Частотомер на пик контроллере

Измеритель частоты является одним из наиболее важных измерительных инструментов в лаборатории радиолюбителя и ремонтника электрооборудования, естественно после вольтметра и тестера. Большинство схем работают очень хорошо, но верхний предел измеряемых частот иногда оказывается слабоват. Современная приёмо-передающая электроника требует частотомер, способный брать более гигагерца. Про такой прибор мы сейчас и поговорим. Клик по схеме для её увеличения.

Электрическая схема частотомера на МК PIC16F870

Этот цифрвой ЖК частотомер обладает очень высокой скоростью измерения, его очень легко собрать и использовать. Счетчик чисел выполнен на основе ЖК-дисплея на 2 строки по 16 символов. Был использован HD44780 на основе очень распространенного дисплея. На микроконтроллере PIC16F870 собраны цепи управления подсчета и отображения результата.

Частотомер может измерять частоту вплоть до 2,5 ГГц. Это стало возможным благодаря предделителю на LMX2322. Данная специализированная микросхема по даташиту берёт 2,5 ГГц с высокой чувствительностью.

Дисплей имеет размер (Ш х в х г): 80 X 36 мм. Контроллер с печатной платой тот же размер, что делает устройство очень маленькии и тонким. Ещё один самодельный частотомер на PIC контроллере смотрите здесь.

Не редко в практике радиолюбителя возникает потребность в измерениях частоты. И как раз в журнале Радио за октябрь 2002г. А. Шарыпов предлагает очень интересную схему частотомера. Основное достоинство предлагаемого прибора, это простота и удобство управления. В приборе применён узел автоматического отключения, если прибор не используется более 3 минут, что существенно сказывается на его экономичности. Одно из достоинств этого прибора наличие русского языка, конечно если у вас имеется, соответствующий ЖКИ. Также автор предлагает английскую прошивку.

Основные технические характеристики частотомера следующие: диапазон измерения частоты — 0,1 Гц. .60 МГц (реально верхняя граница выше); порог чувствительности по входному напряжению — 0,08…0,15 В (амплитудное значение); минимальное надежно фиксируемое прибором значение частоты синусоидального сигнала — 2 Гц (амплитудой 0,15 В); максимальная амплитуда входного сигнала — 3 В. Питается прибор от батареи типа "Крона" (возможно использование внешнего источника напряжением 7… 16 В), потребляемый ток — 10…12 мА. Предусмотрено изменение времени измерения (0,1; 1 и 10 с), умножение показаний на 1000 (при применении внешнего делителя частоты), удержание показаний, запись одного значения частоты в энергонезависимую память и возможность последующего считывания.

Принципиальная схема частотомера.

От авторской схемы отличается только по организации питания МК и ЖКИ.

Сердцем прибора является микроконтроллер PIC16F84A который осуществляет счёт импульсов внешнего сигнала, обработку полученных значений и вывод на ЖКИ. Включается и выключается прибор кнопкой SB1, если при включении удержать эту кнопку, то на экране будет видна надпись что это ЧАСТОТОМЕР и версия прошивки.

Время измерения выбирается кнопкой SB2 (0,1, 1 или 10 сек) что отбражается на индикаторе. Цена младшего разряда — 10,1 или 0,1 Гц соответственно. При времени измерения 0,1; 1 и 10 с максимально на ЖКИ может отображаться семь, восемь или девять разрядов, т. е. максимальное отображаемое значение равно соответственно 99,999.99, 99,999.999 или 99,999.999.9 МГц.

Нажатием кнопки SB3 осуществляется умножение показаний на 1000, это делается для удобства считывания показаний, если используется делитель частоты.

Кнопка SB4 предназначена для записи последнего показания в память МК.
В нижней части ЖКИ выводятся подсказка о назначение кнопок. Если делать прибор в корпусе, то кнопки лучше расположить непосредственно под ЖКИ и не надо будет их подписывать.

В авторской версии схемы входной формирователь имеет низкое входное сопротивление, что является его небольшим недостатком.
Для повышения входного сопротивления частотомера, между входом частотомера и входом формирователя, необходимо включить некое буферное устройство с высоким входным и низким выходным сопротивлением. В прилагаемом архиве имеется такая схема. Но я делал прибор без буферного устройства.

Диапазон измеряемых частот

1 Гц . 40 МГц

Чувствительность

100. 200 mV

Количество разрядов индикатора

Время измерения

0,1 — 1 — 10 сек

Читайте также:  Какой холодильник лучше выбрать недорогой и качественный

Дискретность отсчета

100 — 1 — 0,1 Гц

Предлагаемая конструкция предназначена для использования на малых предприятиях, занимающихся ремонтом и разработкой радиоэлектронной аппаратуры, а также в домашних условиях в качестве частотомера или цифровой шкалы связной и радиоприемной аппаратуры всех типов. Несмотря на очень простую схему прибор имеет достаточно высокие параметры.

