|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Радіоаматорський частотомір. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка До уваги читачів пропонується опис аматорського частотоміра на мікроконтролері AT89C52-24JC та двох приставок, за допомогою яких, крім вимірювання частоти та тривалості імпульсів, можна вимірювати ємність та індуктивність компонентів. За останні кілька років у періодичній літературі з'явилося кілька публікацій, присвячених опису радіоаматорських частотомірів, побудованих на базі однокристальних мікро-ЕОМ. Переваги подібних конструкцій очевидні: зменшується кількість застосовуваних мікросхем і, відповідно, зменшуються габарити і споживана потужність, простота складання та регулювання пристрою, доступного для повторення навіть радіоаматорами-початківцями. Крім того, з'являється можливість модернізації та збільшення сервісних функцій лише за рахунок зміни програми, що управляє. Частотомір призначений для застосування у радіоаматорській практиці. Він дозволяє проводити вимірювання:
Частотомір також можна використовувати як цифрову шкалу радіоприймачів. За допомогою додаткових приставок частотомір може вимірювати ємність конденсаторів та індуктивність дроселів, котушок. Основні технічні характеристики
Частотомір (його схема наведена на рис. 1) складається з компаратора сигналу, перемикача режимів роботи, синхронізатора циклу вимірювання, лічильника імпульсів, мікроконтролера, клавіатури, рідкокристалічного індикатора, стабілізатора живлення.
Вхідний каскад збудований на компараторі фірми Analog Devices AD8561AR (DA1). Цей компаратор має типове значення затримки 7 нc. Вхідний сигнал надходить на роз'єм ХР1 і надходить на захисний ланцюжок R1VD1VD2 та компаратор DA1. Резистори R4, R5 формують гістерезис компаратора для виключення появи брязкоту при повільно змінюються сигнали. На виході компаратора сигнал представлений парою логічних протифазних рівнів, узгоджених з рівнями логічних мікросхем частотоміра. Комутатор режиму роботи виконано на цифровому мультиплексорі DD2. Комутатор перемикає сигнали відповідно до вибраного режиму роботи частотоміра. Синхронізатор (елементи DD1.2, DD1.3, DD4) формує сигнали початку та закінчення циклу вимірювання. Лічильник імпульсів (DD3) підраховує кількість імпульсів у вхідному сигналі або імпульси заповнення при вимірюванні тривалості імпульсу. Мікроконтролер (DD5) фірми ATMEL AT89C52-24JC управляє всіма елементами пристрою: комутатором режимів роботи, індикатором, клавіатурою. Тактова частота 10 МГц для мікроконтролера визначається кварцовим резонатором BQ1. При налаштуванні та повірці частотоміра частоту тактування мікроконтролера підлаштовують конденсатором С6 до значення точно 10 МГц за допомогою промислового частотоміра. Сигнал з кварцового мікроконтролера резонатора (сигнал BF) використовується і для вимірювання тривалості імпульсів. При цьому період проходження імпульсів заповнення дорівнює 100 нc. Таким чином, похибка вимірювання тривалості імпульсу також не перевищує цього значення. Мікроконтролер працює з використанням внутрішньої пам'яті програм (висновок 35 DD5 підключений до шини +5В). При включенні живлення частотоміра мікроконтролер встановлюється вихідний стан перепадом напруги, що передається конденсатором С5. Клавіатура (кнопки SB1, SB2) використовується для вибору режимів роботи та параметрів частотоміра. Кнопкою SB1 ("Режим") вибирають режим роботи, кнопкою SB2 ("Параметр") - параметр режиму. Наприклад, кнопкою SB1 встановлюють режим "Вимір частоти", а кнопкою SB2 вибирають значення параметра "Час вимірювання" - 10 с. Приблизно через 1 секунду після вибору режиму роботи або параметра частотомір автоматично переходить до вимірювання. Як індикатор застосований алфавітно-цифровий LCD модуль ITM1602ASR з двома рядками по 16 символів. У першому рядку відображаються режим роботи та параметри частотоміра, а у другому рядку – виміряне значення. Підстроювальним резистором R8 можна налаштувати контрастність зображення індикатора. Індикатор підключають до роз'єму XS3 і встановлюють безпосередньо на плату. Підключений через додатковий кабель індикатор може бути розміщений в іншому місці за бажанням користувача. У вузлі стабілізації напруги живлення застосовано