Частотомір – цифрова шкала на PIC16CE625. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Частотомір – цифрова шкала на PIC16CE625. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

Коментарі до статті

Пропонований пристрій продовжує низку аматорських розробок на мікропроцесорах і може бути використаний як частотомір домашньої лабораторії або цифрова шкала зв'язкової та радіоприймаючої апаратури всіх типів. Незважаючи на просту схему, прилад відрізняється від раніше опублікованих конструкцій можливістю вимірювання частот аж до НВЧ діапазону, високою роздільною здатністю, а також можливістю введення в пам'ять контролера значень кількох проміжних частот.

Прилад дозволяє вимірювати частоту сигналу в інтервалі 0,1 Гц до 40 МГц. Рівень вхідного сигналу може у межах 100...200 мВ. Роздільна здатність приладу - 100,1, 0,1 Гц при часі вимірювання 0,1, 1, 10 відповідно. Кількість розрядів індикатора - 8. Напруга живлення пристрою - 7,5... 14, а споживаний струм залежить від числа працюючих сегментів, але не перевищує 130 мА.

Використовуючи зовнішній НВЧ дільник з коефіцієнтом розподілу не більше від 1 до 255, можна вимірювати частоти понад 40 МГц.

Принцип дії частотоміра – класичний: вимірювання числа імпульсів вхідного сигналу за певний інтервал часу. Межа 10 с призначена для проведення точних вимірювань низьких частот. У режимі цифрової шкали час виміру приладу 0,1 або 1 с.

В енергонезалежну пам'ять цифрової шкали можна записати до 15 значень проміжних частот в діапазоні від 0 до 99 Гц. При цьому показання індикатора визначатиметься формулою

де Fвх – вхідна частота; Кд - коефіцієнт розподілу зовнішнього дільника; Fпч – проміжна частота. Віднімання здійснюється за абсолютною величиною, тобто з більшого значення віднімається менше.

Значення проміжних частот, коефіцієнт розподілу зовнішнього дільника, що використовується, а також калібрувальні константи можуть бути встановлені і змінені користувачем без застосування будь-яких додаткових пристроїв. Всі ці дані зберігаються в незалежній пам'яті PIC контролера.

Також передбачено можливість програмного калібрування частоти, що дозволяє використовувати в приладі опорний кварцовий резонатор у діапазоні частот 3,9...4,1 МГц.

Принципова схема пристрою показана на рис.1.

(Натисніть для збільшення)

Сигнал вимірюваної частоти подається на вхідний формувач, виконаний на транзисторі VT1 та елементі мікросхеми DD1. Діоди VD1 і VD2 обмежують амплітуду вхідного сигналу на рівні 0,7 В. Для вхідного синусоїдального сигналу нижня межа вимірюваних частот визначається ємністю конденсаторів С4 і С5 і при зазначених на схемі номіналах вона дорівнює 10 Гц. З виходу мікросхеми DDI сформовані імпульси надходять на контролер PIC DD2. Досить висока здатність навантаження її виходів дозволила підключити до неї катоди індикатора HG1 безпосередньо. Аноди індикатора підключені через складові емітерні повторювачі на транзисторах VT2-VT17 до виходів лічильника DD3, який здійснює сканування розрядів. Така схема дозволяє живити індикатор нестабілізованою напругою, що полегшує тепловий режим мікросхеми DA1 і практично усуває вплив кидків струму при комутації розрядів індикатора на роботу вхідного формувача.

Вхідний опір формувача низький, тому для розширення можливостей приладу та усунення впливу ємності кабелю до нього підключається виносний пробник. Його схема показано на рис. 2.

Частотомір - цифрова шкала PIC16CE625

Вхідний опір пробника – близько 500 кОм, вихідний – 50... 100 Ом. Коефіцієнт посилення - близько 2, а верхня межа смуги пропускання - 100...150 МГц. Діоди VD1, VD2 захищають польовий транзистор від виходу з ладу при попаданні на вхід високої напруги.

Управління приладом здійснюється за допомогою трьох кнопок, виведених на передню панель, та п'яти перемикачів. Кнопками SB1, SB2, SB3 вибирають час вимірювання 0,1, 1 або 10 відповідно. Нове значення частоти на індикаторі з'явиться на індикаторі через вибраний інтервал після відпускання кнопки. Якщо натиснути та утримувати одну з цих кнопок, поточне значення частоти зафіксується на індикаторі.

З використанням зовнішнього дільника змінюється ціна молодшого розряду частотомера. Якщо його коефіцієнт розподілу знаходиться в межах від 3 до 20, ціна розряду зменшується в 10 разів, якщо Кд вище 20, то в 100 разів за будь-якого часу виміру. Якщо Кд = 2, ціна розряду не змінюється.

