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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Contatore di frequenza fino a 1250 MHz. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Questo dispositivo non ha solo un ampio limite superiore della frequenza misurata, ma anche una serie di funzioni aggiuntive. Misura lo scostamento della frequenza dal valore iniziale, la durata degli impulsi e le pause tra di essi e conta il numero di impulsi. Può essere utilizzato anche come divisore di frequenza del segnale in ingresso con un coefficiente di divisione impostabile entro un ampio intervallo. Il frequenzimetro proposto contiene sei microcircuiti: un comparatore di tensione AD8611ARZ [1], un sintetizzatore di frequenza LMX2316TM [2], un D-trigger 74HC74D [3], un selettore-multiplexer 74HC151D [4], un microcontrollore PIC16F873A-1/SP [ 5] e un regolatore di tensione integrato TL7805 . Visualizza i risultati della misurazione sul simbolico LCD WH1602B [6]. Principali caratteristiche tecniche
Quando il dispositivo viene spento, il microcontrollore ricorda nella sua EEPROM le modalità di funzionamento impostate e le ripristina all'accensione. Lo schema del frequenzimetro è mostrato in Fig. 1. Il generatore di clock del microcontrollore DD3 è stabilizzato da un risonatore al quarzo ZQ1. Il condensatore trimmer C13 consente di impostare la frequenza dell'orologio esattamente su 4 MHz. Il regolatore di tensione +5 V è assemblato sul chip DA2. Il resistore trimmer R23 regola la luminosità della retroilluminazione dello schermo LCD HG1. Il contrasto ottimale dell'immagine su di essa viene impostato utilizzando il resistore di rifinitura R21.
I pulsanti SB1-SB3 controllano il dispositivo. Il pulsante SB1 viene utilizzato per selezionare il parametro misurato. Utilizzando il pulsante SB2, selezionare il connettore a cui viene fornito il segnale misurato. A seconda della frequenza e della forma del segnale di ingresso, questo può essere XW1 (impulsi di livello logico con una frequenza di 0,1 Hz...80 MHz), XW2 (segnali di forma d'onda arbitraria analogica con una frequenza di 1 Hz...80 MHz) oppure XW3 (segnali con frequenza 20...1250 MHz). Il pulsante SB3 avvia e arresta la misurazione nelle modalità contatore di impulsi e misurazione della deriva di frequenza. Una pressione prolungata (più di 1 s) su questo pulsante commuta dalla modalità di misurazione della frequenza alla modalità di divisione della frequenza e invia il risultato al connettore XW1. Quando i pulsanti non vengono premuti, i resistori R12-R14 mantengono livelli elevati agli ingressi del microcontrollore a cui sono collegati. I resistori R4 e R6 creano un offset costante di circa 100 mV all'ingresso non invertente del comparatore DA1. I resistori R5 e R7 sono un circuito di feedback positivo necessario per ottenere l'isteresi nella caratteristica di commutazione del comparatore. I diodi VD1 e VD2 insieme al resistore R2 formano un limitatore di tensione di ingresso a due vie sull'ingresso invertente del comparatore. Il chip DD1, il cui scopo principale è quello di funzionare nei sintetizzatori di frequenza nella gamma di 1,2 GHz, contiene due divisori di frequenza con un coefficiente di divisione variabile, che vengono utilizzati nel dispositivo descritto per dividere la frequenza dei segnali di ingresso forniti ai connettori XW2 e XW3 per un numero specificato di volte. Il microcontrollore imposta i coefficienti di divisione e la modalità operativa di questo microcircuito inviando comandi tramite la sua interfaccia seriale (ingressi Orologio, Dati, LE). A seconda della modalità impostata, l'uscita Fo/LD riceve il risultato di uno di questi divisori. Il resistore R19 e il condensatore C19 formano un filtro di potenza per il microcircuito DD1, mentre i diodi VD3 e VD4 proteggono l'ingresso di uno dei suoi divisori di frequenza, collegato direttamente al connettore XW3, dal sovraccarico. Sul trigger DD4.1 è assemblato un singolo vibratore che genera impulsi con una durata di 0,5 μs dai segnali di uscita dei divisori di frequenza. Il suo circuito di temporizzazione è il resistore R17 e il condensatore C10. Il formatore di impulsi fornito al connettore XW1 è assemblato sul transistor VT1 con un carico del collettore - resistore R8. Funziona quando l'uscita RC5 del microcontrollore è impostata su un livello logico alto. Altrimenti, il driver viene spento e non influisce sui segnali esterni forniti al connettore XW1. Pertanto, il connettore XW1 può essere sia un ingresso quando si misura la frequenza e la durata dei segnali logici, sia quando si contano gli impulsi, sia un'uscita nelle modalità di divisione di frequenza. Il resistore R11 serve a proteggere l'ingresso 0 del selettore-multiplexer DD2 da segnali di elevata ampiezza applicati accidentalmente al connettore XW1. Il selettore-multiplexer, secondo i comandi del microcontrollore, fornisce ai suoi ingressi destinati a misurare la frequenza e la durata degli impulsi sia impulsi di livello TTL dal connettore XW1, sia segnali ricevuti sul connettore XW2 e convertiti in tali impulsi dal comparatore DA1, o segnali ricevuti al connettore XW3 e passati attraverso il divisore di frequenza del chip DD1. Il microcontrollore esegue le operazioni di base di misurazione della frequenza, durata e conteggio degli impulsi. Visualizza inoltre i risultati della misurazione sul display LCD dell'HG1 e controlla il funzionamento dell'intero dispositivo. Il programma del microcontrollore è scritto nel linguaggio assembly MASM, che fa parte dell'ambiente di sviluppo del programma MPLAB IDEv7.5. Nelle modalità di misurazione della frequenza, il microcontrollore conta gli impulsi ricevuti all'ingresso T0CKI durante un intervallo di misurazione selezionato dall'utente (0,01, 0,1, 1 o 10 s). Quando si misura la frequenza di un segnale fornito al connettore XW3, la sua frequenza viene prima divisa per 1000 da uno dei divisori del chip DD1. Quando si misura la durata degli impulsi di livello logico alto, il microcontrollore, in base al fronte di salita dell'impulso misurato sull'ingresso INT, inizia a contare gli impulsi con una frequenza di 1 MHz, ottenuta dividendo la sua frequenza di clock. Arresta questo conteggio sul fronte di discesa dell'impulso misurato. Nel caso della misurazione della durata di un impulso di basso livello, il conteggio inizia lungo il fronte di discesa e termina lungo il fronte di salita. Una volta abilitata la modalità di misurazione della deriva della frequenza, il microcontrollore effettua una prima misurazione della frequenza del segnale di ingresso, quindi ripete periodicamente queste misurazioni. Il programma sottrae il risultato della prima misurazione da ciascuna successiva e visualizza la differenza attuale sull'indicatore. Dopo aver interrotto questa modalità, il display LCD visualizza le deviazioni massime di frequenza registrate verso l'alto e verso il basso rispetto a quella iniziale registrata durante la misurazione. Per misurare la frequenza di ripetizione degli impulsi logici con livelli TTL, utilizzare il pulsante SB2 per selezionare il connettore di ingresso XW1. Il microcontrollore genera il codice 0 sulle uscite RC2-RC000, ponendo così il selettore DD2 in uno stato in cui il segnale dal connettore XW1 viene inviato all'ingresso TOSK1 del microcontrollore per misurare la frequenza e al suo ingresso INT per misurare la durata dell'impulso. Il programma visualizza i risultati della misurazione sul display LCD dell'HG1 (Fig. 2) e le durate degli impulsi di livello alto (H) e basso (L) si alternano sullo schermo. Il codice sul lato destro della riga superiore indica il tempo di conteggio specificato: "10" - 10 s, "1" - 1 s, ".1" - 0,1 s e ".01" - 0,01 s. Il simbolo del connettore di ingresso selezionato viene visualizzato sul lato destro della riga inferiore: TTL - XW1, VHF - XW2, UHF - XW3.
Quando si misura la frequenza dei segnali analogici (fino a 80 MHz), utilizzare il pulsante SB2 per selezionare l'ingresso XW2. Sulle uscite RC0-RC2, il microcontrollore genera il codice 001, spostando il multiplexer DD2 in una posizione in cui il segnale proveniente dal connettore XW2, convertito in impulsi rettangolari dal comparatore DA1, viene fornito all'ingresso TOCKI del microcontrollore. Il programma misura la frequenza del segnale e visualizza il risultato sul display LCD (Fig. 3).
Per misurare segnali RF con frequenze fino a 1250 MHz, utilizzare il pulsante SB2 per selezionare il connettore di ingresso XW3. Il segnale da esso va all'ingresso fIN divisore di frequenza presente nel chip DD1. Il coefficiente di divisione è impostato dal microcontrollore su 1000. Il segnale proveniente dall'uscita del divisore di frequenza, convertito in impulsi della durata di circa 0,5 μs da un one-shot sul trigger DD4.1, viene fornito attraverso il multiplexer DD2 a l'ingresso TOCKI del microcontrollore. Il multiplexer viene impostato sulle uscite RC010-RC0 del microcontrollore tramite il codice 2 nello stato richiesto a tale scopo. Il programma del microcontrollore misura la frequenza e, tenendo conto del coefficiente di divisione, visualizza il risultato sul display LCD (Fig. 4).
Gli impulsi da contare vengono forniti al connettore di ingresso XW1 o XW2. Utilizzare il pulsante SB2 per selezionare uno di questi ingressi e il pulsante SB1 per selezionare la modalità CONTATORE (Fig. 5). Il conteggio viene avviato premendo il pulsante SB3, che è accompagnato dalla sostituzione del segno OFF sullo schermo con il segno ON. Per interrompere il conteggio si preme nuovamente il pulsante SB3 e la label ON viene sostituita dalla label OFF. Il programma visualizza sul display LCD il numero di impulsi accumulati durante il tempo dall'inizio all'arresto.
