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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 아마추어 무선 주파수 측정기. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
독자에게는 AT89C52-24JC 마이크로 컨트롤러의 아마추어 주파수 측정기와 두 개의 부착물에 대한 설명이 제공됩니다. 이를 사용하면 펄스의 주파수와 지속 시간을 측정하는 것 외에도 구성 요소의 커패시턴스와 인덕턴스를 측정할 수 있습니다. 지난 몇 년 동안 단일 칩 마이크로컴퓨터를 기반으로 구축된 아마추어 무선 주파수 측정기에 대한 설명을 다루는 정기 문헌에 여러 출판물이 게재되었습니다. 이러한 설계의 장점은 분명합니다. 사용되는 미세 회로의 수가 줄어들고 그에 따라 크기와 전력 소비가 줄어들고 장치의 조립 및 조정이 쉽고 초보 무선 아마추어도 반복할 수 있습니다. 또한, 제어 프로그램의 변경만으로 서비스 기능의 현대화 및 증대가 가능해집니다. 주파수 측정기는 아마추어 무선 실습에 사용하도록 고안되었습니다. 이를 통해 다음을 측정할 수 있습니다.
주파수 측정기는 무선 수신 장비의 디지털 눈금으로도 사용할 수 있습니다. 추가 부착물을 사용하여 주파수 측정기는 커패시터의 커패시턴스와 초크 및 코일의 인덕턴스를 측정할 수 있습니다. 주요 기술 특성
주파수 측정기(다이어그램은 그림 1에 표시됨)는 신호 비교기, 작동 모드 스위치, 측정 주기 동기화 장치, 펄스 카운터, 마이크로 컨트롤러, 키보드, 액정 표시기 및 전력 안정기로 구성됩니다.
입력단은 Analog Devices AD8561AR(DA1)의 비교기를 기반으로 구축되었습니다. 이 비교기의 일반적인 대기 시간은 약 7ns입니다. 입력 신호는 XP1 커넥터에 도착하여 보호 회로 R1VD1VD2 및 비교기 DA1로 이동합니다. 저항 R4, R5는 비교기 히스테리시스를 형성하여 천천히 변화하는 신호에서 바운스가 나타나는 현상을 제거합니다. 비교기의 출력에서 신호는 주파수 측정기의 논리 칩 레벨과 일치하는 한 쌍의 역위상 논리 레벨로 표시됩니다. 작동 모드 스위치는 디지털 멀티플렉서 DD2를 기반으로 합니다. 스위치는 주파수 측정기의 선택된 작동 모드에 따라 신호를 전환합니다. 동기화 장치(요소 DD1.2, DD1.3, DD4)는 측정 주기의 시작과 끝을 위한 신호를 생성합니다. 펄스 카운터(DD3)는 입력 신호의 펄스 수를 계산하거나 펄스 폭을 측정할 때 펄스를 채웁니다. ATMEL AT5C89-52JC의 마이크로컨트롤러(DD24)는 작동 모드 스위치, 표시기, 키보드 등 장치의 모든 요소를 제어합니다. 마이크로컨트롤러의 클록 주파수 10MHz는 수정 공진기 BQ1에 의해 설정됩니다. 주파수 측정기를 설정하고 확인할 때 마이크로 컨트롤러의 클록 주파수는 산업용 주파수 측정기를 사용하여 커패시터 C6을 사용하여 정확히 10MHz 값으로 조정됩니다. 마이크로컨트롤러의 석영 공진기에서 나오는 신호(BF 신호)도 펄스 지속 시간을 측정하는 데 사용됩니다. 이 경우 충전 펄스의 반복 주기는 100ns입니다. 따라서 펄스 지속 시간 측정 오류도 이 값을 초과하지 않습니다. 마이크로컨트롤러는 내부 프로그램 메모리(DD35의 핀 5가 +5V 버스에 연결됨)를 사용하여 작동합니다. 