Замкнений стан перемикача SA1 відповідає роботі приладу із зовнішнім НВЧ дільником, а розімкнений - без нього. Перемикачі SA2-SA5 служать для вибору одного із 15 заздалегідь запрограмованих значень ПЧ. Відповідний номер ПЧ набирається у двійковому коді (1-2-4-8). Якщо перемикачі SA2-SA5 розімкнені, ПЧ = 0 (режим частотоміра). Висновки перемикача SA1 можна вивести на вільні контакти роз'єму, який включається СВЧ дільник. На відповідній частині роз'єму між цими контактами слід встановити перемичку. Таким чином автоматично визначатиметься підключення дільника. Якщо номер ПЧ необхідно змінювати дистанційно, наприклад, при перемиканні діапазонів приймача, то SA2-SA5 можна використовувати електромагнітні реле.

Частотомір зібраний на друкованій платі розмірами 107x46 мм із однобічно фольгованого склотекстоліту. Розведення провідників та розташування деталей на платі показано на рис. 3.

(Натисніть для збільшення)

Усі постійні резистори МЛТ 0,125, підбудовний – СПЗ-19а. Постійні конденсатори – КМ, підбудовний – КТ4-21, оксидні – К50-35.

Транзистор VT1 будь-який n-р-n з граничною частотою щонайменше 600 МГц. Транзистори VT10 – VT17 з допустимим струмом не менше 300 мА. Індикатор HG1 – восьмирозрядний світлодіодний, з децимальними точками праворуч від цифр. Його конструкція може бути довільною, наприклад, складеною з однорозрядних індикаторів із загальним анодом. Мікросхему DD1 КР1554ТЛ2 можна замінити на КР1554ТЛЗ, але при цьому потрібне коригування малюнка друкованої плати. Застосування ТТЛ аналогів у даній схемі знижує верхню межу робочих частот приладу до 5-10 МГц.

Транзистор VT1 виносного пробника - польовий з ізольованим затвором, каналом n-типу і напругою затвор-витік 0...2 при струмі стоку 5 мА - КП305А, Б, В; КП313А, Б; VT2 - з граничною частотою щонайменше 600 МГц. Резистор R1 монтується безпосередньо в штирьової частини роз'єму ХР1.

Креслення друкованої плати пробника та розташування деталей показано на рис. 4.

Частотомір - цифрова шкала PIC16CE625

Пробник змонтований у металевому корпусі. Частотомір також бажано екранувати, особливо якщо прилад використовуватиметься як цифрова шкала.

Блок живлення може бути будь-який нестабілізований з вихідною напругою 7,5...14 В та струмом навантаження до 150 мА.

При налагодженні частотоміра підстроюванням резистора R2 досягають максимальної чутливості приладу на високих частотах. Напруга на колекторі транзистора VT1 має бути при цьому близько 2,5 В. Налагодження виносного пробника полягає в установці струму кожного транзистора близько 5 мА. Їх виставляють, підбираючи R3. Напруга на колекторі VT2 має бути 4 Ст.

Потім кнопками SB1-SB3 слід встановити потрібні значення параметрів частотоміра в сервісному режимі. Для входу в цей режим слід одночасно натиснути три кнопки. При цьому на індикаторі з'явиться значення часу вимірювання, який вибиратимуться за умовчанням при включенні приладу. Натискаючи на кнопку SB1 або SB2, можна вибрати один із трьох значень - 0,1 с, 1 с або 10 с. Після цього натисніть кнопку SB3. При цьому обране значення заноситься в незалежну пам'ять, а на індикаторі з'являється значення коефіцієнта поділу НВЧ дільника, який буде використовуватися з приладом. Ви можете змінити його значення, натискаючи SB1 або SB2, а потім підтвердити вибір, натиснувши SB3. Якщо один або кілька перемикачів SA2-SA5 замкнуті, на індикаторі з'являються номер увімкненої ПЧ та її знак (стилізований + або - ). Вибір знака здійснюється натисканням кнопки SB1 або SB2, натискання SB3 підтверджує вибір, і на індикаторі з'являється значення ПЧ, яке можна змінювати, натискаючи знову ж таки SB1 або SB2. Швидкість зміни буде збільшуватися в залежності від часу натискання на кнопку, тобто чим довше тримати кнопку, тим швидше будуть змінюватися показання. Ціна молодшого розряду 1 Гц. Підтвердження вибору аналогічне до попередніх режимів - натискання SB3. Після цього на індикаторі з'являється напис "SETUP". Якщо не натискати жодну з кнопок, приблизно через 3 секунди прилад перейде в режим вимірювання з знову вибраними параметрами.

Для входу до "SETUP" слід натиснути SB3. У цьому режимі здійснюється програмне калібрування приладу під конкретний резонатор. Це може виявитися необхідним, оскільки в цій схемі він збуджується на частоті паралельного резонансу, а на резонаторах зазвичай вказується частота послідовного, яка може відрізнятися на кілька кілогерців. Калібрування здійснюється вибором дев'яти констант, які визначають тривалість інтервалів виміру. Константи С1, С2 та C3 визначають інтервал 0,1 с; С4, С5 та С6 – 1 с, а С7, С8 та С9 – 10 с.

С1, С4, С7 призначені для точного калібрування інтервалу; С2, С5 та С8 - для середньої; C3, С6 та С9 - для грубої.

