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:

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 Космонавты болеют из-за стерильности своих ракет 03.04.2025 Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего пришли к неожиданному выводу: чрезмерная чистота на Международной космической станции (МКС) может негативно сказываться на здоровье астронавтов. Долговременные миссии приводят к ослаблению иммунитета, кожным высыпаниям и воспалительным заболеваниям, и одной из возможных причин этих проблем является дефицит полезных микроорганизмов в замкнутом пространстве станции. Как правило, экипаж МКС пребывает на орбите около шести месяцев. Однако астронавты NASA Сунита Уильямс и Барри Уилмор задержались на станции на более чем девять месяцев, что позволило ученым детальнее изучить, как условия невесомости и стерильности влияют на организм человека. В ходе исследования они обнаружили, что нехватка разнообразных микробов может ослаблять защитные механизмы организма, делая астронавтов уязвимыми перед такими проблемами, как герпес, грибковые инфекции и кожные заболевания. На Земле нас окружают триллионы бактерий, многие из которых приносят пользу. Они укрепляют иммунитет, защищают от инфекций и помогают организму контролировать воспалительные процессы. Однако микробная среда на МКС значительно беднее и формируется в основном за счет бактерий, занесенных самими астронавтами. Ученые предположили, что из-за стерильности станции у космонавтов может снижаться иммунная защита, что и приводит к вышеупомянутым проблемам. Для проверки этой гипотезы команда исследователей совместно с экипажем МКС собрала мазки с 803 различных поверхностей станции. Образцы были отправлены на Землю, где специалисты проанализировали их состав и составили трехмерные карты распределения бактерий на борту. Оказалось, что основным источником микробов на МКС является человеческая кожа. Помимо этого, практически на всех поверхностях были найдены остатки чистящих и дезинфицирующих средств, которые могли негативно влиять на баланс микробной среды. Интересно, что состав бактерий варьировался в зависимости от модуля. В помещениях, предназначенных для приготовления и приема пищи, было больше микроорганизмов, связанных с продуктами, тогда как в других зонах преобладали кожные бактерии. В целом, микробиом станции оказался значительно беднее по сравнению с земными условиями, а его разнообразие напоминало то, что наблюдается в стерильных больничных помещениях и герметичных зданиях. Кроме того, исследователи обнаружили, что высокий уровень химических веществ, используемых для очистки, подавляет развитие микробных сообществ. Это может объяснять, почему некоторые астронавты сталкиваются с иммунными нарушениями и воспалительными процессами в ходе длительных миссий. "Стерильная среда не всегда является самой безопасной", - отметил профессор Роб Найт, один из авторов исследования. Он подчеркнул, что на протяжении миллионов лет эволюции люди жили в симбиозе с бактериями, и их отсутствие в окружающей среде может иметь негативные последствия для здоровья. Ученые предполагают, что увеличение микробного разнообразия на борту станции могло бы помочь снизить риски для здоровья астронавтов. Однако это не означает, что стоит отказываться от гигиены. Вместо этого исследователи предлагают изучить, какие полезные бактерии можно отправить в космос, чтобы создать более сбалансированную микробную среду. По мнению профессора Найта, такие эксперименты сначала необходимо провести на Земле, прежде чем внедрять их в условиях космических миссий.

Другие интересные новости:

▪ Ноутбук Razer x Lambda Tensorbook для разработчиков

▪ Золото красное и зеленое

▪ Лучшее место на борту самолета

▪ Шея - слабое место футболиста

▪ Новая электроника выдержит радиацию и нагрев

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Антенны. Подборка статей

▪ статья Музыка играет, штандарт скачет. Крылатое выражение

▪ статья Кто такой Сократ? Подробный ответ

▪ статья Начальник отдела производства рекламы. Должностная инструкция

▪ статья Теория: радиопередающие устройства. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Странная воронка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026