Большинство конструкций цифровых частотомеров, описанных в литературе, содержит немало дефицитных компонентов, а в качестве источника стабильной частоты в таких приборах применяется дорогостоящий кварцевый резонатор. В итоге частотомер получается сложным и дорогим.
Предлагаем читателям описание простого частотомера с цифровым отсчетом, источником стабильной (эталонной) частоты в котором служит сеть переменного тока 50 Гц. Прибор найдет применение при различных измерениях в радиолюбительской практике, например в качестве калиброванных шкал в генераторах звуковой частоты, повышающих их достоверность, или вместо громоздких конденсаторных частотомеров. Со светодиодными или магнитными датчиками данный прибор можно применять для контроля числа оборотов электродвигателей и т. д.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЦИФРОВОГО ЧАСТОТОМЕРА:
диапазон измеряемых частот, Гц…….. 10-999.9Х10 3
действующее значение входного напряжения, В…….0,02-5
время измерения, с …. 0,01; 0,1; 1
потребляемая мощность, Вт …. 3
погрешность измерения,счета……..±4Х10 -3 ±1.
Суммарная относительная погрешность измерения частоты определяется соотношением:
б1=±бэт± 1/N,
где бэт - частотная погрешность эталонной частоты;
1/N - погрешность дискретности (не зависит от измеряемой частоты и равна ±1 счета младшего разряда).
Из приведенной формулы видно, что погрешность измерений находится в прямой зависимости от стабильности частоты сети 50 Гц. Согласно ГОСТу нестабильность частоты сети 50 Гц составляет ±0,2 Гц за 10 минут. Следовательно, относительную погрешность частотомера можно считать равной ±4Х10 -3 ±1 счета. При практических измерениях относительная погрешность частотомера составила ±2Х Х10 -3 ±1 счета.
Действие частотомера основано на подсчете количества периодов измеряемого сигнала за эталонные (0,01; 0,1; 1 с) промежутки времени. Результаты измерений отображаются на цифровом табло и автоматически повторяются через определенные промежутки времени.
Частотомер (рис. 1) включает в себя: усилитель-формирователь входного сигнала, временной селектор, декадный счетчик, цифровой индикатор, формирователь сети, формирователь эталонных временных интервалов, устройство управления и сброса, блок питания.
В усилителе-формирователе происходит усиление и преобразование сигнала измеряемой частоты fx в прямоугольные импульсы той же частоты, которые поступают на один из входов временного селектора. На другой его вход подают с устройства управления и сброса прямоугольные импульсы эталонных временных интервалов. В формирователе сети вырабатываются прямоугольные импульсы частотой 100 Гц.
Время измерения, в течение которого открыт селектор, выбирают переключателем SA. В момент прихода эталонного импульса временной селектор открывается и на его выходе появляется пачка прямоугольных импульсов измеряемой частоты fx. Длительность пачки соответствует длительности эталонного импульса, «выбранного переключателем SA. Далее происходит подсчет импульсов в пачке и индикация их на цифровом табло.
По истечении времени индикации импульс сброса (с устройства управления и сброса) воздействует на временной селектор и декадный счетчик- табло очищается, а селектор подготавливается к новому циклу измерений.
Принципиальная схема частотомера - на рисунке 2. Входной сигнал измеряемой частоты усиливается резис-тивным усилителем на транзисторе VT1 и окончательно формируется элементами DD4.1, DD4.2 в последовательность прямоугольных импульсов измеряемой частоты. Входная цепь VT1 имеет защиту по току (R3) и напряжению (VD1). С вывода 6 DD4.2 импульсы прямоугольной формы входного сигнала поступают на один из входов (вывод 9 DD4.3) временного сейектора. На второй вход (вывод 10 DD4.3) подают прямоугольные импульсы эталонных интервалов времени. По окончании действия эталонного импульса временной селектор блокируется, входные импульсы на счетчик не проходят.
Подсчет входных импульсов осуществляется четырехразрядным счетчиком на микросхемах DD6-DD9, а индикаторы HG1-HG4 показывают частоту входного сигнала в цифровой форме.
На диодах VD10-VD13 выполнен выпрямитель сетевого напряжения. Пульсирующее (с частотой 100 Гц) напряжение преобразуется триггером Шмитта (DD1.1, DD1.2) в прямоугольные импульсы частотой 100 Гц, которые затем поступают на двухступенчатый декадный делитель DD2, DD3. Таким образом, на выходах микросхем DD1.2 (вывод 11), DD2 (вывод 5), DD3 (вывод 5) получают импульсы эталонных временных интервалов 0,01, 0,1 и 1 с. Время измерения устанавливают переключателем SA2.
Устройство управления и сброса состоит из D-триггеров DD5.1 и DD5.2 и транзисторов VT2 и VT3. Счет частоты входного сигнала начинается, когда передний фронт эталонного импульса поступает с переключателя SA2.1 на вход D триггера DD5.1, который переключается в «единичное» состояние.
