Частотомер до 1250 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Этот прибор имеет не только большой верхний предел измеряемой частоты, но и ряд дополнительных функций. Он измеряет уход частоты от начального значения, длительность импульсов и пауз между ними, подсчитывает число импульсов. Его можно использовать и как делитель частоты входного сигнала с задаваемым в широких пределах коэффициентом деления.

Предлагаемый частотомер содержит шесть микросхем - компаратор напряжения AD8611ARZ [1], синтезатор частоты LMX2316TM [2], D-триггер 74HC74D [3], селектор-мультиплексор 74HC151D [4], микроконтроллер PIC16F873A-1/SP [5] и интегральный стабилизатор напряжения TL7805. Результаты измерения он выводит на символьный ЖКИ WH1602B [6].

Основные технические характеристики

• Интервал измеряемой частоты импульсов с уровнями ТТЛ, Гц.......0,1...8·10⁷
• аналоговых периодических сигналов произвольной формы напряжением более 100 мВэфф, Гц.......1...8·10⁷
• синусоидальных ВЧ-сигналов напряжением более 100 мВэфф, МГц .......20...1250
• Длительность счета при измерении частоты, мс ......10⁴, 10³, 100, 10
• Интервал измеряемой длительности импульсов, мкс .......10...10⁶
• Максимальная частота следования подсчитываемых импульсов, кГц .......100
• Максимальное число подсчитанных импульсов .....100 000 000
• Измеряемый уход частоты импульсов на входе ТТЛ или сигнала на аналоговом входе, Гц.......±1...±10⁶
• сигнала на входе ВЧ, кГц .......±1...±10⁵
• Коэффициент деления частоты сигнала поданного на аналоговый вход.......3 - 16383
• поданного на вход ВЧ .......1000 - 65535
• Уровни выходных импульсов делителя частоты.......ТТЛ
• Длительность выходных импульсов делителя частоты, мкс.......0,5
• Напряжение питания (постоянное), В.......9.16
• Потребляемый ток, мА ......100...150

При выключении прибора установленные режимы его работы микроконтроллер запоминает в своем EEPROM и восстанавливает при включении.

Схема частотомера изображена на рис. 1. Тактовый генератор микроконтроллера DD3 стабилизирован кварцевым резонатором ZQ1. Подстроечный конденсатор C13 позволяет установить тактовую частоту в точности равной 4 МГц. Стабилизатор напряжения +5 В собран на микросхеме DA2. Подстроечным резистором R23 регулируют яркость подсветки экрана ЖКИ HG1. Оптимальную контрастность изображения на нем устанавливают подстроечным резистором R21.

Рис. 1. Схема частотомера (нажмите для увеличения)

Кнопками SB1-SB3 управляют прибором. Кнопка SB1 служит для выбора измеряемого параметра. Кнопкой SB2 выбирают разъем, на который подают измеряемый сигнал. В зависимости от частоты и формы входного сигнала это может быть XW1 (импульсы логических уровней частотой 0,1 Гц...80 МГц), XW2 (аналоговые сигналы произвольной формы частотой 1 Гц...80 МГц) или XW3 (сигналы частотой 20...1250 МГц). Кнопкой SB3 запускают и останавливают измерение в режимах счетчика импульсов и измерения ухода частоты. Длительным (более 1 с) нажатием на эту кнопку переходят из режимаизмерения частоты в режим ее деления и вывода результата на разъем XW1. Когда кнопки не нажаты, на входах микроконтроллера, с которыми они соединены, резисторы R12-R14 поддерживают высокие уровни.

Резисторы R4 и R6 создают постоянное смещение около 100 мВ на неинвертирующем входе компаратора DA1. Резисторы R5 и R7 - цепь положительной обратной связи, нужной для получения гистерезиса в характеристике переключения компаратора. Диоды VD1 и VD2 вместе с резистором R2 образуют двухсторонний ограничитель входного напряжения на инвертирующем входе компаратора.

Микросхема DD1, основное назначение которой - работа в синтезаторах частоты диапазона 1,2 ГГц, содержит два делителя частоты с переменным коэффициентом деления, которые и используются в описываемом приборе для деления частоты входных сигналов, подаваемых на разъемы XW2 и XW3, в заданное число раз. Микроконтроллер устанавливает коэффициенты деления и режим работы этой микросхемы, подавая команды по ее последовательному интерфейсу (входы Clock, Data, LE). В зависимости от установленного режима на выход Fo/LD поступает результат работы одного из этих делителей. Резистор R19 и конденсатор C19 образуют фильтр питания микросхемы DD1, а диоды VD3 и VD4 защищают от перегрузки вход одного из ее делителей частоты, непосредственно связанный с разъемом XW3. На триггере DD4.1 собран одновибратор, формирующий из выходных сигналов делителей частоты импульсы длительностью 0,5 мкс. Его времязадающая цепь - резистор R17 и конденсатор C10.

Формирователь импульсов, подаваемых на разъем XW1, собран на транзисторе VT1 с коллекторной нагрузкой - резистором R8. Он работает, когда на выходе RC5 микроконтроллера установлен высокий логический уровень. В противном случае формирователь выключен и не оказывает влияния на подаваемые на разъем XW1 внешние сигналы. Поэтому разъем XW1 может быть как входным при измерении частоты и длительности логических сигналов, а также при счете импульсов, так и выходным в режимах деления частоты. Резистор R11 служит для защиты входа 0 селектора-мультиплексора DD2 от случайно поданных на разъем XW1 сигналов большой амплитуды.

Селектор-мультиплексор по командам микроконтроллера подает на его предназначенные для измерения частоты и длительности импульсов входы либо импульсы уровней ТТЛ с разъема XW1, либо сигналы, поступившие на разъем XW2 и преобразованные в такие импульсы компаратором DA1, либо сигналы, поступившие на разъем XW3 и прошедшие через делитель частоты микросхемы DD1. Микроконтроллер выполняет основные операции измерения частоты, длительности и счета импульсов. Он же выводит результаты измерений на ЖКИ HG1 и управляет работой всего прибора. Программа микро-контроллера написана на языке ассемблера MASM, входящего в состав среды разработки программ MPLAB IDEv7.5.

В режимах измерения частоты микроконтроллер подсчитывает импульсы, поступившие на вход T0CKI в течение выбранного пользователем измерительного интервала (0,01, 0,1, 1 или 10 с). При измерении частоты сигнала, поданного на разъем XW3, его частоту предварительно делит на 1000 один из делителей микросхемы DD1.

При измерении длительности импульсов высокого логического уровня микроконтроллер по нарастающему перепаду измеряемого импульса на входе INT начинает счет импульсов частотой 1 МГц, полученных делением своей тактовой частоты. Он прекращает этот счет по спадающему перепаду измеряемого импульса. В случае измерения длительности импульса низкого уровня счет начинается по его спадающему перепаду, а завершается по нарастающему.

Как только включен режим измерения ухода частоты, микроконтроллер выполняет первое измерение частоты входного сигнала, затем периодически повторяет эти измерения. Программа вычитает результат первого измерения из каждого последующего и выводит текущую разность на индикатор. После остановки этого режима на ЖКИ отображаются максимальные зафиксированные завремя измерения отклонения частоты вниз и вверх от начальной.

Для измерения частоты следования логических импульсов с уровнями ТТЛ кнопкой SB2 выбирают входной разъем XW1. Микроконтроллер формирует на выходах RC0-RC2 код 000, переводя этим селектор DD2 в состояние, при котором сигнал с разъема XW1 поступает на входТОСК1 микроконтроллера для измерения частоты и на его же вход INT для измерения длительности импульсов. Результаты измерений программа выводит на ЖКИ HG1 (рис. 2), причем длительности импульсов высокого (H) и низкого (L) уровней на экране чередуются. Код в правой части верхней строки означает заданное время счета: "10" - 10 с, "1" - 1 с, ",1" - 0,1 с и ",01" - 0,01 с. В правой части нижней строки выводится условное обозначение выбранного входного разъема: TTL - XW1, VHF - XW2, UHF - XW3.

Рис. 2. Результаты измерений, выводимые программой на ЖКИ HG1

Измеряя частоту аналоговых сигналов (до 80 МГц), кнопкой SB2 выбирают входXW2. На выходах RC0-RC2 микроконтроллер формирует код 001, переводя мультиплексор DD2 в положение, в котором сигнал с разъема XW2, преобразованный в прямоугольные импульсы компаратором DA1, поступает на вход TOCKI микроконтроллера. Программа измеряет частоту сигнала и выводит результат на ЖКИ (рис. 3).

Рис. 3. Результаты измерений, выводимые программой на ЖКИ HG1

Для измерения ВЧ-сигналов частотой до 1250 МГц кнопкой SB2 выбирают входной разъем XW3. С него сигнал поступает на вход f_IN имеющегося в микросхеме DD1 делителя частоты. Коэффициент деления задан микроконтроллером равным 1000. Сигнал с выхода делителя частоты, преобразованный в импульсы длительностью около 0,5 мкс одновибратором на триггере DD4.1, поступает через мультиплексор DD2 на вход TOCKI микроконтроллера. Мультиплексор установлен в нужное для этого состояние кодом 010 на выходах RC0-RC2 микроконтроллера. Программа микроконтроллера измеряет частоту и с учетом коэффициента деления выводит результат на ЖКИ (рис. 4).