Частоты более 40МГц можно измерять, используя внешний СВЧ делитель с любым коэффициентом деления в диапазоне 2. 255. Схему СВЧ делителя на 10 можно взять из другой конструкции автора — Частотомер на однокристальном микроконтроллере.

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

[Fвх*Кд +/- Fпч], где
Fвх — входная частота;
Кд — коэффициент деления внешнего делителя;
Fпч — промежуточная частота.

Вычитание осуществляется по абсолютной величине, т.е. из большего значения вычитается меньшее. При использовании прибора в качестве цифровой шкалы время измерения может быть 0,1сек или 1сек. Предел 10сек предназначен для проведения точных измерений относительно низких частот. Для цифровой шкалы такая точность не нужна, поэтому показания на пределе 10сек определяются формулой: [Fвх*Кд].

В частотомере предусмотрена возможность программной калибровки, что позволяет использовать любые кварцевые резонаторы в диапазоне 3,9 . 4,1МГц. Значения всех промежуточных частот, коэффициент деления используемого внешнего делителя, а также калибровочные константы могут изменяться пользователем без применения каких-либо дополнительных устройств. Они хранятся в энергонезависимой памяти PIC контроллера. Принцип действия частотомера — классический: измерение количества импульсов входного сигнала за определенный интервал времени.

Принципиальная схема прибора показана на рис.1. Импульсы измеряемой частоты подаются на входной формирователь, выполненный на VT1 и DD1. Диоды VD1 и VD2 ограничивают амплитуду входного сигнала на уровне 1в. Для синусоидального входного сигнала нижняя граница измеряемых частот определяется емкостью C4 и C5, при указанном на схеме значении она равна 10Гц. С выхода DD1 сформированные импульсы поступают на PIC контроллер PIC16CE625. Достаточно высокая нагрузочная способность его выходов позволила непосредственно подключить к нему катоды индикаторов. Аноды подключены через составные эмиттерные повторители на VT2. VT17 к выходам счетчика DD3 типа К561ИЕ8, который осуществляет сканирование разрядов. Такая схема позволяет питать индикатор не стабилизированным напряжением, что существенно облегчает тепловой режим стабилизатора DA1 и практически устраняет влияние бросков тока при коммутации разрядов индикатора на работу входного формирователя.

Входное сопротивление формирователя довольно низкое, поэтому для расширения возможностей прибора и устранения влияния емкости кабеля к нему подключается выносной пробник. Его схема показана на рис.2. Благодаря применению полевого транзистора входное сопртивление пробника около 500ком, выходное — 50 . 100ом. Коэффициент усиления — около 2, а полоса пропускания — до 100. 150МГц. Диоды VD1, VD2 защищают полевой транзистор от выхода из строя при попадании на вход высокого напряжения.

Управление прибором осуществляется с помощью 3-х кнопок, выведенных на переднюю панель и 5-и переключателей. Кнопки SB1 . SB3 (рис.1) служат для переключения времени измерения. При нажатии на SB1 включается предел 0,1сек, а при нажатии на SB2 или SB3 — 1cек или 10сек соответственно. Новое значение на индикаторе появится через 0,1; 1 или 10сек после отпускания SB1, SB2 или SB3. Если нажать и удерживать одну из этих кнопок, текущее значение частоты зафиксируется на индикаторе. Замкнутое состояние переключателя SA1 соответствует работе прибора с внешним СВЧ делителем, а разомкнутое — без. При использовании делителя меняется цена младшего разряда. Если его коэффициент деления находится в пределах от 3-х 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.

SA2 . SA5 служат для выбора одного из 15 заранее запрограммированных значений ПЧ. Соответствующий номер ПЧ набирается в коде 1-2-4-8. Если переключатели SA2 . SA5 разомкнуты, ПЧ = 0 (режим частотомера). Выводы 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 лучше использовать электромагнитные реле или оптроны.

Читайте также:  Как удалить воздух из насоса системы отопления

Транзисторы VT10. VT17 KT209 или КТ502 с допустимым током 300мА. Индикатор — 8-и разрядный светодиодный любого типа с общим анодом, справа от цифры должна быть точка. Более экономичны индикаторы красного цвета. VT1 — КТ316, КТ368 и др. с граничной частотой не менее 600МГц. DD1 — КР1554ТЛ2 можно заменить на КР1554ТЛ3. При этом потребуется подкорректировать рисунок печатной платы. Неиспользуемые входы всех элементов следует подключить к +5в. Применение ТТЛ аналогов в данной схеме нежелательно, т.к. это резко снижает верхнюю границу рабочих частот (до 10 . 20МГц).

