Частотомір на мікроконтролерах

Д. БОГОМОЛОВ, м.Москва

Принцип роботи приладу описуваного (як і інших частотоміром) полягає в підрахунку які прийшли на його вхід імпульсів за фіксований проміжок часу. Ось його основні технічні характеристики: інтервал вимірюваної частоти сигналу – від 1 Гц до 50 МГц при мінімальному напрузі вхідного сигналу 0,5 В. Розрядність індикатора – 8, що дозволяє вимірювати високочастотні сигнали з точністю до 1 Гц. Напруга живлення – 9 В, а споживаний струм від використовуваних залежить індикаторів.

На рис. 1 показана схема частотоміра. У використовуваному мікроконтролері КР1878ВЕ1 шестнадцатіразрядний таймер-лічильник має восьмібітний предделітель і трехбітний лічильник переповнення, що в сумі складає 27 розрядів. Таким чином, лічильник може рахувати до 134 217 727. Швидкодія мікроконтролера обмежена частотою 50 МГц. Це значення є максимальною вимірюваної частотою сигналу. Секундний інтервал відлічують з допомогою програмно організованих циклів, у які також введена динамічна індикація свідчень.
Після закінчення рахунку отримати значення виміряної частоти простим опитуванням регістрів можна тільки з шестнадцатіразрядного таймера-лічильника і Трьохрозрядний лічильника переповнювання. Дані, що знаходяться в восьмирозрядного предцелітеле, витягають методом долічування. На вхід перед-дільника подають поодинокі імпульси і, коли фіксують його переповнення (у всіх розрядах – нулі), обчислюють записане в ньому значення, рівне 256 за вирахуванням кількості поданих імпульсів. Після цього двійкове число перетворять в двійково-десяткове, а потім – в код семіелементного індикатора. У ньому гасять незначущих нулі і при наступному вимірі виводять на табло.
У пристрої застосовані три Трьохрозрядний світлодіодних індикатора підвищеної яскравості від АВНу. При їх відсутності можна застосувати будь-які інші світлодіодні індикатори на необхідне число розрядів, наприклад, серії АЛС318. Аноди індикаторів через струмообмежувальні резистори R8-R15 підключені до порту У мікроконтролера. Катоди з'єднані з виходами дешифратора DD3 К555ІД10, вихідний струм яких в стані лог. Про може досягати 24 мА. Індикація йде справа наліво, тобто перший розряд – правий по схемі. Дев'ятий розряд не підключений, однак при необхідності його можна використовувати для виводу будь-якої службової інформації.
Для підвищення стабільності генератор зразкової частоти виконаний на елементах DD1.1 – DD1.3, що живляться від окремого стабілізатора DA1. Програмний спосіб відліку часу вимірювання дозволяє застосовувати кварцові резонатори на будь-яку частоту. Слід лише змінити програмні цикли, а це вельми просто, так як всі інструкції в мікроконтролері виконуються за два такти. Верхнє значення зразкової частоти становить 8 МГц, нижнє визначається тим, що вихідний сигнал предделітеля синхронізується сигналом тактової частоти процесора і не може бути вище 1/4…1/12 її значення в залежності від типу процесора. На жаль, в документації на мікроконтроллер ці параметри не зазначені. У схожого контролера фірми Microchip тривалість вхідного сигналу не повинна бути менше чотирьох тактів процесора. З огляду на восьмирозрядний асинхронний предделітель, визначимо мінімальну зразкову частоту: 50 000×4/256 = 781,25 кГц.
Частотомір зібраний на макетної платі розмірами 30×72 мм. З'єднання виконані навісним монтажем проводом МГТФ.
Правильно зібраний частотомір після включення повинен показати на табло число 87654321 і потім перейти в режим рахунку, індіціруя при відсутності вхідного сигналу нуль в першому розряді. Якщо індикація відсутній, слід перевірити наявність сигналу зразкової частоти. Потім необхідно переконатися, що на входи дешифратора подається скануючий код. Вхід серпня мікросхеми DD3 має бути з'єднаний із загальним проводом, інакше її виходи будуть закриті. Крім того, можна спробувати виконати зовнішній скидання, замкнувши на час висновки конденсатора С3.
Для перевірки можна подати на вхід мікроконтролера сигнал з генератора зразкової частоти, з'єднавши вихід елемента DD1.3 з входом DD1.4. На індикаторі висвітиться його частота, в нашому випадку – 4 МГц. Калібрують частотомір за допомогою зовнішнього генератора.
Не можна подавати вимірюваний сигнал безпосередньо на виведення таймера мікроконтролера (PA4/TCLC), так як на цей висновок подається сигнал до-рахунки. Щоб запобігти перевантаження і можливу псування елементів пристрою, включений струмообмежувальні резистор R6.
Програма, що управляє мікроконтролером, досить проста, її легко модернізувати або доповнити новими функціями. Коди програми наведені в таблиці (в комірках з адреси 0000 по 01FF записані нулі), а повний авторський варіант розміщено на ftp-сервері журналу за адресою: ftp.radio.ru/pub/2000/10/frequency/frequency.zip (Після розархівування файл "f.mic"). Або архів frequency.zip (3,5 КБТ) з нашого сайту. Можна завантажити у нас і просто сам файл: f.mic (10 КБТ).
Опис мікроконтролера КР1878ВЕ1 – в Інтернеті на сайті виробника www.angstrem.ru. На жаль, в документації є помилки в цокольовка мікроконтролера і описі компілятора TESSA. Замість команд etc, ctz, ctn, ctie повинні бути clc, clz, cln, clie. При програмуванні мікроконтролера слід включити режим внутрішнього генератора на частоту від 500 до 8000 кГц.
Схема простого програматора для КР1878ВЕ1, що підключається до паралельного порту комп'ютера, наведена на рис. 2. Він зібраний на макетної платі розмірами 42×52 мм. Всі з'єднання виконані проводом МГТФ. Зовнішній вигляд програматора показано на рис. 3.

На рис. 4 показаний зовнішній вигляд макета цифрової шкали для приймача з KB діапазоном або трансівера.

Конструктивно шкала, як і частотомір, зібрана на двох платах, з'єднаних роз'ємом: платі РКІ і основний, на якій розміщені всі інші деталі

(На фотографії плати показані окремо).
Схемотехнічних цифрова шкала відрізняється від частотоміра наявністю РКІ замість світлодіодного індикатора і відсутністю що стала непотрібною мікросхеми К555ІД10, що виконує в частотоміри функцію буфера.

Радіо № 10, 2000 с.4-6