Рис. 1. Блок-схема частотомера:
1 - усилитель-формирователь входного сигнала, 2 - временной селектор, 3 - декадный счетчик, 4 - цифровой индикатор, 5 - формирователь сети, 6 - формирователь эталонных временных интервалов, 7 - устройство управления и сброса, 8 - блок питания.
На вывод 10 DD4.3 временного селектора с триггера DD5.1 (вывод 5) поступает сигнал логической 1 и разрешает проход прямоугольных импульсов входной частоты на вход счетчика DD6 (вывод 4). По истечении выбранного эталонного интервала времени (0,01, 0,1, 1 с) на вход D триггера DD5.1 вновь поступает эталонный импульс, триггер возвращается в исходное состояние, блокируя временной селектор и переключая в «единичное» состояние триггер DD5.2. Начинается процесс индикации частоты входного сигнала на цифровом табло.
На выводе 9 DD5.2 появляется сигнал логической 1, и через резистор R11 начинается процесс заряда конденсатора С5. Как только напряжение на базе транзистора VT2 достигнет напряжения примерно 1,2 В, транзистор откроется и на его коллекторе появится короткий отрицательный импульс, который через МС DD1.3, DD1.4 переключит триггер DD5.2 в исходное состояние. Конденсатор С5 через диод VD2 и микросхему DD5.2 быстро разрядится почти до нуля.
Рис. 2. Принципиальная схема прибора:
DD 1, DD 4 К155ЛАЗ; DD 3 К155ИЕ1; DD 5 К.155ТМ2; DD 6- DD 9 К176ИЕ4; VD 6- VD 9 Д226А, VD 10- VD 13 Д9Б, HG 1- HG 4 ИВ ЗА.
Рис. 3. Внешний вид частотомера.
Р ис. 5. Схема расположения элементов в корпусе частотомера:
1 - сетевой индикатор, 2 - тумблер включения сети, 3 - силовой трансформатор, 4 - держатель предохранителя, 5 - печатная плата, 6 - светофильтр, 7 - переключатель временных интервалов.
Отрицательный импульс сброса на коллекторе VT2 инвертируется транзистором VT3, воздействуя на входы R микросхем DD6-DD9 и сбрасывая показания - индикация результатов измерения прекращается. По приходу фронта следующего эталонного импульса процесс повторяется.
В частотомере применены резисторы МЛТ-0,25, конденсаторы К50-6 и КЛС. Указанные в схеме транзисторы КТ315 и КТ361 (с любым буквенным индексом) заменяются любыми кремниевыми высокочастотными транзисторами соответствующей структуры. Вместо диодов КД522Б можно использовать любые из серии КД521, КД520. Диод ГД511Б можно заменить на Д9.
Микросхемы серии К155 могут быть заменены на аналогичные серии К133. Индикаторы ИВ-ЗА заменяются на ИВ-3. Трансформатор блока питания имеет мощность 5-7 Вт. Напряжение на обмотках: II - 0,85 В (ток 200 мА), III - 10 В (ток 200 мА), IV - 10 В (ток 15 мА). Диодные мосты VD6- VD9 и VD10-VD13 можно запитать от одной 10 В обмотки (ток не менее 220 мА). Транзистор VT4 имеет радиатор 20X30X1 мм, выполненный из двух алюминиевых пластин, которые при помощи винта МЗ и гайки прикреплены к транзистору с двух сторон.
Рис. 4. Печатная плата со схемой расположения элементов.
Частотомер изготовляется с целью замены калиброванной шкалы в генераторе низкой частоты (ГНЧ). Из генератора удален оцифрованный барабан. В окне табло, закрытом прозрачным оргстеклом с зеленым светофильтром, размещены цифровые индикаторы (рис. 3).
Частотомер может быть использован и по своему прямому назначению. Для этого введен переключатель SA1, расположенный на передней панели генератора.
Печатная плата частотомера изготовлена из фольгированного гетинакса толщиной 1,5-2 мм (рис. 4). Соединение индикаторов HG1-HG4 с интегральными микросхемами DD6-DD9 производится со стороны печатных проводников.
Все соединения желательно выполнить одножильным изолированным проводом (например, 0 0,3 мм из телефонного кабеля). Цепи переменного тока - многожильным проводом 0 0,7-1,5 мм.
Рис. 6. Конструкция корпуса: нижняя (1) и верхняя (2) П-образные панели. Отверстия под органы управления сверлятся по месту.
Необходимо обратить внимание на правильную установку цифровых индикаторов HG1 - HG4. Они должны быть размещены в одной плоскости и на одном уровне и отстоять от передней кромки печатной платы на расстоянии 2-3 мм. Резистор R18 и све-тодиод VD6 расположены на передней панели прибора. Вариант расположения узлов в частотомере (без ГНЧ) показан на рисунке 5.
Рис. 7. Схема подсоединения переключателя для измерения периода сигналов.