Per misurare la deriva di frequenza, il segnale (a seconda della sua forma e frequenza) viene inviato a uno dei connettori di ingresso XW1-XW3, questo connettore viene selezionato con il pulsante SB2 e la funzione “+/-FREQUENCV” (il suo nome è accompagnato dalla scritta OFF) viene selezionato con il tasto SB1. iniziare premendo il tasto SB3, mentre la scritta OFF viene sostituita dalla scritta ON. Il dispositivo misura la deriva di frequenza e ne visualizza il valore attuale sul display LCD (Fig. 6) Dopo aver premuto nuovamente il pulsante SB3, interrompendo la misurazione, i valori massimi registrati durante la misurazione appaiono sul display LCD con movimento di frequenza su e giù rispetto all'originale (Fig. 7).
Per dividere la frequenza di un segnale analogico con una frequenza fino a 80 MHz, utilizzare il pulsante SB2 per selezionare il connettore di ingresso XW2 e applicarvi un segnale, la cui frequenza deve essere divisa. Dall'uscita del comparatore DA1 va all'ingresso OSCIN del divisore di frequenza R_Counter del chip DD1. Il microcontrollore imposta il coefficiente di divisione richiesto di questo divisore tramite l'interfaccia seriale e collega la sua uscita all'uscita Fo/LD del microcircuito. Premendo il pulsante SB1 si riduce il coefficiente di divisione, premendo il pulsante SB2 lo si aumenta. Quanto più a lungo si tiene premuto il pulsante, tanto più velocemente cambia il coefficiente. Il microcontrollore imposta l'uscita RC5 su alto, commutando il connettore XW1 in modalità uscita. Sulle sue uscite RC0-RC2, il microcontrollore genera il codice 000, quindi il segnale in uscita al connettore va anche all'ingresso T0SCI del microcontrollore per la misurazione della frequenza. In questa modalità la durata dell'impulso non viene misurata.
Nella fig. La Figura 8 mostra il risultato della divisione per 19,706 della frequenza del segnale a 2 MHz fornito al connettore XW100. In questo caso, sull'uscita XW1 seguono impulsi di livello logico alto con una durata di 197,06 μs con una frequenza di 0,5 kHz. I segnali con frequenze da 50 a 1200 MHz vengono inviati al connettore XW3 per la divisione. Vengono elaborati in modo simile, l'unica differenza è che l'operazione prevede un divisore di frequenza N-Counter a frequenza più elevata del chip DD1. Nella fig. La Figura 9 mostra il risultato della divisione della frequenza di 200,26 MHz per 2000. La frequenza di uscita è 100,13 kHz.
Il frequenzimetro è montato su un circuito stampato costituito da un foglio di fibra di vetro su entrambi i lati, spesso 1 mm. Il suo disegno è mostrato in Fig. 10, e il posizionamento degli elementi è in Fig. 11. I resistori fissi e la maggior parte dei condensatori sono di dimensione 0805 per il montaggio su superficie. Resistenze trimmer R21 e R23 - SH-655MCL, condensatore trimmer C13 - TZC3P300A110R00. I condensatori all'ossido C4 e C6 sono in alluminio con conduttori.
Connettori XW1-XW3 - 24_BNC-50-2-20/133_N [7]. Sono collegati alla scheda tramite spezzoni di cavo coassiale con impedenza caratteristica di 50 Ohm, lunghi circa 100 mm. Pulsanti SB1-SB3 - TS-A3PG-130. L'indicatore HG1 è montato sopra la scheda su supporti alti 10 mm con viti M3. Il dispositivo è assemblato in un alloggiamento di plastica Z-28 [8]. Sul pannello frontale è stato ritagliato un foro rettangolare di 70x25 mm per lo schermo LCD e sono stati praticati tre fori di 3 mm di diametro per i pulsanti. I pulsanti stessi sono installati su un pannello in fibra di vetro di 100x12x1,5 mm, fissato al pannello frontale sul retro con viti M3. C'è una presa di corrente sul lato sinistro del case e un interruttore di alimentazione su quello destro. I connettori di ingresso a baionetta si trovano sulla parete posteriore del case. L'impostazione di un contatore di frequenza è la seguente: - impostare il resistore di sintonizzazione R21 sul contrasto ottimale dell'immagine sullo schermo LCD; - impostare la luminosità richiesta della retroilluminazione LCD con la resistenza di trimming R23; - utilizzare il condensatore di sintonizzazione C13 per impostare la frequenza di clock del microcontrollore esattamente pari a 4 MHz. Per fare ciò, collegare un frequenzimetro digitale (Ch1-3 o qualsiasi altro) al connettore XW63, accendere il dispositivo in regolazione con il pulsante SB3 premuto (in questo caso, la scritta "TEST" dovrebbe apparire sul display LCD) e, ruotando il rotore del condensatore di sintonia C13, ottenere letture dal frequenzimetro esterno, il massimo vicino a 100000 Hz. Non dimenticare che l'errore nell'impostazione di questa frequenza influisce direttamente sull'errore del dispositivo da regolare. Un disegno del circuito stampato in formato Sprint Layout 5.0 e un programma per il microcontrollore possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/02/f_metr.zip. Letteratura
Autore: V. Turchaninov
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