Frequenzimetro - bilancia digitale con display LCD. Schema, descrizione

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Frequenzimetro - bilancia digitale con display LCD. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La creazione di strutture radioamatoriali è impossibile senza apparecchiature di misurazione. Un semplice frequenzimetro digitale può essere assemblato utilizzando un controller PIC. La versione del dispositivo proposta in questo articolo consente di utilizzarlo come bilancia digitale in ricevitori e ricetrasmettitori. Il dispositivo è stato sviluppato sulla base del progetto precedente dell'autore, pubblicato nel numero di gennaio 2002 della rivista Radio. L'utilizzo di un indicatore LCD nella nuova versione del dispositivo ha permesso di ridurre il consumo di corrente, ridurre il livello di interferenza irradiata, ridurre le dimensioni e anche semplificare il circuito e il design del dispositivo.

Oltre a migliorare i parametri puramente elettrici in questo progetto, sono stati migliorati anche quelli tecnici. Dopo aver liberato il controller PIC dal lavoro di routine di scansione dell'indicatore, è stato possibile ampliare la gamma di frequenze consentite dell'oscillatore a cristallo di riferimento e semplificare notevolmente il processo di calibrazione. I parametri principali del frequenzimetro, rispetto al design sull'indicatore LED, sono riportati in Tabella. 1.

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Le frequenze superiori a 40 MHz possono essere misurate utilizzando un divisore a microonde esterno con qualsiasi rapporto di divisione (nell'intervallo 2...255). Quando si utilizza il dispositivo come bilancia digitale, è possibile registrare nella sua memoria non volatile fino a 15 frequenze intermedie nell'intervallo da 0 a 800 MHz. I loro valori vengono inseriti con una precisione fino a 100 Hz e possono essere modificati dall'utente in qualsiasi momento utilizzando tre pulsanti situati sul pannello frontale del dispositivo. In questo caso, le letture dell'indicatore saranno determinate dalla formula

Fin Kd ±Fp

dove Fin - frequenza di ingresso; Kd - fattore di divisione del divisore esterno; Fp - frequenza intermedia.

Quando si utilizza il dispositivo come bilancia digitale, il tempo di misurazione può essere di 0,1 o 1 s. Il limite di 10 s serve per misurazioni accurate di frequenze relativamente basse. Per una bilancia digitale tale precisione non è necessaria, pertanto le letture al limite di 10 s sono determinate dalla formula [Fin·Kd].

Il frequenzimetro offre la possibilità di calibrazione software, che consente l'uso di qualsiasi risonatore al quarzo nell'intervallo 1 ... 20 MHz. I valori di tutte le frequenze intermedie, il fattore di divisione del divisore esterno utilizzato, nonché le costanti di calibrazione possono essere modificati dall'utente senza l'utilizzo di dispositivi aggiuntivi. Sono memorizzati nella memoria non volatile del controller. Il principio di funzionamento del frequenzimetro è classico: misurare il numero di impulsi del segnale di ingresso per un certo intervallo di tempo.

Il diagramma schematico del dispositivo è mostrato in fig. 1. L'input shaper ha una larghezza di banda di 10 Hz ... 100 MHz. Tuttavia, la velocità del divisore integrato nel controller DD2 limita il limite superiore delle frequenze misurate a 40...50 MHz. Il limite inferiore per un segnale sinusoidale è determinato dalla capacità dei condensatori C1 e C5. I diodi VD1, VD2 proteggono il transistor ad effetto di campo dal guasto quando l'alta tensione entra nell'ingresso. I parametri elevati del driver di ingresso con un circuito relativamente semplice e l'alimentazione da una sola sorgente da 5 V sono stati ottenuti grazie all'uso del trigger Schmitt DD1.1. Dalla sua uscita, gli impulsi generati vengono inviati al controller PIC16CE625.

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Il dispositivo è controllato da tre pulsanti visualizzati sul pannello frontale e cinque interruttori. I pulsanti SB1 - SB3 vengono utilizzati per commutare il tempo di misurazione. Quando si preme SB1, il limite è 0,1 s e quando si preme SB2 o SB3 - 1 o 10 s, rispettivamente. Il nuovo valore apparirà sull'indicatore dopo 0,1; 1 o 10 s dopo il rilascio di SB1, SB2 o SB3. Se si tiene premuto uno di questi pulsanti, il valore della frequenza corrente verrà fissato sull'indicatore.

Il frequenzimetro utilizza un indicatore LCD del tipo KO-4V del telefono PANA-PHONE. È realizzato sulla base del controller NT1613 "Holtek" ed è prodotto dalla società Zelenograd "Telesystems". Insieme ai suoi vantaggi - 10 cifre, efficienza, facilità di gestione, presenta anche svantaggi significativi: può visualizzare solo 16 caratteri e non ha punti decimali. Pertanto, per facilitare la percezione delle informazioni visualizzate, centinaia di hertz sull'indicatore sono separate da unità di kilohertz da una vuota familiarità. Tre LED HL1 - HL3 indicano il limite di misurazione incluso e il LED HL4 viene utilizzato come diodo zener da 1,5 V.

Lo stato chiuso dell'interruttore SA5 corrisponde al funzionamento del dispositivo con un divisore a microonde esterno e lo stato aperto - senza. Quando si utilizza un divisore, il prezzo della cifra meno significativa cambia in base alla tabella. 2.

Frequenzimetro - bilancia digitale con display LCD

Gli interruttori SA1 - SA4 vengono utilizzati per selezionare uno dei 15 valori IF preprogrammati. Il numero IF corrispondente viene composto nel codice 1-2-4-8. Se gli interruttori SA1 - SA4 sono aperti, IF è 0 (modalità frequenzimetro). I cavi SA5 sono collegati ai contatti liberi del connettore, che include un divisore a microonde. Un ponticello è installato sulla parte di accoppiamento del connettore tra questi contatti. Pertanto, la connessione del divisore viene determinata automaticamente. Se necessario, sulla scheda possono essere installati dei DIP switch per la selezione dell'inverter e del divisore.

Transistor VT1 - effetto di campo con un gate isolato, un canale di tipo n e una tensione gate-source di 0.. .2 V con una corrente di drain di 5 mA - KP305A - V; KP31ZA.B; VT2, VT3 - KT316, KT368, ecc. con una frequenza di taglio di almeno 600 MHz. DD1 - 74AC14 può essere sostituito da KR1554TL2 o TLZ. In quest'ultimo caso, sarà necessario correggere il disegno del circuito stampato. Gli ingressi non utilizzati di tutti gli elementi DD1 devono essere collegati al bus +5 V. L'uso di analoghi TTL in questo circuito è indesiderabile, poiché ciò riduce drasticamente il limite superiore delle frequenze operative (fino a 10 ... 15 MHz).

Un disegno del circuito stampato del frequenzimetro è mostrato in fig. 2. L'indicatore HG1, i pulsanti SB1 - SB3 e i LED di indicazione limite HL1 - HL3 sono posti a lato dei conduttori. Gli interruttori SA1 - SA5 possono essere installati sia dal lato delle parti che dal lato dei conduttori. Nonostante il basso livello di interferenza emesso dal dispositivo, è comunque auspicabile schermarlo, soprattutto se verrà utilizzato come bilancia digitale insieme al ricevitore. Come alimentatore, è possibile utilizzare qualsiasi sorgente non stabilizzata con una tensione di 7,5 ... 14 V e una corrente fino a 50 mA. Si sconsiglia l'alimentazione switching o senza trasformatore.

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Stabilire un frequenzimetro consiste nell'impostare la corrente dei transistor VT1, VT2 a circa 5 mA. Viene impostato selezionando il resistore R2. La tensione sul collettore VT2 dovrebbe essere di circa 3,6 V. Quindi, con un resistore sintonizzato R7, si ottiene la massima sensibilità del dispositivo alle alte frequenze. La tensione al collettore VT3 dovrebbe essere di circa 2,5 V.