Рис. 4. Результаты измерений, выводимые программой на ЖКИ HG1

Подлежащие счету импульсы подают на входной разъем XW1 или XW2. Кнопкой SB2 выбирают один из этих входов, а кнопкой SB1 - режим COUNTER (рис. 5). Счет запускают нажатием на кнопку SB3, что сопровождается заменой на экране метки OFF (выключено) меткой ON (включено). Для остановки счета на кнопку SB3 нажимают повторно, при этом метку ON сменяет метка OFF. Накопленное за время от запуска до остановки число импульсов программа показывает на ЖКИ.

Рис. 5. Результаты измерений, выводимые программой на ЖКИ HG1

Чтобы измерить уход частоты, сигнал (в зависимости от его формы и частоты) подают на один из входных разъемов XW1-XW3, выбирают кнопкой SB2 этот разъем, а кнопкой SB1 - функцию "+/-FREQUENCV (ее название сопровождается меткой OFF). Измерение запускают нажатием на кнопку SB3, при этом метку OFF сменяет метка ON. Прибор измеряет уход частоты и выводит его текущее значение на ЖКИ (рис. 6). После повторного нажатия на кнопку SB3, останавливающего измерение, на ЖКИ появляются максимальные зафиксированные за время измерения значения ухода частоты вверх и вниз от исходной (рис. 7).

Рис. 6. Результаты измерений, выводимые программой на ЖКИ HG1

Рис. 7. Результаты измерений, выводимые программой на ЖКИ HG1

Для деления частоты аналогового сигнала частотой до 80 МГц кнопкой SB2 выбирают входной разъем XW2 и подают на него сигнал, частота которого подлежит делению. С выхода компаратора DA1 он поступает на вход OSCIN делителя частоты R_Counter микросхемы DD1. Микроконтроллер задает по последовательному интерфейсу необходимый коэффициент деления этого делителя и подключает его выход к выходу Fo/LD микросхемы. Нажатиями на кнопку SB1 коэффициент деления уменьшают, а на кнопку SB2 - увеличивают. Чем дольше удерживают кнопку нажатой, тем быстрее изменяется коэффициент.

На выходе RC5 микроконтроллер устанавливает высокий уровень, переключая разъем XW1 в режим выхода. На своих выходах RC0-RC2 микроконтроллер формирует код 000, поэтому сигнал, выведенный на разъем, поступает и на входТ0СКI микроконтроллера для измерения частоты. Длительность импульсов в этом режиме не измеряется.

Рис. 8. Результаты измерений, выводимые программой на ЖКИ HG1

На рис. 8 показан результат деления частоты 19,706 МГц поданного на разъем XW2 сигнала на 100. В этом случае на выходе XW1 с частотой 197,06 кГц следуют импульсы высокого логического уровня длительностью 0,5 мкс. Сигналы частотой от 50 до 1200 МГц подают для деления на разъем XW3. Они обрабатываются аналогично, отличие лишь в том, что в операции участвует более высокочастотный делитель частоты N-Counter микросхемы DD1. На рис. 9 показан результат деления частоты 200,26 МГц на 2000. Частота на выходе - 100,13 кГц.

Рис. 9. Результаты измерений, выводимые программой на ЖКИ HG1

Частотомер смонтирован на печатной плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1 мм. Ее чертеж показан на рис. 10, а размещение элементов - на рис. 11. Постоянные резисторы и большинство конденсаторов имеют типоразмер 0805 для поверхностного монтажа. Подстроечные резисторы R21 и R23 - SH-655MCL, подстроечный конденсатор C13 - TZC3P300A110R00. Оксидные конденсаторы С4 и C6 - алюминиевые с проволочными выводами.

Рис. 10. Печатная плата частотомера

Рис. 11. Размещение элементов на плате

Разъемы XW1-XW3 - 24_BNC-50-2-20/133_N [7]. Они соединены с платой отрезками коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом длиной около 100 мм. Кнопки SB1-SB3 - TS-A3PG-130. Индикатор HG1 укреплен над платой на стойках высотой 10 мм винтами М3.

Прибор собран в пластмассовом корпусе Z-28 [8]. На его передней панели вырезано прямоугольное отверстие размерами 70x25 мм для экрана ЖКИ и просверлены три отверстия диаметром 3 мм под кнопки. Сами кнопки установлены на стеклотекстолитовой плате размерами 100x12x1,5 мм, прикрепленной к передней панели с обратной стороны винтами M3. С левой стороны корпуса установлено гнездо питания, а с правой - его выключатель. Входные байонетные разъемы размещены на задней стенке корпуса.

Налаживание частотомера заключается в следующем:

- установите подстроечным резистором R21 оптимальную контрастность изображения на экране ЖКИ;

- установите подстроечным резистором R23 необходимую яркость подсветки ЖКИ;

- установите подстроечным конденсатором C13 тактовую частоту микроконтроллера в точности равной 4 МГц. Для этого к разъему XW1 подключите цифровой частотомер (Ч3-63 или любой другой), включите налаживаемый прибор при нажатой кнопке SB3 (при этом на ЖКИ должна появиться надпись "TEST") и, вращая ротор подстроечного конденсатора C13, добейтесь показаний внешнего частотомера, максимально близких к 100000 Гц. Не забывайте, что погрешность установки этой частоты непосредственным образом влияет на погрешность налаживаемого прибора.

Чертеж печатной платы в формате Sprint Layout 5.0 и программу микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/02/f_metr.zip.

Литература

1. Ultrafast, 4 ns Single-Supply Comparators AD8611/AD8612. - URL: analog. com/media/en/technical-documentation/ data-sheets/AD8611_8612.pdf.
2. PLLatinum™ LowPower Frequency Synthesizer for RF Personal Communications LMX2306 550 MHz, LMX2316 1.2 GHz, LMX2326 2.8 GHz. - URL: ti.com/lit/ds/ symlink/lmx2326.pdf.
3. 74HC74, 74HCT74 Dual D-type flip-flop with set and reset; positive edge-trigger. - URL: nxp.com/documents/data_sheet/ 74HC_HCT74.pdf.
4. 74HC151, 74HCT151 8-input multiplexer. - URL: nxp.com/documents/data_ sheet/74HC_HCT151.pdf.
5. PIC16F87XA Data Sheet 28/40/44-Pin Enhanced Flash Microcontrollers. - URL: akizukidenshi.com/download/PIC16F 87XA.pdf.
6. WH1602B character 16x2. - URL:  winstar.com.tw/download.php?ProID= 22.
7. Coaxial Cable Connector: 24_BNC-50-2-20/133_N. - URL: electroncom. ru/pdf/hs/bnc/24bnc50-2-20_133n.pdf.
8. Корпус Z-28. - URL: files.rct.ru/ pdf/kradex/z-28.pdf.

Автор: В. Турчанинов

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Голографический дисплей для мобильных устройств 26.04.2015 Ученые из Технологического университета Суинберна в Мельбурне при поддержке научных фондов из Австралии и Китая разработали технологию, позволяющую отображать голограммы на экране мобильного устройства. Чтобы видеть такие изображения, дополнительные приспособления, такие как стереоочки, не требуются. Технология основана на голографическом методе, разработанном венгерским физиком Деннисом Габором (Dennis Gabor), который в 1971 г. получил Нобелевскую премию за свое изобретение. Метод заключается в записи и отображении не только амплитуды световых волн, отраженных от объектов (как в фотографии), но и фаз этих волн с помощью лазера. Чтобы воспроизвести этот метод в мобильном дисплее, исследователи предложили воспользоваться перспективным в полупроводниковой промышленности материалом под названием графен. Как выяснили ученые, этот материал способен преломлять проходящий через него свет под различными углами и воссоздавать записанное трехмерное изображение с углом обзора до 52 градусов. "Если вы можете преломлять свет, вы можете создавать массу оптических эффектов, - пояснил директор центра исследований в области фотоники при Технологическом университете Суинберна Мин Гу (Min Gu). - Наша технология позволяет создавать маленькие и универсальные детали для управления светом. И создавать дисплеи для смартфонов и планшетов с широким углом обзора изображения". Новая технология, по словам исследователей, также может найти применение в военной промышленности, медицинской диагностике, дистанционном образовании и индустрии развлечений. Созданием голографических изображений, не требующих специальных приспособлений для их просмотра, занимается множество исследователей по всему миру. Так, летом 2014 г. систему для вывода изображений, висящих в воздухе, как голограммы в "Звездных войнах", представили конструкторы из Шотландии. Принцип работы системы шотландских конструкторов и исследователей из Австралии отличается. В установке шотландских конструкторов не используется голографический принцип. Кроме того, сама установка обладает большими размерами и вместить ее в мобильное устройство невозможно. Исследователи же из Австралии утверждают, что "графеновым экраном" можно оснастить устройство практически любого размера, вплоть до "умных часов". Также можно встретить работы по созданию жидкокристаллических фазовых модуляторов для вывода трехмерных изображений в мобильных устройствах, однако они позволяют разглядывать изображение лишь в пределах нескольких углов.

Другие интересные новости:

▪ Процессоры MD Elite A-серии Richland

▪ Ботинки Железного человека

▪ Процессор Intel Celeron 2,7 ГГц

▪ Накопители третьего тысячелетия

▪ Лазерный интернет для Африки

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПУЭ. Подборка статей

▪ статья Ручная косилка. Чертеж, описание

▪ статья Чем замечательно Саргассово море? Подробный ответ

▪ статья Электромонтер связи и радиофикации. Должностная инструкция

▪ статья Двухэлементная укороченная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простой бестрансформаторный блок питания, 220/5 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026