інтегральний стабілізатор DA2. Напруга живлення від зовнішнього джерела подається на роз'єм ХР2. Конденсатори С15, С16 – вхідний фільтр; С13, С14 – вихідний фільтр стабілізатора. Конденсатори С7 – С12 – блокувальні, їх встановлюють поблизу мікросхем. У частотомірі застосовані вітчизняні мікросхеми серії КР1533 (імпортний аналог – 74ALS). Як лічильник імпульсів застосована мікросхема 74НС4040 з максимальною частотою 50 МГц, яка і обмежує діапазон вимірювання частоти. Розглянемо роботу частотоміра як виміру частоти вхідного сигналу. Сигнал з компаратора (ланцюг F1) надходить на комутатор режиму роботи (висновок 4 DD2). Мікроконтролер виставляє логічні рівні сигналів А = 0іВ = 1, а потім видає сигнал START (лог. 1), що ініціює процес вимірювання. Тригер DD4.1 перемикається і дозволяє проходити сигналу на вихід комутатора (висновок 7 DD2) та вхід лічильника імпульсів (висновок 10 DD3). Мікроконтролер формує часовий інтервал, наприклад, тривалістю 1 с (сигнал TW). Протягом цього часу дозволено передавання вхідного сигналу з виходу компаратора на лічильник імпульсів вхідного сигналу. Імпульси переповнення лічильника DD3 підраховує таймер/лічильник 1 мікроконтролера. Після витримки мікроконтролером заданого інтервалу компаратор замикає свій вихід (висновок 5 DAI - LATCH) і рахунок імпульсів вхідного сигналу припиняється. Мікроконтролер виставляє логічні рівні сигналів А = 1, В = 1 та зчитує з лічильника імпульсів (DD3) накопичене число за допомогою імпульсів "дорахунку" (сигнал CP). Загальна кількість імпульсів у лічильнику імпульсів за вибраний інтервал часу (а це і є частота сигналу) мікроконтролер підраховує за формулою Х·1048576+ Y·4096 + Z, де X - вміст старших 8 розрядів таймера/лічильника 1 мікроконтролера; Y- вміст молодших 8 розрядів таймера/лічильника 1 мікроконтролера; Z – вміст лічильника імпульсів (DD3). Якщо вхідна частота дуже велика, то можливе переповнення лічильника/таймера 1 мікроконтролера. У цьому випадку до результату, отриманого за попередньою формулою, мікроконтролер додає ще число 268435456. Розглянемо роботу частотоміра з прикладу вимірювання тривалості імпульсу позитивної полярності. Сигнали з виходу компаратора (сигнал F1 для позитивного імпульсу або F2 сигнал для негативного імпульсу) надходять на комутатор режиму роботи (DD2). Мікроконтролер виставляє логічні рівні сигналів А - 0, - 0. Потім видається сигнал установки тригера DD4.1 в одиничний стан (сигнал WR/CM). Після цього видається сигнал START (лог. 1), що відповідає початку вимірювання. Мікроконтролер очікує на перемикання тригера DD4.2. Тригер DD4.1 дозволяє проходити імпульсам заповнення елемента DD1.1 на вихід комутатора (висновок 7 DD2). З початком дії імпульсу вхідного сигналу імпульси заповнення (сигнал BF) надходять на вхід лічильника імпульсів (висновок 10 DD3) через елемент DD1.1 комутатор. Імпульси переповнення лічильника DD3 підраховує таймер/лічильник 1 мікроконтролера. Після закінчення імпульсу вхідного сигналу тригер DD4.1 перемикається у зворотний стан і рахунок імпульсів заповнення припиняється. За сигналом END мікроконтролер виставляє сигнали А = 1, В = 1 і зчитує з лічильника імпульсів (DD3) накопичене значення за допомогою імпульсів дорахування (сигнал CP). Тривалість вимірюваного імпульсу мікроконтролер підраховує за формулою (Х · 1048576 + Y · 4096 + Z) x100, де X - вміст старших 8 розрядів таймера/лічильника 1 мікроконтролера; Y - вміст молодших 8 розрядів таймера/лічильника 1 мікроконтролера; Z – вміст лічильника імпульсів DD3; 100 - період проходження заповнюючих імпульсів, рівний 100 нc. Таким чином, при вимірі тривалості імпульсу тимчасовою брамою є сам імпульс. Для визначення тривалості негативного імпульсу мікроконтролер виставить логічні рівні сигналів А = 1 В = 0. Програмне забезпечення написане мовою "C" для мікроконтролерів сімейства MCS-51. Конструктивно частотомір виконаний на двосторонній друкованій платі (рис. 2), де змонтовані всі елементи (рис. 3), крім індикатора.
На рис. 2 круглі контактні майданчики, умовно показані без отворів, з'єднуються з відповідними майданчиками на звороті плати через металізовані перехідні отвори. При аматорському виготовленні друкованої плати металізацію замінюють на тонкі провідники.