Корпус прибора с указанием необходимых размеров - на рисунке 6. Он изготовлен из дюралюминия Д16АМ толщиной 1,5 мм. Верхняя и нижняя П-образные половины корпуса соединяются с помощью дюралюминиевых уголков 12Х 12 мм, наклепанных на нижнюю половину корпуса, в которых просверлены отверстия и нарезана резьба МЗ.
Печатная плата крепится к днищу частотомера при помощи винтов МЗ и пластмассовых втулок высотой 10 мм.
У микросхем DD2 и DD3 перед установкой на печатную плату третью и двенадцатую ножки необходимо укоротить до утолщения.
Налаживание прибора начинают с проверки монтажа, далее измеряют напряжения блока питания, которые должны соответствовать указанным на принципиальной схеме.
На цифровом табло высветятся нули. Это говорит о работоспособности частотомера. Переключают SA2 в крайнее правое (по схеме) положение, а на вход частотомера (при помощи перемычки) подают с вывода 11 DD1.2 прямоугольные импульсы частотой 100 Гц. На табло высвечивается число 0.100. В случае другой комбинации цифр, подбирая R2, добиваются правильной работы формирователя сети.
Завершающую настройку изготовленного частотомера производят при помощи генератора, осциллографа и промышленного частотомера, например Г4-18А, С1-65 (Н-313), 43-30.
На вход частотомера (R3) подают сигнал частотой 1 МГц и напряжением 0,02 В. Подбирая резистор R5, добиваются максимального усиления транзистора VT1. Изменяя частоту и амплитуду входного сигнала, контролируют работу частотомера в соответствии с техническими характеристиками, сличая показания с приборами заводского изготовления.
Если необходимо измерять низкие частоты с большой точностью, следует увеличить вр.емя счета. Для этого формирователь эталонных временных интервалов необходимо дополнить еще одним декадным делителем (включив его так же, как DD2 и DD3), увеличив время счета до 10 с.
Можно также измерять не частоту входного, сигнала, а его период. Для. этого следует ввести в частотомер дополнительный переключатель, схема которого показана на рисунке 7.
В. РАСТВОРОВ,
г. Таганрог, Ростовская обл.
«Моделист-Конструктор» 10 1990
OCR Pirat
Построенный . Он позволяет измерять частоты до 10 МГц в четырех автоматически переключаемых диапазонах. Наименьший диапазон имеет разрешение 1 Гц.
Технические характеристики частотомера
- Диапазон 1: 9,999 кГц, разрешение 1 Гц.
- Диапазон 2: 99,99 кГц, разрешение до 10 Гц.
- Диапазон 3: 999.9 кГц, разрешение до 100 Гц.
- Диапазон 4: 9999 кГц, разрешение до 1 кГц.
Описание частотомера на микроконтроллере
Микроконтроллер Attiny2313 работает от внешнего кварцевого генератора с тактовой частотой 20 МГц (это максимально допустимая частота). Точность измерения частотомера определяется точностью данного кварца. Минимальная длина полупериода измеряемого сигнала должна быть больше, чем период кварцевого генератора (это связано с ограничениями архитектуры микроконтроллера ATtiny2313). Следовательно, 50 процентов от тактовой частоты генератора составляет 10 МГц (это максимальное значение измеряемой частоты).
Установка фьюзов (в PonyProg):
При настройке радиотелефона, описанного в , возникли проблемы с поиском недорогого корпуса трубки. Случайно под руки попался неисправный калькулятор, который ремонту не подлежал из-за особенностей электрической схемы - так называемый "пустой корпус" и БИС в виде одной плоской капли на монтажной плате. Сам по себе изящный корпус HL-812E размером 125x70x18 мм было жалостно выбросить, и после некоторых раздумий было решено попробовать собрать схему трубки радиотелефона. Довольно глубокая ниша размером 54x78x8 мм в принципе давала вероятность разместить все детали при небольшой доработке нижней крышки (пришлось просверлить и вырезать в ней два отверстия: под капсюль микрофона - в нижнем правом углу, и телефона - в верхнем правом углу). Для установки телескопической антенны просверлено отверстие в левой части верхнего торца корпуса калькулятора. Нижний конец антенны закреплен с помощью маленькой скобы к плате бывшего калькулятора. Дорожки, идущие к БИС от кнопок 0; 1; 2; 3; ...9; "OFF"; "С" и "АС" нужно перерезать и распаять к соответствующим точкам схемы трубки (рис. Т160 схема регулятора тока 1 в ). При сборке применены малогабаритные резисторы УЛМ-0,12, конденсаторы КД, КМ-6, К10-17 и К50-40, электролитические конденсаторы серии К53-30. Вместо УЛМ-0,12 можно применить резисторы типа МЛТ-0,125 Вт. Батарейный отсек в верхней части калькулятора (под ЖКИ индикатором) используется по своему прямому назначению - для размещения аккумулятора питания трубки. Вся собранная схема закрыта самодельной защитной крышкой размером 105x55 мм, закрепляемой саморезами через штатные отверстия корпуса.Неиспользуемые кнопки клавиатуры, такие как "V ";"%"; "MR"; "M-"; "М+"; V; "х";"-";"+"; "=";".", можно прикрыть самодельными, из пластмассы такого же цвета, что и корпус, заглушками, приклеив их к плате калькулятора. В кнопке"+" следует просверлить несколько отверстий диаметром 1,5...2,0 мм. К плате данную кнопку не приклеивают, так как она закрывает микрофон и крепится клеем к верхней крышке. Также в верхней крышке нужн...