Dopo la produzione e il controllo delle prestazioni del frequenzimetro, è necessario impostare tutti i valori necessari dei suoi parametri. Si impostano in modalità di servizio con i pulsanti SB1 - SB3. Per entrare in questa modalità, premere contemporaneamente questi tre pulsanti. In questo caso, l'indicatore visualizzerà il valore del tempo di misurazione, che verrà selezionato per impostazione predefinita all'accensione del dispositivo. Premendo il pulsante SB1 o SB2, è possibile selezionare uno dei tre valori - 0,1; 1 o 10 sec. Successivamente, premi SB3. In questo caso, il valore selezionato viene memorizzato nella memoria non volatile e l'indicatore mostra il valore del fattore di divisione del divisore a microonde, che verrà utilizzato con il dispositivo. È possibile modificarne il valore premendo SB1 o SB2, quindi confermare la selezione premendo SB3. Se uno o più interruttori SA1 - SA4 sono chiusi, sull'indicatore compare il numero dell'inverter abilitato e il suo segno (stilizzato + o -). La scelta del segno viene effettuata da SB1 o SB2, premendo SB3 si conferma la scelta e sull'indicatore viene visualizzato il valore IF che può essere modificato premendo nuovamente SB1 o SB2. La velocità di variazione aumenterà con il tempo in cui si preme il pulsante, ovvero più a lungo si tiene premuto il pulsante, più velocemente cambierà la lettura. Il prezzo del bit meno significativo è di 100 Hz. La conferma della scelta è simile alle modalità precedenti: premendo SB3.

Successivamente, sull'indicatore compaiono i simboli "------". Se non si preme alcun pulsante, dopo circa 3 secondi il dispositivo passerà alla modalità di misurazione con i nuovi parametri selezionati. Per entrare nella modalità di calibrazione, premere il pulsante SB3 entro questi tre secondi. Il processo di calibrazione in questo design è estremamente semplificato. Per fare ciò è sufficiente inserire la vera frequenza di generazione del quarzo premendo i pulsanti SB1 o SB2 allo stesso modo dell'inserimento dei valori di frequenza intermedia sopra descritti. Solo il prezzo della cifra meno significativa dell'indicatore in questa modalità è di 1 Hz. Dopo aver impostato il valore desiderato, è necessario premere il pulsante SB3.

Il frequenzimetro può funzionare con quasi tutti i risonatori al quarzo, tuttavia un valore di circa 4 MHz è ottimale. A una frequenza inferiore, le prestazioni del controller PIC diminuiscono e aumentando la frequenza di clock aumenta il consumo di corrente, senza dare molti vantaggi. Va tenuto presente che in questo circuito il quarzo è eccitato a una frequenza di risonanza parallela e sui risonatori domestici viene solitamente indicata una frequenza di risonanza in serie, che può differire di diversi kilohertz.

È possibile determinare la vera frequenza di generazione di un risonatore al quarzo collegando un frequenzimetro esemplare al punto XN1. In questo caso, il condensatore C8 dovrebbe trovarsi nella posizione centrale. Il valore misurato viene arrotondato al multiplo più vicino di 40 Hz, ad esempio 4, 000, 000, ecc.

Dopo la calibrazione, questo dispositivo e un frequenzimetro di riferimento devono essere collegati a un generatore di segnali con una frequenza di 20 ... 40 MHz e un'ampiezza di 0,2 ... 0,5 V. L'esatta corrispondenza delle letture della frequenza si ottiene infine regolando il condensatore C8. Se l'intervallo del suo cambiamento non è sufficiente, la frequenza del quarzo è stata inserita in modo errato e dovrebbe essere modificata come descritto sopra.

firmware del microcontrollore

Autore: Nikolai Khlyupin (RA4NAL), Kirov

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