Роз'ємні з'єднувачі – PLS-2, PBS-14, а також панелька PLCC-44 для встановлення DD5. Налаштування частотоміра Після складання частотоміра необхідно зробити три регулювальні операції. 1. Настроювання контрастності індикатора виконують після подачі живлення на частотомір регулюванням підстроювального резистора R8. 2. Для встановлення частоти кварцового генератора мікроконтролера необхідний доступ до конденсатора підстроювання частоти. Тому при відключеному живленні частотоміра видаляють із плати модуль індикатора і потім, утримуючи кнопку SB1 в натиснутому стані, включають живлення частотоміра. При мінімальному ємнісному зв'язку входу зразкового частотоміра з точкою BF (рис. 3) підстроюванням конденсатора С6 встановлюють частоту генератора точно 10 МГц. 3. Налаштування компаратора у вхідному каскаді виконують без подачі сигналу на роз'єм частотоміра. Після включення живлення приладу потрібно спочатку вивернути двигун резистора R6 у крайнє ліве положення, а потім повільно обертати двигун вправо до появи на індикаторі напису "НІ СИГНАЛУ". Нижче описано режими роботи частотоміра. Режим цифрової шкали Кнопкою "РЕЖИМ" встановлюють режим "ЦИФРОВА ШКАЛА". Кнопкою "Параметр" вибирають параметр режиму - частота тракту ПЧ. Цю частоту можна вибирати із наступних значень: +455 кГц; -455 кГц; +465 кГц; -465 кГц; +500 кГц; -500 КГц. Знак перед цифровим значенням Fпч вказує на операцію, яку виконує частотомір. Якщо знак "+", то частота Fпч додається до виміряної частоти, якщо знак "-", то віднімається. Час виміру частоти в даному режимі дорівнює 0,1 с. Вигляд індикатора частотоміра в робочому режимі: Вимірювання частоти вхідного сигналу Кнопкою "РЕЖИМ" встановлюють режим "ЧАСТОТА", а кнопкою "ПАРАМЕТР" вибирають параметр режиму - час вимірювання. Параметр у секундах може набувати одне з наступних значень: 0,1 с, 1 с; 10 с. Приблизно через 1 секунду після відпускання кнопки частотомір автоматично перейде в режим вимірювань. Вибір нового параметра перериває поточний цикл вимірювання та починає новий з новим значенням параметра. Одиниці вимірювання частоти (Гц, кГц, МГц) визначаються автоматично залежно від частоти вхідного сигналу. Вигляд індикатора частотоміра у робочому режимі: при частоті вхідного сигналу до 1 кГц при частоті вхідного сигналу до 1 МГц при частоті вхідного сигналу, що дорівнює або вище 1 МГц, Символ ">" і далі означає, що частотомір перебуває у режимі рахунки імпульсів. Тобто результат виміру, який в даний момент присутній на індикаторі, відноситься до попереднього циклу виміру. Вимірювання періоду вхідного сигналу Кнопкою "РЕЖИМ" вибирають режим "ПЕРІОД СИГНАЛУ". Для цього режиму настройки не встановлюються. Приблизно через 1 секунду після відпускання кнопки частотомір автоматично перейде в режим вимірювань. Період Т вхідного сигналу є оберненою величиною щодо його частоти F. Тому частотомір спочатку вимірює частоту вхідного сигналу за часу вимірювання 1 с, а після проведення обчислень виводить результат на індикатор. Вигляд індикатора частотоміра в робочому режимі: Вимірювання девіації частоти Кнопкою "РЕЖИМ" виберіть "ДЕВІАЦІЯ". Для цього режиму настройки не встановлюються. Приблизно через 1 секунду після відпускання кнопки частотомір автоматично перейде в режим вимірювань. Девіація (або догляд) визначається як різниця між поточною та частотою, яка була на початку вимірювання в цьому режимі. При цьому догляд (девіація) частоти може бути як позитивним, і негативним. Тому значення девіації на індикатор виводиться зі знаком. Щоб почати нове стеження за доглядом за частотою, потрібно натиснути на кнопку "ПАРАМЕТР". Вигляд індикатора частотоміра в робочому режимі: Вимірювання тривалості імпульсу позитивної полярності Кнопкою "РЕЖИМ" виберіть режим "ІМПУЛЬС". Кнопкою "Параметр" виберіть параметр режиму - полярність імпульсу. Для позитивного імпульсу його тривалість позначено "П", а інтервал між імпульсами позначено "0". Приблизно через 1 секунду після відпускання кнопки частотомір автоматично перейде в режим вимірювань. Вигляд індикатора частотоміра в робочому режимі: Вимір ємності За наявності приставки до частотоміру, що вимірює період, можна вимірювати ємності будь-яких конденсаторів у межах від 10 пФ до сотень мкФ. Її схема наведена на рис. 4.
Мультивібратор, зібраний на ОУ DA1, генерує імпульси з пропорційним періодом ємності Сх. Це описується виразом Тх= 2CхRэ-lп[(R4+R4')/(R4-R4')]. Тут значення R4 відповідає опору частини підстроювального резистора між двигуном і нижнім за схемою висновком. Якщо двигун резистора R4 встановлений так, що ln[(R4+R4')/(R4-R4')] - 0,5, тоді Тх = CхRе, і при Rе = 1 МОм значення ємності 10 пФ відповідає тривалості періоду імпульсів, що генеруються, рівною 10 мкс, а при Rе = 10 кОм значення 1 мкФ відповідає тривалості 10000 мкс. У приставці міститься еталонний конденсатор Се (3000...10000 пФ), що дозволяє калібрувати приставку, а також вимірювати ємності менше 10 пФ. Точність еталонного конденсатора бажано підібрати з похибкою трохи більше 0,5...1 %. Калібрування приставки полягає у виставці на частотомірі значення величини еталонного конденсатора підстроювальним резистором R2 (10 кОм). Те в частотомірі повинен дорівнювати 1 мкс (Fе = 1 МГц). Через наведення молодші розряди можуть періодично змінювати своє значення. Але для більшості випадків точність виміру ємності цілком задовільна. Для виміру ємності кнопкою "РЕЖИМ" вибирають режим "ЄМНІСТЬ". Цей режим не має параметрів. Приблизно через 1 секунду після відпускання кнопки частотомір автоматично перейде в режим вимірювань. Вигляд індикатора частотоміра в робочому режимі: Вимірювання індуктивності За наявності приставки (її схема наведено на рис. 5) можна вимірювати індуктивності в інтервалі 1 мкГн...2 Гн.
Принцип вимірювання на основі співвідношення періоду гармонічних коливань з індуктивністю та ємністю коливального контуру генератора в приставці: T2 = LC/25330, де T – у секундах, L – у мкГн, С – у пФ. Тому, якщо використовувати ємність контуру, що дорівнює 25330 пф, то чисельне значення індуктивності обчислюється з наступного співвідношення: L = Т2 = 1/F2, де F – частота коливань. Для вимірювання індуктивності частотоміром із приставкою кнопкою "РЕЖИМ" вибирають режим "ІНДУКТИВНІСТЬ". Приблизно через 1 секунду після відпускання кнопки частотомір автоматично перейде в режим вимірювань. Чисельні значення показань відповідають індуктивності мкГн. Вигляд індикатора частотоміра в робочому режимі: Приставка складається з вимірювального генератора (VT1-VT5), частота якого визначається ємністю конденсаторів С1, С2 (загальною ємністю близько 25330 пФ) та індуктивністю, що підключається до вхідних клем котушки. Для формування сигналу з рівнем ТТЛ є тригер Шмітта (VT6, VT7). Амплітуду коливань стабілізує ланцюг на діодах VD1, VD2 та транзисторах VT4, VT5, підключений до генератора через емітерний повторювач на транзисторі VT3. При зазначеному значенні ємності С1, С2 та вимірюваної індуктивності, що дорівнює 1 мкГн, частота генерації становитиме 1 МГц. При індуктивності 2 Гн – 700 Гц. Для перекриття такого діапазону, особливо в області високих частот, необхідно підібрати транзистори VT1, VT2 з коефіцієнтом передачі струму бази не менше ніж 150. Конденсатори С1, С2 - К73-17 або аналогічні з малим ТКЕ. У сумі їх ємність має відрізнятися від зазначеної більш ніж 1...2%. На ширину діапазону вимірювання впливає транзистор VT5, точніше його коефіцієнт передачі струму бази. Найкращі результати виходили з використанням транзисторів ГТ311 з коефіцієнтом посилення 30...50. Приставка зазвичай не потребує налаштування, якщо виконані зазначені вимоги. Програмне забезпечення до мікроконтролера Перехідник для мікроконтролера AT89C52-24JC Автори: С.Зорін, Н.Корольова, м.Іжевськ
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ CY25200ZZC - мікросхема програмованого генератора тактових частот ▪ Оптичний привід Pioneer BDR-S07J записує диски BDXL
▪ розділ сайту Аудіо та відеоспостереження. Добірка статей ▪ стаття Стішуватися. Крилатий вислів ▪ стаття Чи дійсно Ісус був народжений у хліві? Детальна відповідь ▪ стаття Свердлить бритва. Домашня майстерня ▪ Генератор для управління багатобарвним світлодіодом. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page