Для схемы "Цифровой ревербepaтор"
Цифровая техникаЦифровой ревербepaторГ. Брагин. RZ4HK г. ЧапаевскЦифровой ревербератор предназначается для создания эхо-эффекта за счет задержки звукового сигнала, подаваемого на балансный модулятор трансивера. Задержанный НЧ сигнал, оптимально смешанный с основным, придает передаваемому сигналу специфическую окраску, что улучшает разборчивость при проведении радиосвязи в условиях помех, делает его "накачанным" - считается, что при этом снижается пик-фактор. (Но кто-бы мне это доказал? RW3AY) (Иллюзия снижения пик-фактора речи появляется за счет заполнения интервалов между периодами основного тона речи, задержанным во времени тем же сигналом. (RX3AKT))Ревербератор, приведенный на рис.1, состоит из микрофонного и выходного суммирующего усилителей, собранных на сдвоенном операционном усилителе К157УД2, аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового (ЦАП) преобразователей - микросхемы К554САЗ и К561ТМ2 и узла задержки, выполненного на микросхеме К565РУ5. В схеме кодировки адресов применяются микросхемы К561ИЕ10иК561ПС2. Принцип работы подобного ревербератора довольно подробно был изложен в . Резистором R1, изменяя частоту тактового генератора, можно регулировать час задержки. Резисторами R2 и R3 подбирается глубина и уровень реверберации, соответственно. Манипулируя этими резисторами, оптимизируется работа всего ревербератора. Конденсаторами, обозначенными (*), нужно достичь наилучшего качества сигнала по минимуму шумов. Большие искажения в задержанном сигнале свидетельствуют о неисправной микросхеме в узле кодировки адресов. Ревербератор собран на печатной плате из двухстороннего стеклотекстолита 130х58 мм. После сборки и настройки плата помещается в металлическую экранирующую коробочку соответствующего размера. Литература1. "В помощь радиолюбителю" № 95, стр.29. 2. Журнал "Радио" N 1 - 86...
Для схемы "Приемник на микросхеме TDA7000 (174XA42)"
РадиоприемРадиоприемник на микросхеме >TDA7000 (174XA42)/img/tda7000.gifДиапазон частот микросхемы 1,5-150 МГц.В скобках указаны номиналы конденсаторов для узкополосной ЧМ(при этом 3-ю ножку микросхемы можно оставить свободной).Чертеж печатной платы со стороны проводниковЧертеж печатной платы со стороны элементовЛитература:1. К174ХА42 - однокристальный ЧМ приемник. N 1 1997 г.2. Однокристальные ЧМ приемники. Радио N 2 1997 г.3. Радиоприемные устройства на микросхеме К174ХА42А. N 5 1997 г....
Для схемы "VOX В ТРАНСИВЕРЕ UA3RR"
Узлы радиолюбительской техникиVOX В ТРАНСИВЕРЕ UA3RRЕ. ЖЕБРЯКОВ, г. Борислав Львовской обл. Схема устройства голосового менеджмента (VOX) трансивером конструкции И. Чуканова-UA3RR ("Радио". 1973, № 11) приведена на рисунке.Переключатель В1 при работе с VOX блокирует контакты Кн1 и подает питание на устройство, а при работе с менеджментом педалью блокирует конткаты Р8/1 реле Р8 и отключает питание. № 7, 1975 г. с.15...