Транзистор VT1 выносного пробника — полевой с изолированным затвором, каналом n-типа и напряжением затвор-исток 0. 2в при токе стока 5ма — КП305А,Б,В; КП313А,Б; VT2 — с граничной частотой не менее 600МГц. Резистор R1 монтируется непосредственно в штыревой части разъема XP1.

Чертежи печатных плат частотомера и пробника показаны на рисунках. Пробник должен быть смонтирован в металлической коробочке. Сам частотомер также желательно экранировать, особенно если прибор будет использоваться в качестве цифровой шкалы совместно с приемником. В качестве блока питания можно использовать любой нестабилизированный источник напряжением 7,5. 14в и током до 150ма. Достаточно понижающего трансформатора и выпрямительного моста, роль сглаживающего фильтра выполняет C12 (рис.1). Бестрансформаторный блок питания применять не рекомендуется.

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

После изготовления и проверки работоспособности частотомера необходимо выставить все необходимые значения его параметров. Они устанавливаются в сервисном режиме кнопками SB1 — SB3. Для входа в этот режим следует нажать эти 3 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 3-х значений — 0,1с; 1с или 10с. После этого следует нажать 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 появляется номер включенной ПЧ и ее знак (стилизованный + или -). Выбор знака производится 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 1Гц. Подтверждение выбора аналогично предыдущим режимам — нажатие SB3. После этого на индикаторе появляется надпись "SETUP". Если не нажимать ни одну из кнопок, примерно через 3 сек 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 кварц. Это может оказаться необходимо, т.к. в данной схеме он возбуждается на частоте параллельного резонанса, а на кварцах обычно указывается частота последовательного резонанса, которая может отличаться на несколько килогерц. Калибровка осуществляется выбором 9 констант, которые определяют длительность интервалов измерения. Константы C1, C2 и C3 определяют интервал 0,1сек; C4, C5 и C6 — 1сек, а C7, C8 и C9 — 10сек.

Читайте также:  Рэс 10 302 содержание драгметаллов

C1, C4, C7 предназначены для точной калибровки интервала;
C2, C5 и C8 — для средней;
C3, C6 и C9 — для грубой.

C1, C4 и C7 могут изменяться от 0 до 17. Их увеличение или уменьшение на 1 увеличивает или уменьшает соответствующий интервал на 1мкс (на 1 машинный цикл). C2, C5 и C8 принимают значение от 0 до 255. Их изменение на 1 изменяет интервал на 18мкс. C3, C6 и C9 также могут быть от 0 до 255 и осуществляют еще более грубое изменение интервала. Значения всех констант вводятся последовательно, аналогично предыдущим режимам. После ввода C9 прибор переходит в режим измерения.

Если частота генерации кварца равна точно 4МГц, константы должны иметь следующие значения:
C1=9, C2=99, C3=2, C4=13, C5=17, C6=199, C7=17, C8=215, C9=117

В авторском варианте частота кварца 4 001 120 Гц и константы несколько иные:
C1=1, C2=101, C3=2, C4=5, C5=33, C6=199, C7=5, C8=117, C9=118

Вы можете загрузить также файл fr_const.zip (10кб) содержащий методику и пример рассчета констант для других частот.

Для калибровки прибора необходимо иметь образцовый частотомер и генератор. В начале следует с помощью образцового прибора измерить частоту генерации кварца в приборе. При этом конденсатор С7 должен быть в среднем положении. Частотомер подключается в точку XN1. Измеренное значение округляется до ближайшего, кратного 40Гц, например, 4 000 000, 4 000 040, 4 000 080 и т.д. Затем выносной пробник прибора подключают к точке XN1 и записывают показания на всех 3-х 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 0,1сек на 1мкс, длительность интервала 1сек следует изменить на 10мкс, а 10сек — на 100мкс. 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 кварца. Как указывалось выше, она должна быть обязательно кратна 40Гц. В авторском варианте показания прибора с интервалом измерения 10с — 4.001.120.0; с интервалом 1с — 4.001.120; а с интервалом 0,1с — 4.001.1

После такой калибровки следует подключить данный прибор и образцовый частотомер к генератору сигналов частотой 20 . 40 МГц и амплитудой 0,2 . 0,5В 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 вращением 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 1 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.

Ограничив количество промежуточных частот до 13-и и отказавшись от функции восстановления авторских значений констант, удалось разместить программу в памяти более распространенного PIC16F84.

Трудно найти прибор, превосходящий этот частотомер по соотношению цена/качество, поэтому интерес к нему со стороны радиолюбителей не ослабевает. Вы можете загрузить несколько вариантов чертежей печатных плат в формате Sprint Layout 3.0, разработанных в последнее время радиолюбителями:

chas_det.zip (10кб) — в формате PCB v2.2b под "утюг".

smd.zip (59кб) — рассчитан на SMD компоненты

frals318.zip (35кб) — схема и печатная плата в расчете на использование светодиодных индикаторов с общим катодом типа АЛС318 или аналогичных.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector