Частотомер - цифровая шкала на PIC16CE625. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Предлагаемое устройство продолжает ряд любительских разработок на микропроцессорах и может быть использовано как частотомер домашней лаборатории или цифровая шкала связной и радиоприемной аппаратуры всех типов. Несмотря на простую схему, прибор отличается от ранее опубликованных конструкций возможностью измерения частот вплоть до СВЧ диапазона, высокой разрешающей способностью, а также возможностью введения в память контроллера значений нескольких промежуточных частот.

Прибор позволяет измерять частоту сигнала в интервале 0,1 Гц до 40 МГц. Уровень входного сигнала может находиться в пределах 100...200 мВ. Разрешающая способность прибора - 100,1, 0,1 Гц при времени измерения 0,1, 1, 10 с соответственно. Количество разрядов индикатора - 8. Напряжение питания устройства - 7,5... 14 В, а потребляемый ток зависит от числа работающих сегментов, но не превышает 130 мА.

Используя внешний СВЧ делитель с коэффициентом деления в пределах от 1 до 255, можно измерять частоты более 40 МГц.

Принцип действия частотомера - классический: измерение числа импульсов входного сигнала за определенный интервал времени. Предел 10 с предназначен для проведения точных измерений низких частот. В режиме цифровой шкалы время измерения прибора 0,1 или 1 с.

В энергонезависимую память цифровой шкалы можно записать до 15 значений промежуточных частот в диапазоне от 0 до 99 999 999 Гц. При этом показания индикатора будут определяться формулой

где Fвх - входная частота; Кд - коэффициент деления внешнего делителя; Fпч - промежуточная частота. Вычитание осуществляется по абсолютной величине, т. е. из большего значения вычитается меньшее.

Значения промежуточных частот, коэффициент деления используемого внешнего делителя, а также калибровочные константы могут быть установлены и изменены пользователем без применения каких-либо дополнительных устройств. Все эти данные хранятся в энергонезависимой памяти PIC контроллера.

Также предусмотрена возможность программной калибровки частоты, что позволяет использовать в приборе опорный кварцевый резонатор в диапазоне частот 3,9...4,1 МГц.

Принципиальная схема прибора показана на рис.1.

(нажмите для увеличения)

Сигнал измеряемой частоты подается на входной формирователь, выполненный на транзисторе VT1 и элементе микросхемы DD1. Диоды VD1 и VD2 ограничивают амплитуду входного сигнала на уровне 0,7 В. Для синусоидального входного сигнала нижняя граница измеряемых частот определяется емкостью конденсаторов С4 и С5 и при указанных на схеме номиналах она равна 10 Гц. С выхода микросхемы DDI сформированные импульсы поступают на PIC контроллер DD2. Достаточно высокая нагрузочная способность ее выходов позволила подключить к ней катоды индикатора HG1 непосредственно. Аноды индикатора подключены через составные эмиттерные повторители на транзисторах VT2- VT17 к выходам счетчика DD3, который осуществляет сканирование разрядов. Такая схема позволяет питать индикатор нестабилизированным напряжением, что существенно облегчает тепловой режим микросхемы DA1 и практически устраняет влияние бросков тока при коммутации разрядов индикатора на работу входного формирователя.

Входное сопротивление формирователя низкое, поэтому для расширения возможностей прибора и устранения влияния емкости кабеля к нему подключается выносной пробник. Его схема показана на рис. 2.

Входное сопротивление пробника - около 500 кОм, выходное - 50... 100 Ом. Коэффициент усиления - около 2, а верхняя граница полосы пропускания - 100...150 МГц. Диоды VD1, VD2 защищают полевой транзистор от выхода из строя при попадании на вход высокого напряжения.

Управление прибором осуществляется с помощью трех кнопок, выведенных на переднюю панель, и пяти переключателей. Кнопками SB1, SB2, SB3 выбирают время измерения 0,1, 1 или 10 с соответственно. Новое значение частоты на индикаторе появится на индикаторе через выбранный интервал после отпускания кнопки. Если нажать и удерживать одну из этих кнопок, текущее значение частоты зафиксируется на индикаторе.

При использовании внешнего делителя меняется цена младшего разряда частотомера. Если его коэффициент деления находится в пределах от 3 до 20, цена разряда уменьшается в 10 раз, если Кд выше 20, то в 100 раз при любом времени измерения. Если Кд = 2, цена разряда не изменяется.

Замкнутое состояние переключателя SA1 соответствует работе прибора с внешним СВЧ делителем, а разомкнутое - без него. Переключатели SA2- SA5 служат для выбора одного из 15 заранее запрограммированных значений ПЧ. Соответствующий номер ПЧ набирается в двоичном коде (1-2-4-8). Если переключатели SA2-SA5 разомкнуты, ПЧ = 0 (режим частотомера). Выводы переключателя SA1 можно вывести на свободные контакты разъема, в который включается СВЧ делитель. На ответной части разъема между этими контактами следует установить перемычку. Таким образом будет автоматически определяться подключение делителя. Если номер ПЧ необходимо изменять дистанционно, например, при переключении диапазонов приемника, то в качестве SA2-SA5 можно использовать электромагнитные реле.

Частотомер собран на печатной плате размерами 107x46 мм из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Разводка проводников и расположение деталей на плате показаны на рис. 3.

(нажмите для увеличения)

Все постоянные резисторы МЛТ 0,125, подстроечный - СПЗ-19а. Постоянные конденсаторы - КМ, подстроечный - КТ4-21, оксидные - К50-35.

Транзистор VT1 любой n-р-n с граничной частотой не менее 600 МГц. Транзисторы VT10 - VT17 с допустимым током не менее 300 мА. Индикатор HG1 - восьмиразрядный светодиодный, с децимальными точками справа от цифр. Его конструкция может быть произвольной, например, составленной из одноразрядных индикаторов с общим анодом. Микросхему DD1 КР1554ТЛ2 можно заменить на КР1554ТЛЗ, но при этом потребуется корректировка рисунка печатной платы. Неиспользуемые выводы элементов микросхемы следует подключить к шине питания +5 В. Применение ТТЛ аналогов в данной схеме снижает верхнюю границу рабочих частот прибора до 10-60 МГц.

Транзистор VT1 выносного пробника - полевой с изолированным затвором, каналом n-типа и напряжением затвор-исток 0...2 В при токе стока 5 мА - КП305А, Б, В; КП313А, Б; VT2 - с граничной частотой не менее 600 МГц. Резистор R1 монтируется непосредственно в штыревой части разъема ХР1.

Чертеж печатной платы пробника и расположение деталей показаны на рис. 4.

Пробник смонтирован в металлическом корпусе. Частотомер также желательно экранировать, особенно если прибор будет использоваться в качестве цифровой шкалы.

Блок питания может быть любой нестабилизированный с выходным напряжением 7,5... 14 В и током нагрузки до 150 мА.

При налаживании частотомера подстройкой резистора R2 добиваются максимальной чувствительности прибора на высоких частотах. Напряжение на коллекторе транзистора VT1 должно быть при этом около 2,5 В. Налаживание выносного пробника заключается в установке тока каждого транзистора около 5 мА. Их выставляют, подбирая R3. Напряжение на коллекторе VT2 должно быть 4 В.

Затем кнопками SB1-SB3 следует установить необходимые значения параметров частотомера в сервисном режиме. Для входа в этот режим следует нажать три кнопки одновременно. При этом на индикаторе появится значение времени измерения, которое будет выбираться по умолчанию при включении прибора. Нажимая на кнопку SB1 или SB2, можно выбрать одно из трех значений - 0,1 с, 1 с или 10 с. После этого следует нажать кнопку SB3. При этом выбранное значение заносится в энергонезависимую память, а на индикаторе появляется значение коэффициента деления СВЧ делителя, который будет использоваться с прибором. Изменить его значение можно, нажимая SB1 или SB2, а затем подтвердить выбор, нажав SB3. Если один или несколько из переключателей SA2-SA5 замкнуты, на индикаторе появляются номер включенной ПЧ и ее знак (стилизованный + или - ). Выбор знака производится нажатием кнопки SB1 или SB2, нажатие SB3 подтверждает выбор, и на индикаторе появляется значение ПЧ, которое можно изменять, нажимая опять же SB1 или SB2. Скорость изменения будет увеличиваться в зависимости от времени нажатия на кнопку, т. е. чем дольше держать нажатой кнопку, тем быстрее будут изменяться показания. Цена младшего разряда 1 Гц. Подтверждение выбора аналогично предыдущим режимам - нажатие SB3. После этого на индикаторе появляется надпись "SETUP". Если не нажимать ни одну из кнопок, примерно через 3 с прибор перейдет в режим измерения с вновь выбранными параметрами.

Для входа в "SETUP" следует нажать SB3. В этом режиме осуществляется программная калибровка прибора под конкретный используемый резонатор. Это может оказаться необходимо, так как в данной схеме он возбуждается на частоте параллельного резонанса, а на резонаторах обычно указывается частота последовательного, которая может отличаться на несколько килогерц. Калибровка осуществляется выбором девяти констант, которые определяют длительность интервалов измерения. Константы С1, С2 и C3 определяют интервал 0,1 с; С4, С5 и С6 - 1 с, а С7, С8 и С9 - 10 с.

С1, С4, С7 предназначены для точной калибровки интервала; С2, С5 и С8 - для средней; C3, С6 и С9 - для грубой.

С1, С4 и С7 могут изменяться от 0 до 17. Их увеличение или уменьшение на единицу увеличивает или уменьшает соответствующий интервал на 1 мкс (на один машинный цикл). С2, С5 и С8 принимают значение от 0 до 255. Их изменение на единицу изменяет интервал на 18 мкс. C3, С6 и С9 также могут быть от 0 до 255 и осуществляют еще более грубое изменение интервала. Значения всех констант вводятся последовательно, аналогично предыдущим режимам. После ввода С9 прибор переходит в режим измерения.

Если частота генерации кварцевого резонатора равна точно 4 МГц, константы должны иметь следующие значения:

С1=9, С2=99, C3=2, С4=13, С5=17, С6=199, С7=17, С8=215, С9=117.

В авторском варианте частота кварца 4 001 120 Гц и константы несколько иные:

С1=1, С2=101, C3=2, С4=5, С5=33, С6=199, С7=5, С8=117, С9=118.

Для калибровки прибора необходимо иметь образцовый частотомер и генератор. В начале следует с помощью образцового прибора измерить частоту генерации кварцевого резонатора в приборе. При этом ротор конденсатора С7 должен быть в среднем положении. Частотомер подключается к точке Х1. Измеренное значение округляется до ближайшего, кратного 40 Гц, например, 4 000 000, 4 000 040, 4 000 080 и т.д. Затем выносной пробник прибора подключают к точке Х1 и записывают показания на всех трех пределах. Если показания отличаются от измеренного значения, следует войти в сервисный режим, затем в "SETUP" и изменить значения констант. При этом следует придерживаться правила - изменяя длительность интервала 0,1 с на 1 мкс, длительность интервала 1 с следует изменить на 10 мкс, а 10 с - на 100 мкс. В противном случае показания прибора на разных пределах могут не соответствовать друг другу. После нескольких проб и ошибок становится понятным влияние констант на показания. Таким образом добиваются показаний истинной частоты генерации. Как указывалось выше, она должна быть обязательно кратна 40 Гц. В авторском варианте показания прибора с интервалом измерения 10 с - 4.001.120.0; с интервалом 1 с - 4.001.120; а с интервалом 0,1 с - 4.001.1.

После калибровки следует подключить данный прибор и образцовый частотомер к генератору сигналов частотой 20...40 МГц и амплитудой 0,2...0,5 В и сравнить показания на всех пределах. Если на разных пределах показания не будут соответствовать друг другу, значит, при вводе констант была допущена ошибка и эту операцию следует повторить. Окончательно точного соответствия показаний частоте добиваются подстройкой конденсатора С7. Если диапазона его изменения не хватает, следует подкорректировать константы, как было описано выше.

Процесс калибровки достаточно сложен, но необходимость в его проведении может возникнуть только один раз после изготовления прибора. Авторские значения всех констант и параметров в энергонезависимой памяти при необходимости можно восстановить, набрав значение C3 в пределах от 128 до 255.

Одна из возможных схем СВЧ делителя на 10 размещена на сайте автора <kirov.ru/~ra4nalr>.

Коды управляющей программы микроконтроллера

Автор: Н.Хлюпин

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Красные водоросли в растительном мясе успешно имитируют кровь 14.10.2024

Технологии все активнее вторгаются в сферу пищевой промышленности, и одна из самых инновационных разработок последних лет - создание реалистичного растительного мяса. Для многих потребителей важным фактором остается не только вкус, но и визуальные характеристики продукта, которые должны максимально приближаться к настоящему мясу. В этом вопросе крупные производители растительных продуктов нашли неожиданных помощников - красные микроводоросли. Мировые производители растительного мяса, объединив усилия, создали ингредиент под названием RepliHue. Этот компонент, изготовленный на основе красных микроводорослей, позволяет имитировать цвет и текстуру настоящей крови, что делает растительное мясо еще более похожим на традиционные мясные продукты. Ранее для достижения подобного эффекта использовались синтетические добавки, такие как гем, но RepliHue предлагает более естественную и экологически устойчивую альтернативу. Одной из ключевых особенностей RepliHue является его способность измен ...>>

Электровелосипед Miloo Adventure Beast 14.10.2024

Швейцарская компания Miloo представила свою новейшую модель электровелосипеда Adventure Beast, которая уже успела привлечь внимание благодаря своим рекордным характеристикам. Этот электробайк не только сочетает в себе высокие технические параметры и легкость, но и предлагает пользователям исключительные возможности для езды как по городу, так и по бездорожью. Adventure Beast представляет собой модель класса S-Pedelec, что означает поддержку скорости до 45 км/ч, и при этом это самый легкий велосипед в своем классе. В самой легкой комплектации электровелосипед весит всего 17 кг, что является рекордом для гравийных велосипедов с такой мощностью и скоростью. Это делает его удобным как для городских поездок, так и для путешествий по пересеченной местности. Одной из ключевых особенностей Adventure Beast является мощный электродвигатель, доступный в двух вариантах. Самая мощная версия обеспечивает до 1000 Вт мощности и крутящий момент в 100 Нм, что является самыми высокими показателями ...>>

Совместный просмотр телевизора с родителями полезен маленьким детям 13.10.2024

Родители часто беспокоятся о том, сколько времени их дети проводят перед экранами телевизоров и гаджетов. Однако новое исследование ученых из Университета Портсмута, проведенное в сотрудничестве с французскими коллегами, показывает, что телевидение может быть полезным для когнитивного развития малышей, если они смотрят его вместе с родителями. Особенно это касается детей в возрасте до двух лет, когда закладываются основы языка и мышления. Исследователи проанализировали 478 научных работ, опубликованных за последние 20 лет, чтобы изучить влияние пассивного использования экранов на развитие интеллекта детей. Они обратили внимание на то, что экранное время может быть как вредным, так и полезным для самых маленьких, и ключевую роль в этом играют условия, в которых дети смотрят телевизор или пользуются гаджетами. Результаты показали, что пассивный просмотр телевизора без участия взрослых может негативно сказываться на развитии речи, когнитивных функций и даже на умении детей играть. О ...>>

Случайная новость из Архива Aurora Driver для грузовиков 25.01.2020 Компания Aurora, специализирующаяся на разработке технологий автономного вождения, планирует интегрировать свою систему Aurora Driver с грузовиками. Это стало возможным благодаря разработке нового лидарного датчика. Хотя Aurora основана три года назад, о ней не так уж и много известно, несмотря на довольно амбициозные планы. Руководит компанией Крис Урмсон (Chris Urmson), ранее возглавлявший проект по разработке беспилотных автомобилей Google. Компания уже привлекла $690 млн инвестиций, а один из инвесторов Aurora, сооснователь LinkedIn и венчурный капиталист Рид Хоффман (Reid Hoffman), назвал Урмсона не иначе как "Генри Фордом автономных автомобилей" благодаря его работе в Google над созданием самоуправляемых транспортных средств. Aurora разработала программно-аппаратный комплекс Aurora Driver, который может быть установлен в автомобили различных типов для обеспечения автономного управления. К настоящему моменту система была интегрирована в шесть различных типов транспортных средств, включая седаны, внедорожники, минивэны, автомобили-фургоны и грузовые автомобили класса 8, ни один из которых пока не используется на коммерческой основе. Компания не собирается тратить больше времени на тестирование автомобилей в реальных условиях. "В этом году мы собираемся проехать (в ходе тестов) примерно вдвое меньше миль", - сообщил соучредитель компании Стерлинг Андерсон (Sterling Anderson) на недавнем мероприятии, добавив, что компания сосредоточена на тестировании транспортных средств в смоделированной среде. Эта стратегия позволяет Aurora тестировать автомобиль в уникальных ситуациях, которые редко встречаются в реальном мире: например, упавшее дерево, блокирующее дорогу, или серьезная автомобильная авария, препятствующая движению. Когда в следующем году Aurora начнет проводить тест-драйв автомобилей, то для этого будут использоваться специально сконструированные минивэны Chrysler Pacifica - модель, которая также используется старым работодателем Урмсона, компанией Waymo. Компания Aurora недавно объявила, что она протестирует автономные транспортные средства в "сложных городских условиях", используя последнюю версию Aurora Driver и обновленную версию своего лидара. Ранее внедрение системы Aurora Driver в грузовиках было невозможно из-за отсутствия надлежащего лидарного датчика, необходимого для безопасного движения грузовика по автостраде.

Другие интересные новости:

▪ Испытан космический ядерный реактор

▪ Компактный аккумулятор Urbn Nano 20000 мАч

▪ Бактериальные чернила для 3D-принтера

▪ Монитор NEC MultiSync LCD-X474HB с яркостью 2000 кд м2

▪ У одиноких людей мозг работает иначе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Афоризмы знаменитых людей. Подборка статей

▪ статья Герцен Александр Иванович. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему в Восточной Азии дезодоранты гораздо менее популярны, чем в Европе? Подробный ответ

▪ статья Инженер по автоматизации и механизации производственных процессов. Должностная инструкция

▪ статья Подключение групповой розетки и сборка удлинителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Микросхемы. Импульсный усилитель мощности звуковой частоты TDA8925. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2024