Частотомір – цифрова шкала з РКІ.

Цей прилад розроблений на основі й виходячи з досвіду експлуатації попередньої конструкції автора – Частотомір – цифрова шкала на PIC16CE625 [1]. Застосування РКІ індикатора дозволило знизити споживаний струм, зменшити рівень перешкод, зменшити габарити, а також спростити схему і конструкцію приладу.


Рис.1. Частотомір – цифрова шкала з РКІ.

Звільнивши PIC контролер від рутинної роботи по скануванню індикатора вдалося розширити діапазон допустимих частот опорного кварцового генератора і істотно спростити процес калібрування. Основні параметри частотоміра в порівнянні з конструкцією на світлодіодному індикаторі наведені в таблиці 1.

Таблиця 1.

Параметр

Частотомір з РКІ

Частотомір зі світлодіодним індикатором

Діапазон вимірюваних частот

10 Гц … 40 МГц

10 Гц … 40 МГц

Чутливість

75 … 150 мВ

100 … 200 мВ

Час вимірювання

0,1 – 1 – 10 сек

0,1 – 1 – 10 сек

Допустимі значення ПЧ

0 … 800 МГц

0 … 100 МГц

Частота опорного кварцу

1 … 20 МГц

3,8 … 4,2 МГц

Параметри, що вводяться при калібруванні

Частота кварцу

9 констант

Максимальний споживаний струм

30 мА

130 мА

Частоти більш 40МГц можна вимірювати, використовуючи зовнішній СВЧ дільник з будь-яким коефіцієнтом ділення в діапазоні 2 … 255. Схему СВЧ дільника на 10 можна взяти з іншої конструкції автора – Частотомір на однокристальним мікроконтролері [2]. При використанні приладу у якості цифрової шкали в його енергонезалежну пам'ять можна записати до 15 проміжних частот у діапазоні від 0 до 800МГц. Їх значення вводяться з точністю до 100Гц і в будь-який момент можуть бути змінені користувачем за допомогою 3-х кнопок, розташованих на передній панелі приладу. При цьому показники індикатора будуть визначатися формулою: [Fвх * Кд + / – Fпч], де:

Fвх – вхідна частота;
Кд – коефіцієнт розподілу зовнішнього дільника;
Fпч – проміжна частота.

Віднімання здійснюється за абсолютною величиною, тобто з більшого значення віднімається менша. При використанні приладу у якості цифрової шкали час вимірювання може бути 0,1 сек або 1сек. Межа 10сек призначений для проведення точних вимірювань відносно низьких частот. Для цифрової шкали така точність не потрібна, тому свідчення на межі 10сек визначаються формулою: [Fвх * Кд]. У частотоміри передбачена можливість програмної калібрування, що дозволяє використовувати будь-які кварцові резонатори у діапазоні 1 … 20МГц.

Верхня межа визначається можливостями використовуваного PIC контролера. Значення всіх проміжних частот, коефіцієнт ділення використовуваного зовнішнього дільника, а також калібрувальні константи можуть змінюватися користувачем без застосування будь-яких додаткових пристроїв. Вони зберігаються в енергонезалежній пам'яті PIC контролера. Принцип дії частотоміра – класичний: вимір кількості імпульсів вхідного сигналу за певний інтервал часу. Принципова схема приладу показана на рис.2.


Рис.2.

Зважаючи на малих габаритів всієї конструкції вирішено було відмовитися від окремого виносного пробника, конструктивно об'єднавши його з вхідним формувачів. Завдяки цьому вдалося дещо спростити схему, зберігши вхідний опір частотоміра 500ком і чутливість близько 100мв. При використанні зазначених на схемі деталей вхідний формувач має смугу пропускання 10Гц … 100МГц.

Однак швидкодія вбудованого в PIC контролер дільника обмежує верхню межу вимірюваних частот значенням 40 … 50МГц. Нижня межа для синусоїдального сигналу визначається ємністю C1 і C5. Діоди VD1, VD2 захищають польовий транзистор від виходу з ладу при попаданні на вхід високої напруги. Високі параметри вхідного формувача при порівняно простою схемою і харчуванні тільки від одного джерела 5в вдалося отримати завдяки застосуванню КМОП тригера Шмітта DD2 типу 74AC14. З його виходу сформовані імпульси надходять на PIC контролер PIC16F84.

Управління приладом здійснюється за допомогою 3-х кнопок, виведених на передню панель і 5-і перемикачів. Кнопки SB1 … SB3 служать для перемикання часу вимірювання. При натисканні на SB1 включається межа 0,1 сек, а при натисненні на SB2 або SB3 – 1cек або 10сек відповідно. Нове значення на індикаторі з'явиться через 0,1; 1 або 10сек після відпускання SB1, SB2 або SB3. Якщо натиснути і утримувати одну з цих кнопок, поточне значення частоти зафіксується на індикаторі.

Використаний РКІ індикатор призначений для телефонів. Він виконаний на основі контролера HT1613 фірми "Holtek" і випускається Зеленоградський фірмою "Телесистеми". Ви можете завантажити фірмову документацію на цей індикатор [3]. Імпортний аналог імовірно KO-4B від телефону "PANAPHONE". Поряд зі своїми достоїнствами – 10 розрядів, економічність, простота управління, він має і суттєві недоліки – Може відображати лише 16 символів і не має десяткових точок.

Тому для полегшення сприйняття виводиться інформації сотні герц на індикаторі відділяються від одиниць кілогерц порожнім знакомісць. Крім того, в прилад введено 3 світлодіода HL1 … HL3, які індиціюється включений межа вимірювання. HL4 використовується як стабілітрон на 1,5 В. Замкнутий стан перемикача SA5 відповідає роботі приладу із зовнішнім СВЧ дільником, а розімкнутого – без. При використанні дільника змінюється ціна молодшого розряду наступним чином:

Час вимірювання

Кд = 1 … 2

Кд = 3 … 20

Кд = 21 … 255

0,1 сек

100 Гц

100 Гц

1 КГц

1 сек

1 Гц

10 Гц

100 Гц

10 сек

0,1 Гц

1 Гц

10 Гц

SA1 … SA4 служать для вибору одного з 15 заздалегідь запрограмованих значень ПЧ. Відповідний номер ПЧ набирається в коді 1-2-4-8. Якщо перемикачі SA1 … SA4 розімкнуті, ПЧ = 0 (режим частотоміра). Висновки SA5 приєднані до вільних контактів роз'єму, до якого включається СВЧ дільник. На відповідної частини роз'єму між цими контактами встановлена перемичка. Таким чином автоматично визначається підключення дільника. При необхідності на плату можна встановити DIP перемикачі для вибору ПЧ і дільника.

Транзистор VT1 – польовий з ізольованим затвором, каналом n-типу і напругою затвор-витік 0 … 2в при струмі стоку 5мА – КП305А, Б, В; КП313А, Б; VT2, VT3 – КТ316, КТ368 і ін з граничною частотою не менше 600МГц. DD1 – 74AC14 можна замінити на КР1554ТЛ2 або КР1554ТЛ3. В останньому випадку буде потрібно підкоригувати малюнок друкованої плати. Невикористані входи всіх елементів DD1 слід підключити до +5 в. Застосування ТТЛ аналогів в даній схемі небажано, тому що це різко знижує верхню межу робочих частот (до 10 … 15МГц). Світлодіоди HL1 … HL4 червоного кольору світіння.


Рис.3. Друкована плата частотоміра.


Рис.4. Розміщення деталей на платі.


Мал.5. Друкована плата в масштабі 1:1 (вид з боку деталей).


Рис.6. Друкована плата в масштабі 1:1 (вид з боку монтажу).

Друкована плата частотоміра показана на рис. 2 … 5. Індикатор HG1, кнопки SB1 … SB3 і світлодіоди індикації межі HL1 … HL3 розміщуються з боку монтажу. Перемикачі SA1 … SA5 можуть бути встановлені як з боку деталей, так і з боку монтажу. Незважаючи на малий рівень перешкод, випромінюваних приладом, його все ж таки бажано екранувати, особливо якщо він буде використовуватися в якості цифрової шкали цією системою. У якості блоку живлення можна використовувати будь-який нестабілізованим джерело напругою 7,5 … 14в і струмом до 50мА.

Імпульсний або бестрансформаторних блок живлення застосовувати не рекомендується. Налагодження частотоміра полягає в установці струму транзисторів VT1, VT2 близько 5мА. Його виставляють, підбираючи R2. Напруга на колекторі VT2 має бути приблизно +3,6 в. Потім резистором R8 домагаються максимальної чутливості приладу на високих частотах. Напруга на колекторі VT3 повинно бути при цьому близько 2,5 у. Після виготовлення та перевірки працездатності частотоміра необхідно виставити всі необхідні значення його параметрів. Вони встановлюються в сервісному режимі кнопками SB1 … SB3. Для входу в цей режим слід натиснути ці 3 кнопки одночасно. При цьому на індикаторі з'явиться значення часу вимірювання, яке буде обиратися за замовчуванням при включенні приладу. Натискаючи на кнопку SB1 або SB2 можна вибрати одне з 3-х значень – 0,1 с; 1с або 10с.