Для схемы "Компьютерный ТВ-тюнер в роли частотомера"
Так уж случилось, что у меня нет с возможностью измерения частот выше 100 МГц. И проблема отнюдь не в том. что не из чего собрать необходимый делитель частоты и прибавить ещё один разряд в уже имеющийся самодельный частотомер на микропроцессоре 1030ВЕ31. Дело в том. что частоты выше 100 МГц приходится измерять не чаще раза в несколько лет. и необходимости в гаком приборе, как будто бы, нет. Но все же, нет-нет, да и понадобится, а как же тогда быть?Как-то в одном из журналов для радиолюбителей рассказывалось о том. что частоту можно измерять с помощью УКВ-приемника с цифровой индикацией частоты. Речь шла о популярных в 90-х годах прошлого века карманных "китайских" радиоприемниках с низкой ПЧ и автосканированием УКВ диапазона (65. .110 МГц). 8 настоящее пора для измерения существенно большего диапазона частот можно использовать компьютерный ТВ-тюнер, предназначенный для приема аналоговых сигналов эфирного или кабельного телевидения.Если имеется внутренний PCI или PCI-Express тюнер, то чтобы превратить его в частотомер, довольно изготовить простейший переходник по схеме, показанной на рис.1. Т160 схема регулятора тока Переходник состоит из отрезка коаксиального кабеля длиной до 2 м, резистора, конденсатора, стандартного антенного штекера, зажима "крокодил", иглы-щупа и 4-5 ферритовых цилиндриков 600НН от контуров ПЧ старых радиоприемников. Цилиндрики нанизываются на кабель со стороны подключения к тюнеру. Коаксиальный кабель подключается к антенному гнезду тюнера, "крокодил" - к общему проводу ("массе") тестируемого устройства, а щуп - к местам прохождения ВЧ-сигнала. благодаря высокой чувствительности ТВ-тюнеров, иглу щупа в большинстве случаев более того не придется подключать, например, к выводам обмоток контура, выводам транзистора или кварца. Достаточно просто поднести шуп на расстояние 2...10 мм, и он, как антенна, "поймает" измеряемую частоту.Чтобы провес...
Для схемы "УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТРАНСИВЕРА UW3DI"
Радиопередатчики, радиостанцииУСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТРАНСИВЕРА UW3DIА. ЖУКОВСКИЙ (UB5UWI), г. КиевДля повышения оперативности и удобства при работе в режиме CW целесообразно в лампово-полупроводниковом трансивере UW3D1 уменьшить пора задержки системы VOX по сравнению с режимом SSB. Для этого в режиме CW параллельно резистору 1-R4 включают прибавочный резистор. Изменения, которые нужно ввести в VOX трансивера (см. Ю. Кудрявцев. Лампово-полупроводниковый трансивер. - "Радио", 1974, № 4), отмечены на рисунке штриховыми линиями.РАДИО11. 1982 г. с.20....
Для схемы "Усилители на основе логических ИМС"
Радиолюбителю-конструкторуУсилители на основе логических ИМСУ многих радиолюбителей скопились микросхемы старых типов, которые и выбросить жалостно, и приспособить некуда. Так вот цифровый интегральные микросхемы (простая логика) могут с успехом применяться в качестве аналоговых усилителей. Схемы включения и параметры усилителей для некоторых серий микросхем приведены ниже на рисунке и в таблице.Серия П а р а м е т рРис.КFизм, МГцFmax, МГцР, мВт Uвых, В Rвх, КомRвых, КомR1, КомR2, КомR3, КомKp, дб11311417817613613413113713315546,025,015,012,58,018,020,04,88,08,00,0010,10,10,11,03,01,020,01,01,00,060,350,250,22,55,540,050,040,040,00,2520,2535,065,05,02,0125,050,020,020,02,02,78,05,01,21,52,00,51,21,224,07,0--0,60,40,20,50,60,620,05,03,06,00,050,050,030,050,050,051,61,68,06,20,687,51,00,750,680,68--2,04,00,685,11,01,60,680,68-------1,0--30583650303030253025ааггбббвбб "Радиотехника" N 8, 1980 г....
Для схемы "Высокоэффективный балансный модулятор-детектор"
Узлы радиолюбительской техникиВысокоэффективный балансный модулятор-детекторМ.Саттаров. пос.Иноземцево Ставропольского краяМир состоит из парадоксов - открытия делают те, кто просто не знает, что так совершать нельзя, и делают... и открывают! Может в изложенной в этом месте идее что-то есть? Теоретики! Найдите объяснение факту. И, пожалуйста, будьте снисходительны. RX3AKT.Для повышения эффективности смесителей на полевых транзисторах в пассивном режиме просторно используется прямоугольная форма управляющих импульсов. Более эффективным способом повышения разборчивости, на мои взгляд, является использование узких импульсов, когда длительность единичного состояния составляет сотые и более того тысячные доли нулевой длительности. (Красиво сказано, не правда-ли?) На слух это воспринимается как подъем высоких частот. Резко повышается разборчивость речевого сигнала. Частотная характеристика становится более равномерной. Балансный модулятор-детектор, рис.1, собран по известной схеме А.Погосова (см. Т160 схема регулятора тока "Радио" №10-81). менеджмента содержит кварцевый генератор, собранный на микросхеме DD1, делитель частоты на 4 (он же фазовращатель) - на МС DD2 и фазовый дискриминатор на МС DD3 и DD4. Сигнал прямоугольной формы с кварцевого генератора 1 МГц поступает на цифровой фазовращатель (делитель на 4). С его выхода снимаются два противофазных сигнала с частотой 250 кГц. Известно, что в противофазном сигнале вечно имеется некоторая ошибка в разности фаз, связанная с нестабильной работой фазовращателя, которая и выделяется фазовым дискриминатором. Выделенный фазовым дискриминатором сигнал, пропорциональный ошибке фазовращателя, является опорной частотой для балансного модулятора-детек-тора, с...
