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:

Не вся растительная пища полезна для психики 10.09.2026

Растительная пища традиционно считается одной из основ здорового рациона, поэтому специалисты по питанию обычно рекомендуют чаще включать в меню овощи, фрукты, цельнозерновые продукты и другие продукты растительного происхождения. Однако важна не только принадлежность пищи к растительной категории, но и способ ее обработки, количество сахара и другие характеристики рациона. Исследование иранских ученых показывает, что разные варианты растительного питания могут по-разному отражаться на психологическом состоянии человека. К такому выводу пришли исследователи из Исфаханского университета медицинских наук. Они изучали взаимосвязь между характером питания и эмоциональным состоянием взрослых людей, уделяя особое внимание симптомам депрессии и тревожности. Результаты работы были опубликованы в научном журнале PLOS One. При этом специалисты не утверждали, что отдельные продукты непосредственно вызывают депрессию: речь шла о статистической связи между определенными пищевыми привычками и сос ...>>

Подвесной робот Stringman для уборки комнаты 10.09.2026

Домашняя робототехника в основном развивается вокруг двух привычных направлений: роботов-пылесосов и многофункциональных гуманоидных машин. Но далеко не все задачи требуют колесной платформы или сложного человекоподобного механизма. Инженер Натаниэль Нифонг (Nathaniel Nifong), основатель стартапа Newfangled, предложил необычную альтернативу - подвесного робота Stringman, способного перемещаться над полом и самостоятельно собирать разбросанные предметы. Вместо того чтобы передвигаться по поверхности помещения, Stringman использует принцип, знакомый по тросовым системам камер Spidercam, применяемым на стадионах. В четырех верхних углах комнаты устанавливаются натяжные блоки, от которых к центральному рабочему модулю идут тонкие, но прочные тросы. Изменяя их натяжение, система может перемещать манипулятор практически в любую точку обслуживаемого пространства. Такое решение позволяет обойти некоторые ограничения традиционных роботов на колесах. Подвесной механизм не сталкивается с пр ...>>

Микрогравитация не ослабляет сердечные клетки 09.09.2026

Продолжительное пребывание в космосе подвергает человеческий организм воздействию условий, с которыми он никогда не сталкивается на Земле. Микрогравитация изменяет распределение жидкостей, способствует потере костной и мышечной массы, а космическое излучение способно повреждать ДНК. Особое значение для будущих длительных экспедиций имеет состояние сердечно-сосудистой системы. Новый эксперимент с мышами на борту Международной космической станции показал, что клетки сердечной мышцы могут сохранять силу сокращения даже после нескольких недель пребывания в микрогравитации. Исследователи давно наблюдают за тем, каким образом отсутствие привычной земной гравитационной нагрузки отражается на организме. В космосе жидкости перераспределяются в сторону верхней части тела, позвоночник немного растягивается, из-за чего рост временно увеличивается, а скелетные мышцы постепенно теряют массу и силу. Однако сердечная мышца работает в несколько иных условиях, поэтому специалисты Чикагского университ ...>>

Случайная новость из Архива Электрический кроссовер Lexus RZ 450e 26.04.2022 Состоялась официальная презентация электромобиля Lexus RZ 450e. Это первый полностью электрический кроссовер данного бренда. Электромобиль Lexus RZ 450e получил батарею емкостью 71,4 кВтч, которая обеспечивает запас хода до 225 миль (около 362 км) при использовании 18-дюймовых покрышек. Еще на автомобиль можно установить 20-дюймовые покрышки, но запас хода в такой конфигурации не уточняется. В автомобиле используется система полного привода Direct4, которая автоматически распределяет тяговое усилие между передними и задними колесами в зависимости от дорожного покрытия и стиля управления водителя. Таким образом она обеспечивает "улучшенное ускорение при начале движения, стабильность управления и низкое энергопотребление". Электродвигатели передают на передние и задние колеса 150 кВт и 80 кВт мощности, соответственно. Внутри автомобиля предлагаются 14-дюймовые сенсорный дисплей информационно-развлекательной системы и панорамный люк на крыше, простирающимся от передних сидений до задних. Помимо стандартного рулевого колеса может предлагаться опциональный руль, напоминающий устройства гоночных болидов. Электрический кроссовер Lexus RZ 450e имеет длину 4805 мм, ширину 1895 мм и высоту 1635 мм. Колесная база составляет 2850 мм. Новый электромобиль Lexus RZ 450e поступит в продажу в конце 2022 года. Его цена пока не сообщается. Недавно представленный кроссовер Toyota BZ4X стоит $42 тыс. и выше. Учитывая, что Lexus является более премиальным брендом, цена RZ 450e должна быть более высокой.

Другие интересные новости:

▪ Подслащенные напитки вызывают ожирение и износ зубов

▪ Органические лазеры для цветных дисплеев и проекторов

▪ Мышечный тонус без физической активности

▪ 32-слойная флэш-память 3D V-NAND II поколения

▪ Самый древний мозг

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Мобильная связь. Подборка статей

▪ статья Иду на вы. Крылатое выражение

▪ статья Кто изобрел барабан? Подробный ответ

▪ статья Повар дошкольного образовательного учреждения. Должностная инструкция

▪ статья Радиопередатчик с кварцевой стабилизацией частоты задающего генератора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Расчет синтезатора на основе ФАПЧ с ДПКД. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026