|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Wielofunkcyjny miernik częstotliwości. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Technologia pomiarowa Proponowane urządzenie, oprócz zwykłego pomiaru częstotliwości sygnałów, może mierzyć ich okres, a także czas trwania impulsów dodatnich i ujemnych. Dodatkowo częstotliwość sygnałów mniejszych niż 1 kHz oblicza się jako odwrotność ich okresu, a okres powtarzania sygnałów mniejszych niż 1000 μs oblicza się jako odwrotność ich częstotliwości. Poprawia to dokładność pomiaru. Dawno, dawno temu zmontowałem bardzo popularny wówczas miernik częstotliwości Denisova [1], a raczej jego wersję [2] na mikrokontrolerze PIC16F628A i wskaźniku LED ALS318. Po latach znów przykuł moją uwagę. To urządzenie mierzy częstotliwość poprawnie, ale jest zbyt prymitywne, a odczyty ciągle migoczą. Na tej samej zasadzie postanowiono (poprzez zmianę sposobu podłączenia dwóch pinów mikrokontrolera, obwodów wejściowych i obwodów mocy) stworzyć urządzenie pozbawione wad swojego pierwowzoru, a także uzupełnione o nowe funkcje i tryby. Opisane poniżej urządzenie posiada następujące możliwości: „normalny” pomiar częstotliwości poprzez zliczanie liczby impulsów w ciągu jednej sekundy; pomiar częstotliwości sygnałów o niskiej częstotliwości jako odwrotność jego okresu; pomiar okresu sygnału, przy czym okres sygnałów o wysokiej częstotliwości oblicza się jako odwrotność jego częstotliwości; pomiar czasu trwania impulsu zarówno o polaryzacji dodatniej, jak i ujemnej. Możliwe jest także zapisanie jednej wartości mierzonej w każdym trybie w pamięci nieulotnej mikrokontrolera i późniejsze ich przeglądanie w razie potrzeby. Istnieje możliwość szybkiej zmiany ustawień urządzenia i automatycznego wyłączenia go w przypadku braku wpływów zewnętrznych przez określony czas. Główne cechy techniczne
Schemat miernika częstotliwości pokazano na ryc. 1. Mikrokontroler PIC16F628A (DD1) steruje anodami elementów wskaźnikowych HG3 i HG0 poprzez rezystory ograniczające R2-R4 wykorzystując sygnały generowane na wyjściach RA7, RB10-RB17, RB1-RB2, które są wykorzystywane jako dwa czterocyfrowe siedem -elementowe wskaźniki LED ze wspólnymi katodami elementów każdej kategorii FYQ-3641AHR-11. Sygnały sterujące katodami bitów wskaźnika pochodzą z wyjść dekodera 74HC138N (DD2), na którego wejścia odbierane są sygnały z linii RAO-RA2 mikrokontrolera pracującego w trybie wyjściowym. Za pomocą tych samych linii, pracując w trybie wprowadzania, program sprawdza stan przycisków sterujących SB1 i SB2. Rezystory R1-R4 ustawiają wymagane potencjały na wejściach podczas naciskania i zwalniania przycisków.
Mikrokontroler taktowany jest wewnętrznym oscylatorem, którego częstotliwość wynosi 16 MHz ustawiana przez zewnętrzny rezonator kwarcowy ZQ1. Pin MCLR nie jest używany i, aby uniknąć awarii, jest podłączony do dodatniego napięcia zasilania mikrokontrolera. Program wykonuje operacje związane ze wskazaniem dynamicznym w procedurze przetwarzania żądań przerwań z timera TMR2, po okresie 2 ms. Dlatego informacje na ośmiocyfrowym wskaźniku są aktualizowane z częstotliwością 1/(8x0,002) = 62,5 Hz. Dzięki temu wskaźnik miga niezauważalnie we wszystkich trybach pracy urządzenia. Sygnał ze wzmacniacza wejściowego jest doprowadzany do połączonych linii RA4 i RB3 (odpowiednio piny 3 i 9 mikrokontrolera, posiadające alternatywne funkcje T0CKI i CCP1). W trybie konwencjonalnego miernika częstotliwości T0CKI jest wejściem licznika impulsów, a linia RB3 pracująca w trybie wejścia i wyjścia służy do programowego otwierania i zamykania wejścia licznika oraz późniejszego „dodatkowego zliczania”. Podczas pomiaru okresu i czasu trwania obie linie pracują jako wejścia T0CKI i CCP1. W tym przypadku wykorzystywany jest algorytm przechwytujący stan rejestru TMR1 w momentach zapadów sygnału i obliczający odstępy czasowe pomiędzy tymi momentami, a także monitorujący poprawność wyniku poprzez analizę zawartości rejestru TMR0. Pomysł polega na tym, że zmierzony sygnał jest podawany do połączonych wejść zliczających i przechwytujących timer mikrokontrolera. Pozwala to ocenić na podstawie liczby kropli zliczonych przez timer TMR0, czy niezbędne krople zostały pominięte przez jednostkę przechwytującą timer TMR1 z powodu niewystarczającej wydajności mikrokontrolera. Wzmacniacz wejściowy na tranzystorach VT1 i VT2 jest montowany zgodnie ze znanym i sprawdzonym obwodem. Stosunkowo dużą pojemność kondensatorów C1 i C9 tłumaczy się koniecznością zapewnienia dolnej granicy pasma przepustowego nie większej niż 1 Hz (w tym celu stosuje się rezystor R20, który zwiększa rezystancję wejściową stopnia na tranzystorze VT2) . Elementy C8, C10, C11, L1 zwiększają współczynnik transmisji wzmacniacza kształtującego dla sygnałów w pobliżu maksymalnej mierzonej częstotliwości. Rezystor R5 i diody VD1, VD2 chronią tranzystor VT1 przed przebiciem przez sygnał wejściowy. Wzmacniacz Shaper pobiera znaczny prąd (około 5 mA), dlatego aby oszczędzać energię w trybie uśpienia urządzenia, konieczne było odłączenie go od wzmacniacza za pomocą przełącznika na tranzystorze polowym VT3 z kanałem typu p. Z uwagi na brak wolnych pinów mikrokontroler steruje tym kluczem sygnałem z wyjścia RA2, który służy także do sterowania dekoderem DD2. W trybie pracy sygnał na tym pinie ma postać prostokątnych impulsów o częstotliwości powtarzania 125 Hz. Gdy poziom logiczny tego sygnału jest niski, kondensator C13 jest ładowany przez obwód VD3R23, a tranzystor VT3 jest otwierany przy napięciu bramki ujemnym w stosunku do źródła. Przy wysokim poziomie sygnału dioda VD3 zapobiega rozładowaniu kondensatora poprzez stosunkowo małą rezystancję rezystora R23. Stała czasowa obwodu C13R24 jest wybrana tak, aby była wystarczająco duża, aby zapobiec przedostawaniu się zakłóceń o częstotliwości 125 Hz do wzmacniacza wejściowego. W trybie uśpienia mikrokontroler ustawia wyjście RA2 na stały, wysoki poziom logiczny. Kondensator C13 jest rozładowywany przez rezystor R24, a po około 3...5 s tranzystor VT3 zamyka się i całkowicie odłącza wzmacniacz sterujący od źródła zasilania. Dzięki temu prąd pobierany przez urządzenie w trybie uśpienia nie przekracza 10 μA, co w razie potrzeby pozwala zrezygnować z mechanicznego wyłącznika zasilania. Linie RA0 i RA1 mikrokontrolera w stanie uśpienia konfigurowane są jako wejścia i ustawiany jest na nich wysoki poziom napięcia logicznego (jak również na wejściach 1 i 2 dekodera) w momencie zwolnienia przycisków SB1 i SB2 dzięki rezystorom R1 i R3. Poziom wysoki działa także na wejściu 4 dekodera. Ta kombinacja poziomów na wejściach odpowiada niskiemu poziomowi na wyjściu 7, który jest dostarczany przez rezystor R21 do linii RB7 mikrokontrolera, która w tym przypadku służy jako wejście. Po naciśnięciu dowolnego przycisku zmienia się kod na wejściach dekodera, więc na jego wyjściu 7 niski poziom zostaje zastąpiony poziomem wysokim, który jest przekazywany przez rezystor R21 na wejście RB7 mikrokontrolera. W trybie uśpienia włączone jest przerwanie zmiany poziomu na tym wejściu, dzięki czemu po naciśnięciu dowolnego przycisku mikrokontroler powraca do trybu aktywnego. Urządzenie zasilane jest napięciem 5 V ze zintegrowanego stabilizatora napięcia NCP551SN50 (DA1). Mikroukład ten charakteryzuje się małą dopuszczalną różnicą pomiędzy napięciem wejściowym i wyjściowym oraz wyjątkowo niskim wewnętrznym poborem prądu (typowa wartość - 4 μA). Możliwe jest zastosowanie zamiast tego konwencjonalnego stabilizatora 78L05, jednak zanegowa to znaczenie trybu uśpienia ze względu na duży wewnętrzny pobór prądu przez stabilizator - około 3 mA. Wszystkie części urządzenia umieszczone są na płytce drukowanej o wymiarach 63x65 mm wykonanej jednostronnie z folii z włókna szklanego. Rysunek przewodów płytki drukowanej pokazano na ryc. 2. Rozmieszczenie części po obu stronach pokazano na ryc. 3. Wymiary płytki dobieramy tak, aby w przypadku multimetru DT-830 można było ją wygodnie umieścić w obudowie multimetru DT-XNUMX, po uprzednim odcięciu w niej plastikowych podstawek. Jednocześnie jest wystarczająco dużo miejsca na różne opcje baterii - od baterii Krona po pięć lub sześć ogniw galwanicznych lub akumulatorów AAA. Fakt, że wszystkie części, w tym przyciski, złącze wejściowe i blok śrubowy do zasilania napięciem, są kompaktowo umieszczone na płytce, pozwala na korzystanie z urządzenia nawet bez obudowy. Należy pamiętać, że wskaźniki znajdują się na dole tablicy. To rozwiązanie jest nieco nietypowe, ale zapewnia większy kąt widzenia wskaźnika.
Wskaźniki FYQ-3641AHR-11 można zastąpić innymi ze wspólnymi katodami, np. CPD-03641. Jeśli zamiast dekodera 74HC138N zainstalujesz 74AC138N, to w razie potrzeby możesz zwiększyć prąd nawet dwukrotnie, a tym samym jasność wskaźników, zmniejszając rezystancję rezystorów R10-R17 do 390 omów. Ale wtedy prąd pobierany przez urządzenie w trybie pracy wzrośnie proporcjonalnie. Moim zdaniem jasność wskaźników jest wystarczająca nawet przy wartościach tych rezystorów wskazanych na schemacie. Rezonator kwarcowy można stosować nie tylko przy częstotliwości 16 MHz, ale także przy 4 MHz, ale w tym przypadku minimalny mierzony czas trwania impulsu wzrośnie czterokrotnie. W artykule załączono opcje programu mikrokontrolera dla obu podanych wartości częstotliwości rezonatora. Przyciski SB1 i SB2 są taktowane i kątowe. Zamiast tranzystora BF998 można zastosować BF998R, różnica polega jedynie na wzajemnie lustrzanym ułożeniu pinów. Dlatego tranzystor BF988R będzie musiał zostać zamontowany na płycie w pozycji odwróconej. Tranzystor KT368A można zastąpić dowolnym podobnym tranzystorem npn małej mocy o częstotliwości odcięcia co najmniej 300 MHz. Diody 1N4148 można zastąpić domowymi seriami KD521, KD522. Gniazdo wejściowe XW1 wykorzystuje blokową część złącza zasilacza, przeznaczoną dla wtyku o średnicy 5,5 mm. Do wtyczki przylutowano kawałek ekranowanego drutu o długości 50 cm, na przeciwległym końcu do przewodu centralnego przylutowano sondę, a do jej oplotu przylutowano zacisk krokodylkowy. Aby zmniejszyć wymiary, kondensatory i rezystory są używane głównie do montażu powierzchniowego o standardowym rozmiarze 0805. Kondensator C13 jest tantalowy. Aby uniknąć niepożądanych zwarć na drukowanych przewodnikach, w miejscach przechodzenia pod elementami do montażu powierzchniowego przykleja się wstępnie paski papierowej taśmy klejącej. Rezystory wyjściowe stosuje się tam, gdzie jest to korzystne z punktu widzenia wygodnego okablowania drukowanych przewodów. W pierwszej kolejności na płytkę należy zamontować elementy do montażu powierzchniowego, następnie przewody połączeniowe, a na końcu elementy przewodów doprowadzających. W skrajnych przypadkach stabilizator NCP551SN50T1 można zastąpić tańszym LP2950CZ-5.0. Na płytce jest na to miejsce oznaczone DA1, ale w tym przypadku prąd pobierany w stanie uśpienia wzrośnie do 70...100 µA. Wygląd zmontowanej tablicy pokazano na ryc. cztery.
Przy zastosowaniu elementów wskazanych na schemacie oraz wysokiej jakości rezonatora kwarcowego, charakterystyka urządzenia wskazana na początku artykułu jest zapewniona bez żadnej regulacji. Jeśli dysponujemy dokładnym, standardowym miernikiem częstotliwości, warto podać na wejście urządzenia sygnał o częstotliwości 5...30 MHz i kontrolować jego wartość za pomocą standardowego miernika częstotliwości, tak aby uzyskać możliwie najbliższe odczyty z wyprodukowanego urządzenia poprzez regulację ich za pomocą kondensatora dostrajającego C7. W razie potrzeby wybierz rezystor R19, aby ustawić stałe napięcie w zakresie 2...2 V na kolektorze tranzystora VT3. Program mikrokontrolera napisany jest w języku asemblera MPASM. Załączone do artykułu pliki HEX do wczytania do pamięci mikrokontrolera (fmeter_X16_FULL.HEX dla rezonatora kwarcowego 16 MHz i fmeter_X4_FULL.HEX dla rezonatora kwarcowego 4 MHz) uzyskano poprzez emisję programu w środowisku MPLAB. Aby w pełni wykorzystać wszystkie możliwości urządzenia, najlepiej zastosować rezonator 16 MHz. Słowo konfiguracyjne jest automatycznie wprowadzane do pliku HEX programu podczas jego tłumaczenia, więc ręczna instalacja konfiguracji nie jest wymagana. Po włączeniu urządzenia, po powitaniu, wskaźnik wyświetla odczyty zgodnie z wcześniej wybranym trybem. Po naciśnięciu przycisku SB1 na wskaźniku pojawia się nazwa bieżącego trybu (w większości przypadków natychmiast, ale czasami może być konieczne przytrzymanie przycisku przez maksymalnie 2 sekundy). Po kolejnym naciśnięciu tego przycisku tryby i ich nazwy na wskaźniku zmieniają się w kółko: zwykły miernik częstotliwości Naciśnięcie przycisku SB2 w czasie, gdy na wyświetlaczu widoczny jest dowolny tryb, powoduje powrót urządzenia do stanu początkowego i odpowiednią zmianę trybu. Jeżeli w czasie oczekiwania (3...10 s) nie zostanie naciśnięty żaden przycisk, urządzenie powraca do stanu wyjściowego z poprzedniego (przed naciśnięciem przycisku SB1) trybu pracy. Jeżeli po pojawieniu się nazwy trybu na wskaźniku przytrzymasz przycisk SB1 dłużej niż 3 s, na wskaźniku pojawi się napis Naciskając przycisk SB2, gdy wyświetlany jest tekst Pozycje tego menu przełącza się kolejno poprzez naciśnięcie przycisku SB1, natomiast naciśnięcie przycisku SB2 powoduje zmianę wartości aktualnego parametru, która jest natychmiast wyświetlana na wskaźniku. Wyjście z zapisaniem ustawionych wartości parametrów - po upływie czasu oczekiwania bez naciskania przycisków. Naciśnięcie przycisku SB2 w stanie początkowym (w niektórych trybach trzeba przytrzymać do 2 s) spowoduje pojawienie się napisu na wskaźniku Przejście do trybu uśpienia następuje również w przypadku braku akcji na przyciskach przez 8-64 minuty. Konwencjonalny licznik częstotliwości Praca urządzenia w tym trybie opiera się na zliczaniu impulsów mierzonego sygnału przez timer mikrokontrolera TMR0 w określonym przedziale czasu. Ten odstęp (1 s) jest liczony w procedurze przetwarzania przerwania timera TMR3, wywoływanej z okresem 2 ms. Ta sama procedura wykonuje wyświetlanie dynamiczne. Gdy częstotliwość mierzonego sygnału jest mniejsza niż 10 MHz, wyświetlany jest znak Licznik niskiej częstotliwości W trybie miernika częstotliwości niskiej częstotliwości, podczas pomiaru częstotliwości do 1000 Hz, faktycznie mierzony jest okres sygnału, a częstotliwość jest obliczana jako jego odwrotność i wyświetlana w tysięcznych częściach herca (przecinek jest uwzględniany w czwartej cyfrze wskaźnik od prawej). Jeśli częstotliwość przekracza 1000 Hz, mierzy się ją w zwykły sposób. Przełączanie wsteczne następuje przy częstotliwości 900 Hz. Tryb ten umożliwia uzyskanie co najmniej trzech miejsc po przecinku wartości częstotliwości po przecinku na wskaźniku przy krótkim czasie pomiaru. Znak reżimu - znaki Pomiar okresu W tym trybie, gdy okres mierzonego sygnału jest większy niż 1000 μs, następuje bezpośredni pomiar za pomocą timera mikrokontrolera TMR1, taktowanego poprzez zliczanie impulsów o częstotliwości 1 MHz z wewnętrznego oscylatora. Przy mniejszym okresie sygnału mierzona jest jego częstotliwość, a okres obliczany jest jako jego odwrotność. Wynik jest zawsze wyświetlany w mikrosekundach, w tym drugim przypadku z trzema miejscami po przecinku. Znak trybu - znak Pomiar szerokości impulsu Dla impulsów dodatnich i ujemnych tryb ten różni się tylko tym, że w pierwszym przypadku mierzony jest czas od narastającego do opadającego zbocza sygnału, a w drugim - od opadającego do narastającego zbocza. Pomiar dokonywany jest poprzez bezpośrednie zliczanie odstępów czasu pomiędzy spadkami przez zegar mikrokontrolera TMR1, taktowany z wewnętrznego generatora impulsami o okresie 0,25 μs. Zapewnia to niezawodny pomiar czasów trwania wynoszących 3 μs i więcej. Jeżeli zmierzone impulsy są krótsze od podanej wartości, to moduł przechwytywania czasowego czasami nie ma czasu na uchwycenie obu zboczy ograniczając to w trakcie jednego impulsu i wychwytuje końcowe zbocze kolejnego impulsu (lub przez brak kilku impulsów). Porównując wyniki pomiaru czasu trwania i okresu powtarzania impulsów, program identyfikuje taką sytuację i odejmuje od zmierzonego czasu trwania impulsów wartość okresu powtarzania. Wynik w tym przypadku jest oczywiście mniej wiarygodny. Jeżeli odebrany zostanie czas dłuższy niż kilka okresów powtarzania impulsów, wyświetli się komunikat o nadmiernej częstotliwości sygnału. Czasy impulsów mniejsze niż 32768 μs wyświetlane są z rozdzielczością 0,25 μs, dłuższe - 1 μs. Znak reżimu - znaki Należy zauważyć, że asymetria części wejściowej urządzenia, a także obecność wyzwalacza Schmitta na wejściu RB3/CCP1 (pin 9) mikrokontrolera prowadzi do dużego błędu pomiaru czasu trwania impulsów przy płaskich krople. Błąd ten maleje wraz ze wzrostem amplitudy sygnału. Próba pomiaru sygnałów o amplitudzie mniejszej niż 0,1 V w dowolnym trybie może skutkować nieprawidłowymi odczytami. Dotyczy to jednak również innych podobnych urządzeń. Przy znanym stabilnym sygnale wejściowym znaczne wahania odczytów mogą być pośrednią oznaką jego niewystarczającej amplitudy. Jeżeli parametry sygnału wejściowego nie pozwalają na wykonanie pomiaru, na wyświetlaczu urządzenia pojawiają się komunikaty: literatura
Program mikrokontrolera można pobrać z ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/05/fmeter.zip. Autor: B. Balaev
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Synestezję można wywołać pod hipnozą ▪ Plastik do recyklingu w gospodarstwie domowym ▪ Odkryto ogromne naturalne źródło gazów cieplarnianych
▪ sekcja serwisu Syntezatory częstotliwości. Wybór artykułu ▪ Artykuł Hamleta. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Dlaczego miasto Waszyngton zostało stolicą? Szczegółowa odpowiedź ▪ Wskrzeszający artykuł Lewisii. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Ogień drukuje litery na gazecie. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
, miernik częstotliwości niskiej częstotliwości 
, pomiar okresu 
, mierząc czas trwania impulsów dodatnich 
, mierząc czas trwania impulsów ujemnych 
i znowu zwykły miernik częstotliwości.
. W takim przypadku naciśnięcie przycisku SB2, a także nienaciśnięcie przycisków w czasie oczekiwania powoduje przejście urządzenia w tryb uśpienia, z którego można wyjść naciskając dowolny przycisk. Wciśnięcie w tym trybie przycisku SB1 (oczywiście po wcześniejszym puszczeniu go) powoduje naprzemienne pojawianie się napisów na wyświetlaczu 
.
- okres wskazań, s; 
- czas oczekiwania na naciśnięcie przycisku, s; 
- czas do automatycznego wyłączenia, min. Zera w tych etykietach zostaną zastąpione bieżącymi wartościami odpowiednich parametrów, migając dla lepszej widoczności.
. Zwolnienie przycisku bezpośrednio po jego pojawieniu się powoduje wyświetlenie na wskaźniku przez 8 s wartości mierzonej zapisanej wcześniej w pamięci nieulotnej mikrokontrolera, migając w sposób różniący się od aktualnie mierzonej wartości. Jeśli, kiedy pojawi się napis 
na wskaźniku.
w najbardziej znaczącej cyfrze wskaźnika.
w dwóch najbardziej znaczących cyfrach wskaźnika. Przy wartościach o dużej częstotliwości są one naprzemiennie kasowane przez niezerowe bity wyższego rzędu wyniku pomiaru.
w najbardziej znaczącej cyfrze (z bezpośrednim pomiarem kropki) lub znakach 
w dwóch najbardziej znaczących cyfrach (przy pomiarze okresu poprzez częstotliwość). Podobnie jak w innych trybach, znaki te są nadpisywane przez niezerowe bity wyniku o wyższym znaczeniu.
(pomiar czasu trwania impulsów dodatnich) lub 
(pomiar czasu trwania impulsów ujemnych) w dwóch najbardziej znaczących cyfrach wskaźnika. Jeśli uzyskany wynik zostanie skorygowany o czas powtarzania impulsu, wówczas znak 
miga.
- zbyt duża częstotliwość, 
- okres jest zbyt długi, 
- brak sygnału.
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony