주파수 측정기 - PIC16CE625의 디지털 스케일. 계획, 설명

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주파수 측정기 - PIC16CE625의 디지털 스케일. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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제안된 장치는 마이크로프로세서에 대한 수많은 아마추어 개발을 계속하고 있으며 가정 실험실의 주파수 측정기 또는 모든 유형의 통신 및 무선 수신 장비를 위한 디지털 스케일로 사용할 수 있습니다. 단순한 설계에도 불구하고 이 장치는 마이크로파 범위까지의 주파수를 측정하는 기능, 고해상도, 여러 중간 주파수 값을 컨트롤러 메모리에 입력하는 기능 등에서 이전에 발표된 설계와 다릅니다.

이 장치를 사용하면 0,1Hz ~ 40MHz 범위의 신호 주파수를 측정할 수 있습니다. 입력 신호 레벨은 100~200mV 범위 내에 있을 수 있습니다. 장치의 분해능은 100,1, 0,1Hz이고 측정 시간은 각각 0,1, 1, 10초입니다. 표시 자릿수는 8입니다. 장치 공급 전압은 7,5...14V이며 전류 소비는 작동 세그먼트 수에 따라 다르지만 130mA를 초과하지 않습니다.

분할 계수 범위가 1~255인 외부 마이크로파 분할기를 사용하면 40MHz 이상의 주파수를 측정할 수 있습니다.

주파수 측정기의 작동 원리는 고전적입니다. 즉, 특정 시간 간격 동안 입력 신호의 펄스 수를 측정하는 것입니다. 10초 제한은 정확한 저주파 측정을 허용하기 위한 것입니다. 디지털 스케일 모드에서 장치의 측정 시간은 0,1 또는 1초입니다.

15~0Hz 범위의 중간 주파수 값을 최대 99개까지 디지털 스케일의 비휘발성 메모리에 저장할 수 있습니다. 이 경우 표시기 판독 값은 공식에 의해 결정됩니다

여기서 Fin - 입력 주파수; Kd - 외부 분배기의 분배 계수; Ff - 중간 주파수. 빼기는 절대값으로 수행됩니다. 즉, 큰 값에서 작은 값을 뺍니다.

중간 주파수 값, 사용된 외부 분배기의 분할 계수 및 교정 상수는 추가 장치를 사용하지 않고도 사용자가 설정하고 변경할 수 있습니다. 이 모든 데이터는 PIC 컨트롤러의 비휘발성 메모리에 저장됩니다.

소프트웨어 주파수 교정 가능성도 제공되어 3,9...4,1MHz의 주파수 범위에서 장치의 기준 석영 공진기를 사용할 수 있습니다.

장치의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다.

(확대하려면 클릭하십시오)

측정된 주파수의 신호는 트랜지스터 VT1 및 미세 회로 요소 DD1에서 생성된 입력 드라이버에 공급됩니다. 다이오드 VD1 및 VD2는 입력 신호의 진폭을 0,7V로 제한합니다. 정현파 입력 신호의 경우 측정된 주파수의 하한은 커패시터 C4 및 C5의 커패시턴스에 의해 결정되며, 다이어그램에서는 10Hz와 같습니다. DDI 칩의 출력에서 생성된 펄스는 PIC 컨트롤러 DD2로 전송됩니다. 출력의 부하 용량이 충분히 높기 때문에 HG1 표시기의 음극을 직접 연결할 수 있었습니다. 표시기 양극은 트랜지스터 VT2-VT17의 복합 이미터 팔로워를 통해 방전을 스캔하는 DD3 카운터의 출력에 연결됩니다. 이 회로를 사용하면 불안정한 전압으로 표시기에 전원을 공급할 수 있으므로 DA1 마이크로 회로의 열 상태를 크게 촉진하고 입력 드라이버 작동 시 표시기 비트를 전환할 때 전류 서지의 영향을 실질적으로 제거합니다.

드라이버의 입력 임피던스가 낮으므로 장치의 성능을 확장하고 케이블 커패시턴스의 영향을 제거하기 위해 외부 프로브가 연결됩니다. 그 다이어그램은 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX.

주파수 측정기 - PIC16CE625의 디지털 스케일

프로브의 입력 저항은 약 500kOhm이고, 출력 저항은 50...100Ohm입니다. 이득은 약 2이고 대역폭의 상한은 100...150MHz입니다. 다이오드 VD1, VD2는 입력에 고전압이 가해질 때 전계 효과 트랜지스터의 고장을 방지합니다.

장치는 전면 패널에 있는 1개의 버튼과 2개의 스위치를 사용하여 제어됩니다. SB3, SB0,1, SB1 버튼을 사용하여 각각 10, XNUMX 또는 XNUMX초의 측정 시간을 선택합니다. 버튼을 놓은 후 선택한 간격으로 새 주파수 값이 표시기에 나타납니다. 이 버튼 중 하나를 길게 누르면 현재 주파수 값이 표시기에 고정됩니다.

외부 분배기를 사용하면 주파수 측정기의 최하위 자리 가격이 변경됩니다. 분할 계수가 3~20 범위에 있으면 방전 비용이 10배 감소하고, Kd가 20을 초과하면 측정 시간에 상관없이 100배 감소합니다. Kd = 2이면 방전 가격은 변하지 않습니다.

스위치 SA1의 닫힌 상태는 외부 마이크로파 분배기가 있는 장치의 작동에 해당하고, 열린 상태는 그것이 없는 작동에 해당합니다. 스위치 SA2-SA5는 사전 프로그래밍된 15개의 IF 값 중 하나를 선택하는 데 사용됩니다. 해당 드라이브 번호는 이진 코드(1-2-4-8)로 다이얼됩니다. 스위치 SA2-SA5가 열려 있으면 IF = 0(주파수 측정기 모드)입니다. 스위치 SA1의 출력은 마이크로파 분배기가 연결된 커넥터의 자유 접점에 연결할 수 있습니다. 이러한 접점 사이의 커넥터 결합 부분에 점퍼를 설치해야 합니다. 이렇게 하면 분배기 연결이 자동으로 감지됩니다. 예를 들어 수신기 범위를 전환할 때 IF 번호를 원격으로 변경해야 하는 경우 전자기 릴레이를 SA2-SA5로 사용할 수 있습니다.

주파수 측정기는 단면 포일 유리 섬유로 만든 107x46mm 크기의 인쇄 회로 기판에 조립됩니다. 보드의 부품 배선 및 배열은 그림 3에 나와 있습니다. 삼.

(확대하려면 클릭하십시오)

모든 고정 저항은 MLT 0,125, 트리머 - SPZ-19a입니다. 영구 커패시터 - KM, 트리머 - KT4-21, 산화물 커패시터 - K50-35.

트랜지스터 VT1은 차단 주파수가 600MHz 이상인 모든 n-p-n입니다. 허용 전류가 최소 10mA인 트랜지스터 VT17 - VT300. HG1 표시기는 숫자 오른쪽에 소수점이 있는 1자리 LED입니다. 예를 들어 공통 양극이 있는 한 자리 표시기로 구성되는 등 디자인은 임의적일 수 있습니다. DD1554 KR2TL1554 칩은 KR5TLZ로 교체할 수 있지만 이를 위해서는 인쇄 회로 기판 설계를 조정해야 합니다. 마이크로 회로 요소의 사용되지 않은 핀은 +10V 전원 버스에 연결해야 하며 이 회로에서 TTL 아날로그를 사용하면 장치 작동 주파수의 상한이 60-XNUMXMHz로 줄어듭니다.

원격 프로브의 트랜지스터 VT1 - 절연 게이트, n형 채널 및 0mA의 드레인 전류에서 게이트-소스 전압 2...5V를 갖는 전계 효과 - KP305A, B, V; KP313A, B; VT2 - 차단 주파수가 600MHz 이상입니다. 저항 R1은 XP1 커넥터의 핀 부분에 직접 장착됩니다.

프로브 PCB의 도면과 부품의 위치는 그림 4에 나와 있습니다. 넷.

주파수 측정기 - PIC16CE625의 디지털 스케일

프로브는 금속 케이스에 장착됩니다. 특히 장치가 디지털 스케일로 사용되는 경우 주파수 측정기를 차폐하는 것이 좋습니다.

전원 공급 장치는 출력 전압이 7,5...14V이고 부하 전류가 최대 150mA인 불안정한 전원 공급 장치일 수 있습니다.

주파수 측정기를 설정할 때 저항 R2를 조정하면 고주파수에서 장치의 최대 감도가 달성됩니다. 트랜지스터 VT1의 컬렉터 전압은 약 2,5V여야 합니다. 원격 프로브를 설정하려면 각 트랜지스터의 전류를 약 5mA로 설정해야 합니다. R3을 선택하면 노출됩니다. VT2 컬렉터의 전압은 4V여야 합니다.

그런 다음 SB1-SB3 버튼을 사용하여 서비스 모드에서 필요한 주파수 측정기 매개 변수 값을 설정하십시오. 이 모드로 들어가려면 세 개의 버튼을 동시에 누르십시오. 이 경우 표시기는 장치를 켤 때 기본적으로 선택되는 측정 시간 값을 표시합니다. SB1 또는 SB2 버튼을 누르면 0,1초, 1초, 10초의 세 가지 값 중 하나를 선택할 수 있습니다. 그런 다음 SB3 버튼을 누릅니다. 이 경우 선택한 값이 비휘발성 메모리에 입력되고 장치와 함께 사용할 마이크로파 분배기의 분할 계수 값이 표시기에 나타납니다. SB1 또는 SB2를 눌러 값을 변경한 다음 SB3을 눌러 선택을 확인할 수 있습니다. 스위치 SA2-SA5 중 하나 이상이 닫히면 스위치가 켜진 인버터의 번호와 해당 기호(+ 또는 - 양식)가 표시기에 나타납니다. SB1 또는 SB2 버튼을 눌러 기호를 선택하고, SB3을 눌러 선택을 확인하고, IF 값이 표시기에 나타납니다. 이 값은 SB1 또는 SB2를 다시 눌러 변경할 수 있습니다. 버튼을 누르는 시간에 따라 변경 속도가 증가합니다. 즉, 버튼을 길게 누르고 있을수록 판독값이 더 빠르게 변경됩니다. 최하위 숫자의 가격은 1Hz입니다. 선택 확인은 이전 모드와 유사합니다(SB3 누르기). 그 후 표시기에 "SETUP"이 나타납니다. 아무 버튼도 누르지 않으면 약 3초 후에 장치가 새로 선택한 매개변수를 사용하여 측정 모드로 전환됩니다.