Після цього слід натиснути SB3. При цьому вибране значення заноситься в енергонезалежну пам'ять, а на індикаторі з'являється значення коефіцієнта розподілу НВЧ дільника, який буде використовуватися з приладом. Змінити його значення можна, натискаючи SB1 або SB2, а потім підтвердити вибір, натиснувши SB3. Якщо один або декілька з перемикачів SA1 … SA4 замкнені, на індикаторі з'являється номер включеної ПЧ і її знак (стилізований + чи -). Вибір знака проводиться SB1 або SB2, натискання SB3 підтверджує вибір і на індикатор виводиться значення ПЧ, яке можна змінювати, натискаючи знову ж таки SB1 або SB2. Швидкість зміни буде зростати в залежності від часу натискання на кнопку, тобто чим довше тримати натиснутою кнопку, тим швидше будуть змінюватися свідчення. Ціна молодшого розряду 100Гц. Підтвердження вибору аналогічно попереднім режимам – натискання SB3.

Після цього на індикаторі з'являються символи "———-". Якщо не натискати жодну з кнопок, приблизно через 3 сек прилад перейде в режим вимірювання із знов обраними параметрами. Для входу в режим калібрування слід протягом цих 3-х секунд натиснути кнопку SB3. Процес калібрування у даній конструкції гранично спрощений. Для цього достатньо просто ввести істинну частоту генерації кварцу натискуючи кнопки SB1 або SB2 аналогічно введенню значень проміжних частот, описаного вище. Тільки ціна молодшого розряду індикатора в цьому режимі дорівнює 1Гц. Виставивши потрібне значення слід натиснути SB3. Частотомір здатний працювати практично з будь-яким кварцовим резонатором, проте оптимальним є значення близько 4МГц. На меншій частоті знижується швидкодію PIC контролера, а підвищення тактової частоти збільшує споживаний струм, не даючи особливих переваг.

Слід враховувати, що в цій схемі кварц порушується на частоті паралельного резонансу, а на вітчизняних кварцу звичайно вказується частота послідовного резонансу, яка може відрізнятися на кілька кілогерц. Визначити істинну частоту генерації кварцу можна, підключивши зразковий частотомір в точку XN1. При цьому конденсатор С8 повинен бути в середньому положенні. Виміряне значення округляється до найближчого, кратного 40Гц, наприклад, 4000000, 4000040, 4000080 і т.д. Після калібрування слід підключити даний прилад і зразковий частотомір до генератора сигналів частотою 20 … 40 МГц та амплітудою 0,2 … 0,5 В.

Остаточно точної відповідності показань частоті домагаються обертанням С7. Якщо діапазону його зміни не вистачає, значить частота кварцу була введена не вірно і її слід змінити, як було описано вище. Без будь-яких змін схеми, в приладі можна використовувати більш досконалий але, як не дивно, має меншу вартість контролер типу PIC16F628. Однак програма для нього буде дещо інша. Розроблено також версія прошивки для PIC16CE625, яку також можна використовувати в частотоміри [4].

Важко знайти прилад, що перевершує цей частотомір за співвідношенням ціна / якість, тому інтерес до нього не слабшає. Ви можете завантажити креслення друкованої плати частотоміра [5], який перевів у формат Sprint Layout 3.0 один з радіоаматорів. Дистрибутиви російськомовної версії Sprint Layout можна знайти тут [6]. Якщо виникнуть труднощі з придбанням ЖКІ з'являється, ви можете зробити його аналог на світлодіодних індикаторах АЛС-318 [7]. Прошивки для PIC16F84 і PIC16F628 можна замовити у автора.

З усіх виникаючих питань пишіть автору ra4nalr@write.kirov.ru

М. Хлюпін, (RA4NAL)

www.kirov.ru/ ~ ra4nalr /

Література:

  1. Частотомір – Цифрова шкала на PIC16CE625
  2. Частотомір на однокристальним мікроконтролері
  3. Фірмова документація zip – 70kb
  4. Версія прошивки для PIC16CE625
  5. Креслення друкованої плати частотоміра zip – 27kb
  6. Дистрибутив російськомовної версії Sprint Layout – zip 600kb
  7. Аналог на світлодіодних індикаторах АЛС-318.