresso do frequencímetro
Arroz. 11. Colocação dos elementos no tabuleiro
Conectores XW1-XW3 - 24_BNC-50-2-20/133_N . Eles são conectados à placa por pedaços de um cabo coaxial com impedância de onda de 50 ohms, com cerca de 100 mm de comprimento. Botões SB1-SB3 - TS-A3PG-130. O indicador HG1 é fixado acima da placa em suportes de 10 mm de altura com parafusos M3.
O dispositivo é montado em um invólucro de plástico Z-28. Em seu painel frontal, foi feito um orifício retangular de 70x25 mm para a tela LCD e três orifícios de 3 mm de diâmetro para os botões. Os próprios botões são montados em uma placa de fibra de vidro medindo 100x12x1,5 mm, fixada no painel frontal com lado reverso parafusos M3. A tomada elétrica está localizada no lado esquerdo do gabinete e sua chave está no lado direito. Os conectores de baioneta de entrada estão localizados na parede traseira do gabinete.
A configuração de um contador de frequência é a seguinte:
Defina o resistor de ajuste R21 para o contraste ideal da imagem na tela LCD;
Defina o resistor de ajuste R23 para o brilho necessário da luz de fundo do LCD;
Defina o capacitor trimmer C13 para a frequência de clock do microcontrolador exatamente igual a 4 MHz. Para fazer isso, conecte um frequencímetro digital (Ch3-63 ou qualquer outro) ao conector XW1, ligue o dispositivo a ser ajustado enquanto pressiona o botão SB3 (neste caso, a inscrição "TEST" deve aparecer no LCD) e, girando o rotor do capacitor trimmer C13, atingir as leituras do frequencímetro externo, no máximo próximo a 100.000 Hz. Não esqueça que o erro na configuração desta frequência afeta diretamente o erro do dispositivo que está sendo ajustado.
Literatura
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O desenho do PCB no formato Sprint Layout 5.0 e o programa do microcontrolador podem ser baixados.
Data de publicação: 16.02.2016
Estruturalmente, o dispositivo é composto por um display formado por sete indicadores LED de 7 segmentos, um microcontrolador e diversos transistores e resistores. O microcontrolador executa todas as funções necessárias, portanto, o uso de quaisquer microcircuitos adicionais não é necessário.
O diagrama esquemático do dispositivo é bastante simples e é mostrado na Figura 2. O projeto no formato Eagle ( diagrama de circuito e placa de circuito) está disponível para download na seção de downloads.
As tarefas executadas pelo microcontrolador são simples e óbvias: contar o número de pulsos de entrada em 1 segundo e exibir o resultado em um indicador de 7 dígitos. A maioria ponto importante aqui está a precisão do oscilador principal (base de tempo) fornecida pelo temporizador de 16 bits integrado Timer1 no modo CTC. O segundo temporizador-contador de 8 bits opera no modo de contagem do número de pulsos em sua entrada T0. Cada 256 pulsos causam uma interrupção, cujo manipulador incrementa o valor do coeficiente. Quando a duração de 1 s é alcançada com o timer de 16 bits, ocorre uma interrupção, mas, neste caso, o fator é multiplicado por 256 (deslocamento à esquerda em 8 bits) no manipulador de interrupção. O número restante de pulsos registrados pelo contador é adicionado ao resultado da multiplicação. O valor resultante é então dividido em números separados, que são exibidos em um indicador separado na categoria correspondente. Depois disso, pouco antes de sair do manipulador de interrupção, ambos os contadores são redefinidos simultaneamente e o ciclo de medição é repetido. NO " tempo livre» O microcontrolador envia informações para o indicador por multiplexação. No código-fonte do programa do microcontrolador, o autor fez comentários adicionais que ajudarão a entender em detalhes o algoritmo do microcontrolador.
Resolução e precisão de medição
A precisão da medição depende da fonte de relógio do microcontrolador. Por si só, o código do programa pode introduzir um erro (adicionar um pulso) em altas frequências, mas isso praticamente não afeta o resultado da medição. O ressonador de quartzo utilizado no aparelho deve ser boa qualidade e ter o mínimo de erro. melhor escolha haverá um ressonador cuja frequência é divisível por 1024, por exemplo 16 MHz ou 22,1184 MHz. Para obter uma faixa de medição de até 10 MHz, é necessário usar um ressonador de quartzo com frequência de 21 MHz e superior (para 16 MHz, como no diagrama, a faixa de medição fica um pouco abaixo de 8 MHz). Um ressonador de quartzo de 22,1184 MHz é ideal para o nosso dispositivo, mas adquirir um com erro mínimo para muitos radioamadores será uma tarefa difícil. Nesse caso, você pode usar um ressonador de quartzo em uma frequência diferente (por exemplo, 25 MHz), mas deve executar o procedimento de calibração do oscilador mestre usando um osciloscópio que suporte medições de hardware e um capacitor trimmer no circuito do ressonador de quartzo (Figura 3 , 4).
Na seção de download, várias versões de firmware para vários ressonadores de quartzo estão disponíveis para download, mas os usuários podem compilar o firmware para um ressonador de quartzo existente por conta própria (consulte os comentários no código-fonte).
Sinal de entrada
NO caso Geral Um sinal de qualquer formato com amplitude de 0 ... 5 V pode ser aplicado à entrada do dispositivo, e não apenas pulsos retangulares. Você pode aplicar um sinal senoidal ou triangular; o pulso é determinado por uma borda descendente em um nível de 0,8 V. Observe: a entrada do medidor de frequência não é protegida contra alta tensão e não é puxada para a energia, esta é uma entrada de alta resistência que não carrega o circuito sob teste. A faixa de medição pode ser estendida até 100 MHz com uma resolução de 10 Hz usando um divisor de frequência de alta velocidade apropriado na entrada.
Exibição
O dispositivo usa sete indicadores LED de 7 segmentos com um ânodo comum como display. Se o brilho dos indicadores for insuficiente, você pode alterar o valor dos resistores que limitam a corrente nos segmentos. No entanto, não se esqueça que a magnitude da corrente de pulso para cada saída do microcontrolador não deve exceder 40 mA (os indicadores também possuem sua própria corrente de operação, não se esqueça de seu valor). No diagrama, o autor indicou que o valor desses resistores é de 100 ohms. Zeros insignificantes são suprimidos ao exibir o resultado da medição, o que torna a leitura das leituras mais confortável.
Placa de circuito impresso
A placa de circuito impresso frente e verso tem dimensões de 109 × 23 mm. NO versão gratuita Componentes de 7 segmentos do Eagle PCB Design Environment ausentes da biblioteca de componentes LEDs indicadores, então eles foram desenhados à mão pelo autor. Como pode ser visto nas fotos (Figuras 5, 6, 7) da versão do autor da placa de circuito impresso, adicionalmente é necessário fazer várias conexões com um fio de montagem. Uma conexão na parte frontal da placa é a alimentação do pino Vcc do microcontrolador (através de um orifício na placa). Existem mais duas conexões na parte inferior da placa, que são usadas para conectar os pinos do segmento de ponto decimal dos indicadores nos dígitos 4 e 7 até os resistores de 330 ohm ao terra. Para a programação in-circuit do microcontrolador, o autor utilizou um conector de 6 pinos (no diagrama, este conector é mostrado como um composto JP3 e JP4), localizado na parte superior da placa de circuito impresso. Este conector não precisa ser soldado na placa, o microcontrolador pode ser programado de todas as formas possíveis.
Transferências
Diagrama esquemático e desenho da placa de circuito impresso, código fonte e firmware do microcontrolador -