"SETUP"을 입력하려면 SB3을 누르십시오. 이 모드에서는 사용된 특정 공진기에 대해 장치의 소프트웨어 교정이 수행됩니다. 이 회로에서는 병렬 공진 주파수에서 여기되고 공진기는 일반적으로 수 킬로헤르츠만큼 다를 수 있는 직렬 주파수를 나타내기 때문에 필요할 수 있습니다. 측정 간격의 길이를 결정하는 1개의 상수를 선택하여 교정을 수행합니다. 상수 C2, C3 및 C0,1은 4초 간격을 정의합니다. C5, C6 및 C1 - 7초, C8, C9 및 C10 - XNUMX초.

C1, C4, C7은 정밀한 간격 교정을 위해 설계되었습니다. C2, C5 및 C8 - 중간; C3, C6 및 C9 - 거친 경우.

C1, C4 및 C7은 0에서 17까지 다양할 수 있습니다. 이를 1씩 늘리거나 줄이면 해당 간격이 2μs(5 기계 사이클)씩 늘어나거나 줄어듭니다. C8, C0 및 C255은 18에서 3까지의 값을 갖습니다. 이를 6씩 변경하면 간격이 9μs씩 변경됩니다. C0, C255 및 C9는 XNUMX부터 XNUMX까지일 수 있으며 간격에서 훨씬 더 대략적인 변경을 수행합니다. 모든 상수의 값은 이전 모드와 유사하게 순차적으로 입력됩니다. CXNUMX에 들어가면 장치는 측정 모드로 들어갑니다.

석영 공진기의 발진 주파수가 정확히 4MHz인 경우 상수는 다음 값을 가져야 합니다.

С1=9, С2=99, C3=2, С4=13, С5=17, С6=199, С7=17, С8=215, С9=117.

저자의 버전에서 석영 주파수는 4 001 120Hz이고 상수는 약간 다릅니다.

С1=1, С2=101, C3=2, С4=5, С5=33, С6=199, С7=5, С8=117, С9=118.

장치를 교정하려면 기준 주파수 측정기와 발생기가 있어야 합니다. 먼저 표준 장치를 사용하여 장치에 있는 석영 공진기의 생성 주파수를 측정해야 합니다. 이 경우 커패시터 C7의 회전자는 중간 위치에 있어야 합니다. 주파수 측정기는 X1 지점에 연결됩니다. 측정된 값은 40Hz의 가장 가까운 배수로 반올림됩니다(예: 4, 000, 000 등). 그런 다음 장치의 원격 프로브가 X4 지점에 연결되고 판독값은 세 가지 한계 모두에서 기록됩니다. 판독 값이 측정 값과 다른 경우 서비스 모드로 들어간 다음 "SETUP"을 입력하고 상수 값을 변경하십시오. 이 경우 간격 000초의 지속 시간을 040μs로 변경하고 간격 4초의 지속 시간을 000μs로 변경하고 080초를 1μs로 변경하는 규칙을 준수해야 합니다. 그렇지 않으면 서로 다른 한계의 계측기 판독값이 서로 일치하지 않을 수 있습니다. 여러 번의 시행착오를 거쳐 판독값에 대한 상수의 영향이 명확해졌습니다. 이러한 방식으로 실제 생성 주파수의 판독값을 얻습니다. 위에서 언급했듯이 0,1Hz의 배수여야 합니다. 저자 버전에서 측정 간격이 1초인 기기 판독값은 1입니다. 10 초 간격 - 10; 100초 간격 - 40.

교정 후에는 이 장치와 기준 주파수 측정기를 주파수 20~40MHz 및 진폭 0,2~0,5V의 신호 발생기에 연결하고 모든 한계에서 판독값을 비교해야 합니다. 서로 다른 한계의 판독값이 서로 일치하지 않으면 상수 입력 시 오류가 발생했다는 의미이므로 이 작업을 반복해야 합니다. 마지막으로, 커패시터 C7을 조정하여 판독값과 주파수의 정확한 일치가 달성됩니다. 변경 범위가 충분하지 않은 경우에는 위에서 설명한 대로 상수를 조정해야 합니다.

교정 프로세스는 매우 복잡하지만 장치가 제조된 후 한 번만 필요할 수 있습니다. 필요한 경우 비휘발성 메모리에 있는 모든 상수 및 매개변수의 원래 값은 3~128 범위의 C255 값을 입력하여 복원할 수 있습니다.

10개 회로로 나눌 수 있는 전자레인지 분배기 중 하나는 저자의 웹사이트에서 확인할 수 있습니다. .

마이크로 컨트롤러의 제어 프로그램 코드

저자: N. Khlyupin

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