Схема. Частотомер — цифровая шкала с ЖК индикатором

Схема Частотомер — цифровая шкала с ЖК индикатором 3
Помимо улучшения чисто электрических параметров в этой конструкции улучшены и технические. Освободив Р1С-контроллер от рутинной работы по сканированию индикатора, удалось расширить диапазон допустимых частот опорного кварцевого генератора и существенно упростить процесс калибровки. Основные параметры частотомера, в сравнении с конструкцией на светодиодном индикаторе, приведены в табл. 1. Частоты более 40 МГц можно измерять, используя внешний СВЧ делитель с любым коэффициентом деления (в диапазоне 2…255). При использовании прибора в качестве цифровой шкалы в его энергонезависимую память можно записать до 15 промежуточных частот в диапазоне от 0 до 800 МГц. Их значения вводятся с точностью до 100 Гц и в любой момент могут быть изменены пользователем с помощью трех кнопок, расположенных на передней панели прибора. При этом показания индикатора будут определяться формулой
Fвх·Kд±Fпч
где Fвх — входная частота; Кд — коэффициент деления внешнего делителя; Fпч — промежуточная частота.

При использовании прибора в качестве цифровой шкалы время измерения может быть 0,1 или 1 с. Предел 10 с предназначен для проведения точных измерений относительно низких частот. Для цифровой шкалы такая точность не нужна, поэтому показания на пределе 10с определяются формулой Рвх·Кд.

В частотомере предусмотрена возможность программной калибровки, что позволяет использовать любые кварцевые резонаторы в диапазоне 1…20 МГц. Значения всех промежуточных частот, коэффициент деления используемого внешнего делителя, а также калибровочные константы могут изменяться пользователем без применения каких-либо дополнительных устройств. Они хранятся в энергонезависимой памяти контроллера. Принцип действия частотомера — классический: измерение числа импульсов входного сигнала за определенный интервал времени.
Схема Частотомер — цифровая шкала с ЖК индикатором 1
Принципиальная схема частотомера показана на рис. 1. Входной формирователь имеет полосу пропускания 10 Гц… 100 МГц. Однако быстродействие встроенного в контроллер DD2 делителя ограничивает верхнюю границу измеряемых частот значением 40…50 МГц. Нижнюю границу для синусоидального сигнала определяет емкость конденсаторов С1 и С5. Диоды VD1, VD2 защищают полевой транзистор от выхода из строя при попадании на вход высокого напряжения. Высокие параметры входного формирователя при сравнительно простой схеме и питании только от одного источника 5 В удалось получить благодаря применению триггера Шмитта DD1.1. С его выхода сформированные импульсы поступают на контроллер Р1С16СЕ625.

Управление прибором осуществляется с помощью трех кнопок, выведенных на переднюю панель, и пяти переключателей. Кнопки SB1 — SB3 служат для переключения времени измерения. При нажатии на SВ1 включается предел 0,1 с, а при нажатии на SB2 или SB3 — 1 или 10с соответственно. Новое значение на индикаторе появится через 0,1; 1 или 10с после отпускания SB1, SB2 или SB3. Если нажать и удерживать одну из этих кнопок, текущее значение частоты зафиксируется на индикаторе.

В частотомере использован ЖКИ индикатор типа КО-4В от телефона «PANAPHONE». Он выполнен на основе контроллера НТ1613 «Holtek» и выпускается зеленоградской фирмой «Телесистемы». Наряду со своими достоинствами — 10 разрядов, экономичность, простота управления, он имеет и существенные недостатки — может отображать всего 16 символов и не имеет десятичных точек. Поэтому для облегчения восприятия выводимой информации сотни герц на индикаторе отделены от единиц килогерц пустым знакоместом. Три светодиода HL1 — HL3 индицируют включенный предел измерения, а светодиод HL4 используется в качестве стабилитрона на 1,5 В.
Схема Частотомер — цифровая шкала с ЖК индикатором 4
Замкнутое состояние переключателя SA5 соответствует работе прибора с внешним СВЧ делителем, а разомкнутое — без. При использовании делителя цена младшего разряда меняется в соответствии с табл. 2.
Выключатели SA1 — SA4 служат для выбора одного из 15 заранее запрограммированных значений ПЧ. Соответствующий номер ПЧ набирается в коде 1-2-4-8. Если выключатели SA1 — SA4 разомкнуты, ПЧ равна 0 (режим частотомера). Выводы SA5 подсоединены к свободным контактам разъема, в который включается СВЧ делитель. На ответной части разъема между этими контактами установлена перемычка. Таким образом автоматически определяется подключение делителя. При необходимости на плату можно установить DIP-переключатели для выбора ПЧ и делителя.