Для схемы "ЧАСТОТОМЕР"
Измерительная техникаЧАСТОТОМЕР Параметры предлагаемого частотомера приведены в табл. 1.Режим работыЧастотомерЧастотомерЦифровая шкалаДиапазон измерений1 Гц..20 МГц1 МГц..200 МГц1 МГц..200 МГцДискретность1Гц10 Гц100 ГцЧувствительность40 мВ100 мВ100 мВДанный частотомер, на мои взгляд, обладает целым рядом преимуществ по сравнению с предшествующими:- современная дешевая и легко доступная элементная база;- максимальная измеряемая частота - 200 МГц;- совмещение в одном приборе и цифровой шкалы;- вероятность увеличения максимальной измеряемой частоты до 1,2 ГГц при незначительной доработке входной части прибора;- вероятность коммутации во час работы до 4 ПЧ.Измерение частоты осуществляется классическим способом: подсчет количества импульсов за фиксированныйинтервал времени.Принципиальная схема представлена на рис.1.Входной сигнал через конденсатор С4 поступает на базу транзистора VT1, который усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для нормальной работы микросхемы DD2. Автоматическое отключение радиоаппаратуры Микросхема DD2 193ИЕЗ представляет собой высокочастотный делитель частоты, коэффициент деления которого равен10. Ввиду того что в используемое микроконтроллере К1816ВЕ31 максимальная частота счетного входа Т1 f=Fкв/24, где Fкв - частота используемого кварца, а в частотомере Fкв=8,8672 МГц, сигнал с высокочастотного делителя поступает на прибавочный делитель частоты, представляющий собой десятичный счетчик DD3. Процесс измерения частоты начинается с обнуления делителя DD3, сигнал сброса которого поступает с вывода 12 микроконтроллера DD4. Сигнал разрешения прохождения измеряемого сигнала на десятичный делитель поступает с вывода 13 DD4 через инвертор DD1.1 на вывод 12 DD1.3.По окончании фиксированного интервала времени и...
Для схемы "ЧАСТОТОМЕР - ЦИФРОВАЯ ШКАЛА"
Измерительная техникаЧАСТОТОМЕР - ЦИФРОВАЯ ШКАЛАУстройство выполняет следующие функции: - с выводом измеренного значения частоты в герцах (до 8 разрядов); - цифровой шкалы с АПЧ генератора плавного диапазона (ГПД) для радиолюбительского трансивера; - электронных часов. Основу устройства составляет программируемый контроллер PIC16F84 фирмы MICROCHIP. Большое быстродействие и широкие функциональные возможности этого контроллера позволяют подавать сигнал частотой до 50 МГц прямо на его счетный вход, т.е. можно обойтись без предварительного делителя, обычно применяемого в устройствах подобного типа. Основные параметры Диапазон измеряемых частот, МГц 0...50 Диапазон программируемых значений ПЧ, МГц 0...16 Минимальный уровень входного сигнала, мВ 200 Время измерения частоты, с 1 Погрешность измерения, Гц ±1 Напряжение питания, В 5±0,5 Ток потребления устройства, мА, не более 30Наличие электрически перепрограммируемой памяти данных внутри PIC16F84 позволило без специального оборудования перепрограммировать роль промежуточной частоты (ПЧ). Т160 схема регулятора тока Это дает вероятность оперативно встраивать цифровую шкалу в трансивер с любым (О... 16 МГц) значением промежуточной частоты. В качестве устройства индикации применен модуль ЖКИ от телефонных аппаратов типа "PANAPHONE". Ввод информации в модуль осуще-ствляется по двум линиям в последовательном коде. Полезной оказалась встроенная функция электронных часов. Малый ток потребления обуславливает малые помехи радиоприемной аппаратуре, в которую может встраиваться данное устройство. Схема устройства приведена на рис.1. На транзисторе VT1 и микросхеме DD1 выполнен формирователь входного сигнала. Микросхема DD2 выполняет функции контроллера частотомера, цифровой шкалы с АПЧ, менеджмента модулем ЖКИ, а также позволяет оперативно изменять режим работы устройства. Если на выводе 1 микросхемы DD2 присутствует уровень логической "1", то устрой...
Поводом повторения данного частотомера и приставки для определения параметров неизвестных контуров послужила конструкция приемника Р-45. В дальнейшем этот "мини комплекс" облегчит намотку и настройку ВЧ контуров, контроль опорных точек генераторов и так далее. Итак, представленный в данной статье частотомер позволяет измерять частоту от 10 Гц до 60 МГц с точностью 10 Гц. Это позволяет использовать данный прибор для самого широкого применения, например измерять частоту задающего генератора, радио приёмника и передатчика, функционального генератора, кварцевого резонатора. Частотомер обеспечивает хорошие параметры и обладает хорошей входной чувствительностью, благодаря наличию усилителя и TTL-преобразователя. Это позволяет измерять частоту кварцевых резонаторов. Если использовать дополнительный делитель частоты, максимальная частота измерения может достигать 1 ГГц и выше.