주파수 측정기가 켜지면 마이크로컨트롤러는 커패시터 C5에 의해 전달되는 전압 강하에 의해 초기 상태로 설정됩니다. 키보드(SB1, SB2 버튼)는 작동 모드와 주파수 측정기 매개변수를 선택하는 데 사용됩니다. SB1 버튼("Mode")을 사용하여 작동 모드를 선택하고 SB2 버튼("Parameter")을 사용하여 모드 매개변수를 선택합니다. 예를 들어, SB1 버튼을 사용하여 "주파수 측정" 모드를 설정하고 SB2 버튼을 사용하여 "측정 시간" 매개변수 값(10초)을 선택합니다. 작동 모드나 매개변수를 선택한 후 약 1초 후에 주파수 측정기가 자동으로 측정을 시작합니다. 1602자로 구성된 두 줄의 ITM16ASR 영숫자 LCD 모듈이 표시기로 사용됩니다. 첫 번째 라인에는 주파수 측정기의 작동 모드와 매개변수가 표시되고, 두 번째 라인에는 측정된 값이 표시됩니다. 트리머 저항 R8을 사용하면 표시기 이미지의 대비를 조정할 수 있습니다. 표시기는 XS3 커넥터에 연결되어 보드에 직접 설치됩니다. 추가 케이블을 통해 연결된 인디케이터는 사용자의 요청에 따라 다른 위치에 배치될 수 있습니다. DA2 통합 안정기는 공급 전압 안정화 장치에 사용됩니다. XP2 커넥터에는 외부 소스의 전원 전압이 공급됩니다. 커패시터 C15, C16 - 입력 필터; C13, C14 - 안정기 출력 필터. 커패시터 C7 - C12는 차단 커패시터이며 미세 회로 근처에 설치됩니다. 주파수 측정기는 KR1533 시리즈의 국내 미세 회로를 사용합니다 (가져온 아날로그는 74ALS입니다). 최대 주파수가 74MHz인 4040NS50 마이크로 회로는 주파수 측정 범위를 제한하는 펄스 카운터로 사용됩니다. 입력 신호의 주파수를 측정하는 모드에서 주파수 미터의 작동을 고려하십시오. 비교기(회로 F1)의 신호는 작동 모드 스위치(DD4의 핀 2)에 공급됩니다. 마이크로컨트롤러는 논리 신호 레벨 A = 0 및 B = 1을 설정한 다음 측정 프로세스를 시작하는 START 신호(로직 1)를 발행합니다. DD4.1을 트리거하여 신호가 스위치 출력(DD7의 핀 2)과 펄스 카운터 입력(DD10의 핀 3)으로 전달되도록 합니다. 마이크로컨트롤러는 예를 들어 1초 동안 지속되는 시간 간격(TW 신호)을 생성합니다. 이 시간 동안 입력 신호는 비교기 출력에서 입력 신호 펄스 카운터로 전송됩니다. 카운터 오버플로 펄스 DD3은 마이크로컨트롤러의 타이머/카운터 1에 의해 계산됩니다. 마이크로컨트롤러가 지정된 간격을 유지한 후 비교기는 출력(핀 5 DAI - LATCH)을 래치하고 입력 신호 펄스 카운팅을 중지합니다. 마이크로컨트롤러는 논리 신호 레벨 A = 1, B = 1을 설정하고 "카운팅" 펄스(CP 신호)를 사용하여 펄스 카운터(DD3)에서 누적된 수를 읽습니다. 마이크로컨트롤러는 다음 공식을 사용하여 선택한 시간 간격(신호 주파수) 동안 펄스 카운터의 총 펄스 수를 계산합니다. X 1048576+ Y 4096 + Z, 여기서 X는 마이크로컨트롤러의 타이머/카운터 8의 상위 1비트 내용입니다. Y는 마이크로컨트롤러의 타이머/카운터 8의 하위 1비트 내용입니다. Z - 펄스 카운터의 내용(DD3). 입력 주파수가 매우 높으면 마이크로 컨트롤러의 카운터/타이머 1이 오버플로될 수 있습니다. 이 경우 마이크로 컨트롤러는 이전 수식으로 얻은 결과에 숫자 268435456을 추가합니다. 양극성 펄스의 지속 시간을 측정하는 예를 사용하여 주파수 측정기의 작동을 고려해 보겠습니다. 비교기 출력의 신호(양 펄스의 경우 신호 F1, 음의 펄스의 경우 신호 F2)는 작동 모드 스위치(DD2)로 전송됩니다. 마이크로컨트롤러는 신호 A - 0, B - 0의 논리 레벨을 설정합니다. 그런 다음 DD4.1 트리거를 단일 상태(WR/CM 신호)로 설정하기 위한 신호가 발행됩니다. 그 후, 측정 시작에 해당하는 START 신호(논리 1)가 발행됩니다. 마이크로컨트롤러는 DD4.2 트리거가 전환되기를 기다리고 있습니다. 트리거 DD4.1을 사용하면 충전 펄스가 요소 DD1.1에서 스위치 출력(DD7의 핀 2)으로 전달될 수 있습니다. 입력 신호 펄스가 시작되면 충전 펄스(BF 신호)가 DD10 요소와 스위치를 통해 펄스 카운터(핀 3 DD1.1)의 입력에 공급됩니다. 카운터 오버플로 펄스 DD3은 마이크로컨트롤러의 타이머/카운터 1에 의해 계산됩니다. 입력 신호 펄스가 끝나면 DD4.1 트리거가 역방향 상태로 전환되고 충전 펄스 카운트가 중지됩니다. END 신호에 따라 마이크로 컨트롤러는 신호 A = 1, B = 1을 설정하고 카운팅 펄스(CP 신호)를 사용하여 펄스 카운터(DD3)에서 누적된 값을 읽습니다. 측정된 펄스의 지속 시간은 다음 공식을 사용하여 마이크로컨트롤러에 의해 계산됩니다. (X 1048576 + Y 4096 + Z)x100, 여기서 X - 첫 번째 마이크로컨트롤러의 타이머/카운터의 상위 8비트 내용. Y - 첫 번째 마이크로컨트롤러의 타이머/카운터의 하위 8비트 내용. Z - 펄스 카운터 DD3의 내용; 100 - 100ns와 동일한 충전 펄스의 반복 기간. 따라서 펄스 지속 시간을 측정할 때 타임 게이트는 펄스 자체입니다. 네거티브 펄스의 지속 시간을 결정하기 위해 마이크로 컨트롤러는 논리 신호 레벨 A = 1, B = 0을 설정합니다. 이 소프트웨어는 MCS-51 제품군의 마이크로컨트롤러용으로 C 언어로 작성되었습니다. 구조적으로 주파수 측정기는 표시기를 제외한 모든 요소 (그림 2)가 장착되는 양면 인쇄 회로 기판 (그림 3)에 만들어집니다.
그림에서. 일반적으로 구멍이 없는 2개의 둥근 패드는 금속화된 비아 구멍을 통해 보드 뒷면의 해당 패드에 연결됩니다. 아마추어 PCB 제조에서는 금속화가 얇은 도체로 대체됩니다.
분리 가능한 커넥터 - PLS-2, PBS-14 및 DD44 설치용 PLCC-5 소켓. 주파수 카운터 설정 주파수 미터를 조립한 후 세 가지 조정 작업을 수행해야 합니다. 1. 튜닝 저항 R8을 조정하여 주파수계에 전원을 공급 한 후 표시기 대비를 조정합니다. 2. 마이크로컨트롤러 석영 발진기의 주파수를 설정하려면 주파수 조정 커패시터에 대한 액세스가 필요합니다. 따라서 주파수 측정기의 전원이 꺼지면 표시 모듈을 보드에서 제거한 다음 SB1 버튼을 누른 상태에서 주파수 측정기의 전원을 켜십시오. 표준 주파수 측정기의 입력과 BF 지점(그림 3) 사이의 용량 결합을 최소화하고 커패시터 C6을 조정하면 발생기 주파수가 정확히 10MHz로 설정됩니다. 3. 입력단의 비교기 조정은 주파수계 커넥터에 신호를 적용하지 않고 수행됩니다. 장치의 전원을 켠 후 먼저 저항 R6의 슬라이더를 가장 왼쪽 위치로 돌린 다음 표시기에 "NO SIGNAL"이 나타날 때까지 슬라이더를 오른쪽으로 천천히 돌립니다. 다음은 주파수 카운터의 작동 모드에 대한 설명입니다. 디지털 스케일 모드 "MODE" 버튼을 사용하여 "DIGITAL SCALE" 모드를 설정합니다. "PARAMETER" 버튼을 사용하여 모드 매개변수(IF 경로의 주파수)를 선택합니다. 이 주파수는 다음 값 중에서 선택할 수 있습니다: +455 kHz; -455kHz; +465kHz; -465kHz; +500kHz; -500kHz. 디지털 값 Ff 앞의 부호는 주파수 측정기가 수행하는 작업을 나타냅니다. 부호가 "+"이면 주파수 Ff가 측정된 주파수에 추가되고, 부호가 "-"이면 감산됩니다. 이 모드의 주파수 측정 시간은 0,1초입니다. 작동 모드에서 주파수 측정기 표시기 보기: 입력 신호의 주파수 측정 "MODE" 버튼을 사용하여 "FREQUENCY" 모드를 설정하고 "PARAMETER" 버튼을 사용하여 모드 매개변수 - 측정 시간을 선택합니다. 초 단위 매개변수는 다음 값 중 하나를 사용할 수 있습니다: 0,1초, 1초; 10초 버튼을 놓은 후 약 1초 후에 주파수 측정기가 자동으로 측정 모드로 전환됩니다. 새 매개변수를 선택하면 현재 측정 주기가 중단되고 새 매개변수 값으로 새 측정 주기가 시작됩니다. 주파수 단위(Hz, kHz, MHz)는 입력 신호의 주파수에 따라 자동으로 결정됩니다. 작동 모드의 주파수 측정기 표시 보기: 최대 1kHz의 입력 신호 주파수에서 최대 1MHz의 입력 신호 주파수에서 1MHz 이상의 입력 신호 주파수에서, 여기와 아래의 ">" 기호는 주파수 측정기가 펄스 카운팅 모드에 있음을 의미합니다. 즉, 현재 표시기에 나타나는 측정 결과는 이전 측정 주기를 나타냅니다. 입력 신호의 주기 측정 "MODE" 버튼을 사용하여 "SIGNAL PERIOD" 모드를 선택합니다. 이 모드에는 설정할 매개변수가 없습니다. 버튼을 놓은 후 약 1초 후에 주파수 측정기가 자동으로 측정 모드로 전환됩니다. 입력 신호의 주기 T는 주파수 F의 역수입니다. 따라서 주파수 측정기는 먼저 측정 시간 1초에서 입력 신호의 주파수를 측정하고 계산 후 결과를 표시기에 표시합니다. 작동 모드에서 주파수 측정기 표시기 보기: 주파수 편차 측정 "MODE" 버튼을 사용하여 "편차" 모드를 선택하십시오. 이 모드에는 설정할 매개변수가 없습니다. 버튼을 놓은 후 약 1초 후에 주파수 측정기가 자동으로 측정 모드로 전환됩니다. 편차(또는 드리프트)는 이 모드에서 측정 시작 시 전류와 주파수 간의 차이로 정의됩니다. 이 경우 주파수 드리프트(편차)는 양수일 수도 있고 음수일 수도 있습니다. 따라서 편차 값은 표시와 함께 표시기에 표시됩니다. 새로운 주파수 드리프트 추적을 시작하려면 "PARAMETER" 버튼을 클릭해야 합니다. 작동 모드에서 주파수 측정기 표시기 보기: 양극의 펄스 지속 시간 측정 "MODE" 버튼을 사용하여 "PULSE" 모드를 선택합니다. "PARAMETER" 버튼을 사용하여 모드 매개변수(펄스 극성)를 선택합니다. 양의 펄스의 경우 지속 시간은 "P"로 지정되고 펄스 간 간격은 "0"으로 지정됩니다. 버튼을 놓은 후 약 1초 후에 주파수 측정기가 자동으로 측정 모드로 전환됩니다. 작동 모드에서 주파수 측정기 표시기 보기: 커패시턴스 측정 주기를 측정하는 주파수 측정기에 부착물이 있는 경우 10pF에서 수백 μF 범위의 모든 커패시터의 커패시턴스를 측정할 수 있습니다. 그 다이어그램은 그림 4에 나와 있습니다. XNUMX.
연산 증폭기 DA1에 조립된 멀티바이브레이터는 커패시턴스 Cx에 비례하는 주기로 펄스를 생성합니다. 이는 다음 표현으로 설명됩니다. Тх= 2CхRэ-lп[(R4+R4')/(R4-R4')]. 여기서 R4' 값은 엔진과 회로의 하단 단자 사이의 트리밍 저항 부분의 저항에 해당합니다. ln[(R4+R4')/(R4-R4')] - 4가 되도록 저항 R0,5 슬라이더를 설치하면 Tx = CхRe이고 Re = 1MΩ에서 10pF의 커패시턴스 값은 다음 기간에 해당합니다. 생성된 펄스의 주기는 10μs이고 Re = 10kOhm인 경우 1μF의 값은 10000μs의 지속 시간에 해당합니다. 부착물에는 참조 커패시터 Se(3000~10000pF)가 포함되어 있어 부착물을 교정하고 10pF 미만의 정전용량도 측정할 수 있습니다. 0,5~1% 이하의 오류로 기준 커패시터의 정확도를 선택하는 것이 좋습니다. 셋톱 박스 교정은 트리밍 저항 R2(10kOhm)를 사용하여 주파수 측정기의 기준 커패시터 값을 설정하는 것으로 구성됩니다. 주파수 측정기의 Te는 1μs(Fe = 1MHz)와 같아야 합니다. 간섭으로 인해 하위 비트의 값이 주기적으로 변경될 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우 정전용량 측정의 정확도는 상당히 만족스럽습니다. 용량을 측정하려면 "MODE" 버튼을 사용하여 "CAPACITY" 모드를 선택하세요. 이 모드에는 매개변수가 없습니다. 버튼을 놓은 후 약 1초 후에 주파수 측정기가 자동으로 측정 모드로 전환됩니다. 작동 모드에서 주파수 측정기 표시기 보기: 인덕턴스 측정 부착물이 있는 경우(해당 다이어그램은 그림 5에 표시됨) 1μH~2H 범위의 인덕턴스를 측정할 수 있습니다.
측정 원리는 부착물에 있는 발전기 발진 회로의 인덕턴스 및 커패시턴스와 고조파 발진 주기의 비율을 기반으로 합니다. T2 = LC/25330, 여기서 T는 초 단위, L은 µH 단위, C는 pF 단위입니다. 따라서 25330pF와 같은 회로 커패시턴스를 사용하면 인덕턴스의 수치는 다음 비율로 계산됩니다. L \u2d T1 \u2d XNUMX / FXNUMX, 여기서 F는 발진 주파수입니다. 부착된 주파수 측정기로 인덕턴스를 측정하려면 "MODE" 버튼을 사용하여 "INDUCTIBILITY" 모드를 선택하십시오. 버튼을 놓은 후 약 1초 후에 주파수 측정기가 자동으로 측정 모드로 전환됩니다. 판독 값의 수치는 인덕턴스(μH)에 해당합니다. 작동 모드에서 주파수 측정기 표시기 보기: 부착물은 측정 발생기(VT1-VT5)로 구성되며, 그 주파수는 커패시터 C1, C2의 커패시턴스(총 용량 약 25330pF)와 코일의 입력 단자에 연결된 인덕턴스에 의해 결정됩니다. TTL 레벨의 신호를 생성하려면 슈미트 트리거(VT6, VT7)가 사용됩니다. 발진의 진폭은 트랜지스터 VT1의 이미 터 팔로워를 통해 생성기에 연결된 다이오드 VD2, VD4 및 트랜지스터 VT5, VT3의 회로에 의해 안정화됩니다. 지정된 커패시턴스 C1, C2 값과 측정된 인덕턴스가 1μH인 경우 생성 주파수는 1MHz가 됩니다. 인덕턴스는 2H - 700Hz입니다. 이러한 범위, 특히 고주파수 범위를 포괄하려면 기본 전류 전달 계수가 1 이상인 트랜지스터 VT2, VT150를 선택해야 합니다. 커패시터 C1, C2 - K73-17 또는 작은 TKE를 사용하는 유사한 커패시터. 전체적으로 해당 용량은 지정된 용량과 1~2% 이상 차이가 나지 않아야 합니다. 측정 범위의 폭은 VT5 트랜지스터 또는 기본 전류 전달 계수의 영향을 받습니다. 이득이 311...30인 GT50 트랜지스터를 사용할 때 최상의 결과를 얻었습니다. 지정된 요구 사항이 충족되는 경우 접두사는 일반적으로 구성이 필요하지 않습니다. 저자: S. Zorin, N. Koroleva, Izhevsk
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