С1, С4 та С7 можуть змінюватися від 0 до 17. Їх збільшення або зменшення на одиницю збільшує або зменшує відповідний інтервал на 1 мкс (на один машинний цикл). С2, С5 та С8 приймають значення від 0 до 255. Їх зміна на одиницю змінює інтервал на 18 мкс. C3, С6 і С9 можуть бути від 0 до 255 і здійснюють ще більш грубе зміна інтервалу. Значення всіх констант вводяться послідовно, аналогічно попереднім режимам. Після введення С9 пристрій переходить у режим вимірювання.

Якщо частота генерації кварцового резонатора дорівнює точно 4 МГц, константи повинні мати такі значення:

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

В авторському варіанті частота кварцу 4 Гц і константи дещо інші:

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

Для калібрування приладу необхідно мати зразковий частотомір та генератор. Спочатку з допомогою зразкового приладу виміряти частоту генерації кварцового резонатора в приладі. У цьому ротор конденсатора С7 може бути у середньому положенні. Частотомір підключається до точки Х1. Виміряне значення округляється до найближчого, кратного 40 Гц, наприклад, 4, 000, 000 і т.д. Потім виносний пробник приладу підключають до точки Х4 і записують показання всіх трьох межах. Якщо показання відрізняються від виміряного значення, слід увійти в сервісний режим, потім у "SETUP" та змінити значення констант. При цьому слід дотримуватись правил - змінюючи тривалість інтервалу 000 с на 040 мкс, тривалість інтервалу 4 с слід змінити на 000 мкс, а 080 с - на 1 мкс. В іншому випадку показання приладу на різних межах можуть не відповідати один одному. Після кількох спроб і помилок стає зрозумілим вплив констант на показання. Таким чином, домагаються показань істинної частоти генерації. Як зазначалося вище, вона має бути обов'язково кратна 0,1 Гц. В авторському варіанті показання приладу з інтервалом вимірювання 1 - 1; з інтервалом 10 с – 10; а з інтервалом 100 с – 40.

Після калібрування слід підключити даний прилад і зразковий частотомір до генератора сигналів частотою 20...40 МГц і амплітудою 0,2...0,5 і порівняти показання на всіх межах. Якщо на різних межах показання не відповідатимуть один одному, значить, при введенні констант було допущено помилку і цю операцію слід повторити. Остаточно точного відповідності показань частоті домагаються підстроюванням конденсатора С7. Якщо діапазону зміни не вистачає, слід підкоригувати константи, як було описано вище.

Процес калібрування досить складний, але необхідність його проведення може виникнути лише один раз після виготовлення приладу. Авторські значення всіх констант і параметрів в незалежній пам'яті при необхідності можна відновити, набравши значення C3 в межах від 128 до 255.

Одна з можливих схем НВЧ дільника на 10 розміщена на сайті автора .

Коди керуючої програми мікроконтролера

Автор: Н.Хлюпін

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Портативний диск Samsung T5 EVO 8 Тб 24.11.2023

Компанія Samsung Electronics представила портативне сховище даних T5 EVO, нове покоління легкого твердотільного накопичувача (SSD), здатного вміщувати до 8 терабайт інформації. Це є максимальна ємність на ринку портативних SSD на сьогоднішній день.

Samsung продовжує встановлювати стандарти у світі зберігання даних, представивши портативний SSD T5 EVO з вражаючою ємністю 8 ТБ. Висока швидкість передачі даних, легка вага та компактний дизайн роблять його ідеальним рішенням для користувачів, які цінують гнучкість та безпеку зберігання даних. Ця новинка стане невід'ємним активом для тих, хто потребує ефективного та мобільного сховища великих обсягів інформації.

Новинка T5 EVO розроблена з урахуванням потреб різноманітних користувачів, що мають різний спосіб життя. Місткість до 8 ТБ, висока швидкість передачі даних, компактний дизайн та захист від зовнішніх впливів роблять його ідеальним вибором для тих, хто цінує можливість зберігання та доступу до даних у будь-якому місці та в будь-який час.

T5 EVO здатний передавати інформацію у 3,8 рази швидше, ніж зовнішні жорсткі диски, забезпечуючи максимальну продуктивність завдяки швидкості послідовного читання та запису до 460 мегабайт на секунду. Це значно полегшує передачу великих файлів.

Вага пристрою становить лише 102 грами.

Новий T5 EVO представлений у варіантах ємністю до 2 ТБ (189,99 доларів США), до 4 ТБ (349,99 доларів США) та до 8 ТБ (649,99 доларів США).

Інші цікаві новини:

▪ Визначено головну молекулу Всесвіту

▪ Телевізори Samsung серії F9000 4K UHD

▪ Вразливість імперій

▪ Автомобіль зрозуміє, що водій розмовляє по мобільному телефону

▪ 35 хвилин ходьби на день знижує ризик інсульту

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори. Добірка статей

▪ Земне життя пройшовши до половини, я опинився в похмурому лісі. Крилатий вислів

▪ стаття Чи давно існує ткацтво? Детальна відповідь

▪ стаття Верстатник деревообробних верстатів, зайнятий обробкою заготовок на кромкофугувальних верстатах. Типова інструкція з охорони праці