Схема частотомера довольно простая, большинство функций выполняет микроконтроллер. Единственное, для микроконтроллера необходим усилительный каскад, чтобы увеличить входное напряжения с 200-300 мВ до 3 В. Транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, обеспечивает псевдо-TTL сигнал, поступающий на вход микроконтроллера. В качестве транзистора необходим какой-нибудь "быстрый" транзистор, я применил BFR91 - отечественный аналог КТ3198В.
Напряжение Vкэ устанавливается на уровне 1.8-2.2 вольта резистором R3* на схеме. У меня это 22 кОм, однако может потребоваться корректировка. Напряжение с коллектора транзистора прикладывается к входу счетчика/таймера микроконтроллера PIC, через последовательное сопротивление 470 Ом. Для выключения измерения, в PIC задействываются встроенные pull-down резисторы. В PIC реализован 32-битный счетчик, частично аппаратно, частично софтово. Подсчет начинается после того, как выключаются встроенные pull-down резисторы микроконтроллера, продолжительность составляет точно 0.4 секунды. По истечении этого времени, PIC делит полученное число на 4, после чего прибавляет или отнимает соответствующую промежуточную частоту, для получения реальной частоты. Полученная частота конвертируется для отображения на дисплее.
Для того, чтобы частотомер работал правильно, его необходимо откалибровать. Проще всего это сделать так: подключить источник импульсов с заранее точно известной частотой и вращая подстроечный конденсатор выставить необходимые показания. Если данный метод не подходит, то можно воспользоваться "грубой калибровкой". Для этого, выключите питание прибора, а 10 ножку микроконтроллера подсоедините на GND. Затем, включите питание. МК будет измерять и отображать внутреннюю частоту.
Если вы не можете подстроить отображаемую частоту (путем подстройки конденсатора 33 пФ), то кратковременно подсоедините вывод 12 или 13 МК к GND. Возможно, что это нужно будет сделать несколько раз, так как программа проверяет эти выводы только один раз за каждое измерение (0.4 сек). После калибровки, отключите 10 ногу микроконтроллера от GND, не выключая при этом питания прибора, чтобы сохранить данные в энергонезависимой памяти МК.
Печатную плату рисовал под свой корпус. Вот что получилось, при подаче питания выскакивает кратковременно заставка и частотомер переходит в режим измерения, тут на входе нет ни чего:
Схема приставки контур
Автор статьи схему доработал относительно первоисточника, посему оригинал не прилагаю, плата и файл прошивки в общем архиве . Теперь возьмем неизвестный нам контур - приставка для измерения резонансной частоты контура.
Вставляем в не совсем пока удобную панельку, для проверки девайса сойдет, смотрим результат измерений:
Частотомер калибровался и тестировался на кварцевом генераторе 4 МГц, результат был зафиксирован такой: 4,00052 МГц. В корпусе частотомера решил вывести питание и на приставку +9 Вольт, для этого был сделан простой стабилизатор +5 В, +9 В, его плата на фото:
Забыл добавить, плата частотомера разведена немного к верху задом - для удобства съёма pic микроконтроллера, вращении подстроечного конденсатора, минимальной длины дорожек на LCD.
Теперь частотомер выглядит вот так:
Единственное, не стал исправлять пока ошибку в надписи мгГц, а так всё на 100% рабочее. Сборка и испытание схемы - ГУБЕРНАТОР .
Обсудить статью КАК СДЕЛАТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
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 , синтезатор частоты LMX2316TM , D-триггер 74HC74D , селектор-мультиплексор 74HC151D , микроконтроллер PIC16F873A-1/SP и интегральный стабилизатор напряжения TL7805. Результаты измерения он выводит на символьный ЖКИ WH1602B .
Основные технические характеристики
Интервал измеряемой частоты
импульсов с уровнями ТТЛ, Гц...............0,1...8·10 7
аналоговых периодических сигналов произвольной формы напряжением более 100 мВэфф, Гц.....................1...8·10 7
синусоидальных ВЧ-сигналов напряжением более 100 мВэфф, МГц...............20...1250
Длительность счёта при измерении частоты, мс......10 4 , 10 3 , 100, 10
Интервал измеряемой длительности импульсов, мкс........10...10 6
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...±10 6
сигнала на входе ВЧ, кГц...................±1...±10 5
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 своём 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 нём устанавливают подстроечным резистором R21.
Рис. 1. Схема частотомера
Кнопками SB1-SB3 управляют прибором. Кнопка SB1 служит для выбора измеряемого параметра. Кнопкой SB2 выбирают разъём, 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 счётчика импульсов и измерения ухода частоты. Длительным (более 1 с) нажатием на эту кнопку переходят из режимаизмерения частоты в режим её деления и вывода результата на разъём 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 разъёмы XW2 и XW3, в заданное число раз. Микроконтроллер устанавливает коэффициенты деления и режим работы этой микросхемы, подавая команды по её 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 её делителей частоты, непосредственно связанный с разъёмом 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 разъём 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 разъём XW1 внешние сигналы. Поэтому разъём XW1 может быть как входным при измерении частоты и длительности логических сигналов, а также при счёте импульсов, так и выходным в режимах деления частоты. Резистор R11 служит для защиты входа 0 селектора-мультиплексора DD2 от случайно поданных на разъём XW1 сигналов большой амплитуды.
Селектор-мультиплексор по командам микроконтроллера подаёт на его предназначенные для измерения частоты и длительности импульсов входы либо импульсы уровней ТТЛ с разъёма XW1, либо сигналы, поступившие на разъём XW2 и преобразованные в такие импульсы компаратором DA1, либо сигналы, поступившие на разъём XW3 и прошедшие через делитель частоты микросхемы DD1. Микроконтроллер выполняет основные операции измерения частоты, длительности и счёта 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 разъём 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 счёт импульсов частотой 1 МГц, полученных делением своей тактовой частоты. Он прекращает этот счёт по спадающему перепаду измеряемого импульса. В случае измерения длительности импульса низкого уровня счёт начинается по его спадающему перепаду, а завершается по нарастающему.
Как только включён 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 разъём XW1. Микроконтроллер формирует на выходах RC0-RC2 код 000, переводя этим селектор DD2 в состояние, при котором сигнал с разъёма 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), причём длительности импульсов высокого (H) и низкого (L) уровней на экране чередуются. Код в правой части верхней строки означает заданное время счёта: "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 разъёма: 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 разъёма 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 разъём 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 учётом коэффициента деления выводит результат на ЖКИ (рис. 4).
Рис. 4. Результаты измерений, выводимые программой на ЖКИ HG1
Подлежащие счёту импульсы подают на входной разъём XW1 или XW2. Кнопкой SB2 выбирают один из этих входов, а кнопкой SB1 - режим COUNTER (рис. 5). Счёт запускают нажатием на кнопку SB3, что сопровождается заменой на экране метки OFF (выключено) меткой ON (включено). Для остановки счёта 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 разъёмов XW1-XW3, выбирают кнопкой SB2 этот разъём, а кнопкой SB1 - функцию "+/-FREQUENCV (её 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 разъём 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 задаёт 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 разъём XW1 в режим выхода. На своих выходах RC0-RC2 микроконтроллер формирует код 000, поэтому сигнал, выведенный на разъём, 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 разъём 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 разъём 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. Её чертёж 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
Разъёмы XW1-XW3 - 24_BNC-50-2-20/133_N . Они соединены с платой отрезками коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом длиной около 100 мм. Кнопки SB1-SB3 - TS-A3PG-130. Индикатор HG1 укреплён над платой на стойках высотой 10 мм винтами М3.
Прибор собран в пластмассовом корпусе Z-28 . 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, прикреплённой к передней панели с обратной стороны винтами M3. С левой стороны корпуса установлено гнездо питания, а с правой - его выключатель. Входные байонетные разъёмы 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 разъёму 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.
Литература
1. Ultrafast, 4 ns Single-Supply Comparators AD8611/AD8612. - URL: http://www.analog. com/media/en/technical-documentation/ data-sheets/AD8611_8612.pdf (02.11.2015).
2. PLLatinum™ LowPower Frequency Synthesizer for RF Personal Communications LMX2306 550 MHz, LMX2316 1.2 GHz, LMX2326 2.8 GHz. - URL: http://www.ti.com/lit/ds/ symlink/lmx2326.pdf (02.11.2015).
3. 74HC74, 74HCT74 Dual D-type flip-flop with set and reset; positive edge-trigger. - URL: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/ 74HC_HCT74.pdf (02.11.2015).
4. 74HC151, 74HCT151 8-input multiplexer. - URL: http://www.nxp.com/documents/data_ sheet/74HC_HCT151.pdf (02.11.2015).
5. PIC16F87XA Data Sheet 28/40/44-Pin Enhanced Flash Microcontrollers. - URL: http://akizukidenshi.com/download/PIC16F 87XA.pdf (02.11.2015).
6. WH1602B character 16x2. - URL: http:// www.winstar.com.tw/download.php?ProID= 22 (17.11.15).
7. Coaxial Cable Connector: 24_BNC-50-2-20/133_N. - URL: http://www.electroncom. ru/pdf/hs/bnc/24bnc50-2-20_133n.pdf (16.11.15).
8. Корпус Z-28. - URL: http://files.rct.ru/ pdf/kradex/z-28.pdf (16.11.15).
Чертёж печатной платы в формате Sprint Layout 5.0 и программу микроконтроллера можно скачать .
Дата публикации: 16.02.2016
Мнения читателей
- Владимир
/ 20.01.2017 - 10:55
Вышли еще две версии частотомера. Третья версия опубликована в журнале "Радиолюбитель" №8,9. Четвертая: https://cloud.mail.ru/public/4EKo/QaTMuiDMv