Транзистор VT1 — полевой с изолированным затвором, каналом n-типа и напряжением затвор—исток 0…2 В при токе стока 5 мА — КП305А — В; КП31ЗА — Б; VT2, VT3 — КТ316, КТ368 и др. с граничной частотой не менее 600 МГц. DD1 — 74АС14 можно заменить на КР1554ТЛ2 или ТЛЗ. В последнем случае потребуется подкорректировать рисунок печатной платы. Неиспользуемые входы всех элементов DD1 следует подключить к шине +5 В. Применение ТТЛ аналогов в данной схеме нежелательно, так как это резко снижает верхнюю границу рабочих частот (до 10… 15 МГц).
Схема Частотомер — цифровая шкала с ЖК индикатором 2
Чертеж печатной платы частотомера приведен на рис. 2. Индикатор HG1, кнопки SB1 — SB3 и светодиоды индикации предела HL1 — HL3 размещают со стороны проводников. Выключатели SA1 — SA5 могут быть установлены как со стороны деталей, так и со стороны проводников. Несмотря на малый уровень помех, излучаемых прибором, его все же желательно экранировать, особенно если он будет использоваться в качестве цифровой шкалы совместно с приемником. В качестве блока питания можно использовать любой нестабилизированный источник напряжением 7,5… 14 В и током до 50 мА. Импульсный или бестрансформаторный блок питания применять не рекомендуется.
Налаживание частотомера заключается в установке тока транзисторов VT1, VT2 около 5 мА. Его выставляют подбором резистора R2. Напряжение на коллекторе VT2 должно быть примерно 3,6В. Затем подстроенным резистором R7 добиваются максимальной чувствительности прибора на высоких частотах. Напряжение на коллекторе VT3 должно быть при этом около 2,5 В.

После изготовления и проверки работоспособности частотомера необходимо выставить все необходимые значения его параметров. Они устанавливаются в сервисном режиме кнопками SB1 — SB3. Для входа в этот режим следует нажать эти три кнопки одновременно. При этом на индикаторе появится значение времени измерения, которое будет выбираться по умолчанию при включении прибора. Нажимая на кнопку SB1 или SB2, можно выбрать одно из трех значений — 0,1; 1 или 10с. После этого следует нажать SB3. При этом выбранное значение заносится в энергонезависимую память, а на индикаторе появляется значение коэффициента деления СВЧ делителя, который будет использоваться с прибором. Изменить его значение можно, нажимая SB1 или SB2, а затем подтвердить выбор, нажав SB3. Если один или несколько из переключателей SA1 — SA4 замкнуты, на индикаторе появляются номер включенной ПЧ и ее знак (стилизованный + или -). Выбор знака производится SB1 или SB2, нажатие SB3 подтверждает выбор, и на индикатор выводится значение ПЧ, которое можно изменять, нажимая опять же SB1 или SB2. Скорость изменения будет увеличиваться в зависимости от времени нажатия на кнопку, т. е. чем дольше держать нажатой кнопку, тем быстрее будут изменяться показания. Цена младшего разряда — 100 Гц. Подтверждение выбора аналогично предыдущим режимам — нажатие SB3.

После этого на индикаторе появляются символы «——-«. Если не нажимать ни одну из кнопок, примерно через 3 с прибор перейдет в режим измерения с вновь выбранными параметрами. Для входа в режим калибровки следует в течение этих трех секунд нажать кнопку SB3. Процесс калибровки в данной конструкции предельно упрощен. Для этого достаточно просто ввести истинную частоту генерации кварца, нажимая на кнопки SB1 или SB2 аналогично вводу значений промежуточных частот, описанному выше. Только цена младшего разряда индикатора в этом режиме равна 1 Гц. Выставив нужное значение, следует нажать кнопку SB3.

Частотомер может работать практически с любым кварцевым резонатором, однако оптимальным является значение около 4 МГц. На меньшей частоте снижается быстродействие PIC-контроллера, а повышение тактовой частоты увеличивает потребляемый ток, не давая особых преимуществ. Следует учитывать, что в этой схеме кварц возбуждается на частоте параллельного резонанса, а на отечественных резонаторах обычно указывается частота последовательного резонанса, которая может отличаться на несколько килогерц.

Определить истинную частоту генерации кварцевого резонатора можно, подключив образцовый частотомер в точку XN1. При этом конденсатор С8 должен быть в среднем положении. Измеренное значение округляют до ближайшего, кратного 40 Гц, например, 4 000 000, 4 000 040, 4 000 080 и т. д.
После калибровки следует подключить данный прибор и образцовый частотомер к генератору сигналов частотой 20…40 МГц и амплитудой 0,2…0,5 В. Окончательно точного соответствия показаний частоты добиваются подстройкой конденсатора С8. Если диапазона его изменения не хватает, значит частота кварца была введена не верно и ее следует изменить, как было описано выше.

Прилагаемые файлы:   chlcde25.zip

Николай Хлюпин (RA4NAL), г. Киров
«Радио» №7 2004г.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *