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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 다기능 주파수 측정기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
제안된 장치는 신호 주파수의 일반적인 측정 외에도 신호 주기와 양수 및 음수 펄스의 지속 시간을 측정할 수 있습니다. 또한, 1kHz 미만의 신호의 주파수는 해당 주기의 역수로 계산되고, 1000μs 미만의 신호의 반복 주기는 해당 주파수의 역수로 계산됩니다. 이는 측정 정확도를 향상시킵니다. 옛날 옛적에 저는 당시 매우 인기가 있었던 Denisov 주파수 측정기 [1] 또는 오히려 그 버전 [2]을 PIC16F628A 마이크로 컨트롤러와 ALS318 LED 표시기에 조립했습니다. 몇 년이 지나서 그는 다시 내 눈을 사로잡았습니다. 이 장치는 주파수를 올바르게 측정하지만 너무 원시적이며 판독값이 계속 깜박입니다. 프로토타입의 단점이 없고 새로운 기능과 모드로 보완된 장치를 만들기 위해 동일한 기준(마이크로 컨트롤러의 두 핀 연결, 입력 회로 및 전원 회로 변경)을 결정했습니다. 아래 설명된 장치에는 다음과 같은 기능이 있습니다. XNUMX초 내에 펄스 수를 계산하여 "정상" 주파수 측정; 저주파 신호의 주파수를 주기의 역수로 측정하고, 신호의 주기를 측정하는 단계로서, 고주파 신호의 주기는 해당 주파수의 역수로 계산되는 단계; 양극과 음극의 펄스 지속 시간 측정. 마이크로컨트롤러의 비휘발성 메모리에 각 모드별로 하나의 측정값을 저장하고 필요할 경우 이를 볼 수도 있습니다. 일정 시간 동안 외부 영향이 없으면 장치 설정을 빠르게 변경하고 자동으로 끌 수 있습니다. 주요 기술 특성
주파수 측정기 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. 16. PIC628F1A(DD3) 마이크로컨트롤러는 출력 RA0, RB2-RB4, RB7-RB10에서 생성된 신호를 사용하여 제한 저항 R17-R1을 통해 HG2 및 HG3641 표시 요소의 양극을 제어합니다. 이 신호는 11개의 74자리 138로 사용됩니다. - 각 카테고리 FYQ-2AHR-2 요소의 공통 음극이 있는 요소 LED 표시기. 표시기 비트의 음극을 제어하는 신호는 1HC2N(DD1) 디코더의 출력에서 나오며, 이 디코더의 입력은 출력 모드에서 작동하는 마이크로 컨트롤러의 RAO-RA4 라인에서 신호를 수신합니다. 동일한 라인을 사용하여 입력 모드에서 작동하는 프로그램은 제어 버튼 SBXNUMX 및 SBXNUMX의 상태를 확인합니다. 저항 RXNUMX-RXNUMX는 버튼을 눌렀다가 놓을 때 입력에 필요한 전위를 설정합니다.
마이크로 컨트롤러는 외부 석영 공진기 ZQ16에 의해 설정된 주파수가 1MHz인 내부 발진기에서 클럭됩니다. MCLR 핀은 사용되지 않으며 오류를 방지하기 위해 마이크로컨트롤러의 양극 공급 전압에 연결됩니다. 프로그램은 TMR2 타이머의 인터럽트 요청을 처리하는 절차에서 동적 표시와 관련된 작업을 2ms의 주기로 수행합니다. 따라서 1자리 표시기의 정보는 8/(0,002x62,5) = XNUMXHz의 빈도로 업데이트됩니다. 이렇게 하면 장치의 모든 작동 모드에서 표시기가 눈에 띄지 않게 깜박이게 됩니다. 입력 증폭기 포머의 신호는 결합된 라인 RA4 및 RB3(각각 대체 기능 T3CKI 및 CCP9을 갖는 마이크로컨트롤러의 핀 0 및 1)에 공급됩니다. 기존 주파수 측정기 모드에서 T0CKI는 펄스 카운터 입력이고 입력 및 출력 모드에서 작동하는 RB3 라인은 카운터 입력의 프로그래밍 방식 열기 및 닫기 및 후속 "추가 카운팅"에 사용됩니다. 기간과 기간을 측정할 때 두 라인 모두 T0CKI 및 CCP1 입력으로 작동합니다. 이 경우 신호가 떨어지는 순간에 TMR1 레지스터의 상태를 캡처하고 이 순간 사이의 시간 간격을 계산하며 TMR0 레지스터의 내용을 분석하여 결과의 정확성을 모니터링하는 알고리즘이 사용됩니다. 측정된 신호는 마이크로컨트롤러의 결합된 카운팅 및 타이머 캡처 입력에 공급된다는 아이디어입니다. 이를 통해 마이크로컨트롤러의 성능 부족으로 인해 TMR0 타이머 캡처 장치가 필요한 드롭을 놓쳤는지 타이머 TMR1이 계산한 드롭 수를 통해 판단할 수 있습니다. 트랜지스터 VT1 및 VT2의 입력 증폭기 포머는 잘 알려져 있고 입증된 회로에 따라 조립됩니다. 커패시터 C1 및 C9의 상대적으로 큰 커패시턴스는 1Hz 이하의 통과 대역 하한을 제공해야 할 필요성으로 설명됩니다. (이 목적을 위해 저항 R20이 사용되어 트랜지스터 VT2의 스테이지 입력 저항이 증가합니다.) . 요소 C8, C10, C11, L1은 최대 측정 주파수 근처의 신호에 대한 셰이퍼 증폭기의 전송 계수를 증가시킵니다. 저항 R5 및 다이오드 VD1, VD2는 입력 신호에 의한 고장으로부터 트랜지스터 VT1을 보호합니다. 셰이퍼 증폭기는 상당한 전류(약 5mA)를 소비하므로 장치의 절전 모드에서 전력을 절약하려면 p형 채널이 있는 VT3 전계 효과 트랜지스터의 스위치를 사용하여 증폭기에서 연결을 끊어야 했습니다. 여유 핀이 없기 때문에 마이크로컨트롤러는 디코더 DD2를 제어하는 데에도 사용되는 출력 RA2의 신호로 이 키를 제어합니다. 작동 모드에서 이 핀의 신호는 반복 주파수가 125Hz인 직사각형 펄스입니다. 이 신호의 논리 레벨이 로우이면 커패시터 C13은 회로 VD3R23을 통해 충전되고 트랜지스터 VT3은 소스에 대해 음의 게이트 전압으로 열립니다. 높은 신호 레벨에서 다이오드 VD3은 저항 R23의 상대적으로 작은 저항을 통해 커패시터가 방전되는 것을 방지합니다. C13R24 회로의 시상수는 125Hz 주파수의 간섭이 입력 증폭기에 들어가는 것을 방지할 만큼 충분히 크게 선택됩니다. 절전 모드에서 마이크로컨트롤러는 RA2 출력을 일정한 높은 논리 레벨로 설정합니다. 커패시터 C13은 저항 R24를 통해 방전되고 약 3~5초 후에 트랜지스터 VT3이 닫히고 드라이버 증폭기를 전원에서 완전히 분리합니다. 결과적으로 절전 모드에서 장치가 소비하는 전류는 10μA를 초과하지 않으므로 원하는 경우 기계식 전원 스위치를 사용하지 않아도 됩니다. 절전 모드에서 마이크로 컨트롤러의 RA0 및 RA1 라인은 입력으로 구성되며 저항 R1 덕분에 SB2 및 SB1 버튼을 놓으면 높은 논리 전압 레벨이 해당 입력(디코더의 입력 2 및 1에도 포함)으로 설정됩니다. 그리고 R3. 하이 레벨은 디코더의 입력 4에서도 작동합니다. 입력 레벨의 이러한 조합은 출력 7의 로우 레벨에 해당하며, 이 출력은 저항 R21을 통해 마이크로컨트롤러의 라인 RB7에 공급되며 이 경우 입력으로 사용됩니다. 아무 버튼이나 누르면 디코더 입력의 코드가 변경되므로 출력 7에서 낮은 레벨이 높은 레벨로 대체되고 저항 R21을 통해 마이크로 컨트롤러의 RB7 입력으로 전송됩니다. 절전 모드에서는 이 입력의 레벨이 변경되면 인터럽트가 활성화되므로 아무 버튼이나 누르면 마이크로컨트롤러가 활성 모드로 돌아갑니다. 이 장치는 통합 전압 안정기 NCP5SN551(DA50)에서 1V 전압으로 전원을 공급받습니다. 이 마이크로 회로는 입력 전압과 출력 전압 사이의 작은 허용 차이와 매우 낮은 고유 전류 소비(일반 값 - 4μA)가 특징입니다. 대신 기존 78L05 안정 장치를 사용하는 것이 가능하지만 안정 장치의 내부 전류 소비(약 3mA)가 크기 때문에 절전 모드의 의미가 무효화됩니다. 장치의 모든 부품은 한쪽 면이 유리섬유 호일로 만들어진 63x65mm 크기의 인쇄 회로 기판에 배치됩니다. 인쇄 회로 기판 도체의 그림이 그림 2에 나와 있습니다. 3. 양면의 부품 위치는 그림 830에 나와 있습니다. XNUMX. 보드의 치수는 미리 플라스틱 스탠드를 잘라낸 DT-XNUMX 멀티미터의 경우 편리하게 배치할 수 있도록 선택됩니다. 동시에 크로나 배터리부터 XNUMX~XNUMX개의 갈바닉 배터리 또는 AAA 배터리 셀까지 다양한 배터리 옵션을 위한 충분한 공간이 있습니다. 버튼, 입력 커넥터, 전압 공급용 나사 블록 등 모든 부품이 보드에 콤팩트하게 배치되어 있어 하우징 없이도 장치를 사용할 수 있습니다. 표시기는 보드 하단에 있습니다. 이 배열은 다소 특이하지만 표시기에 대한 더 큰 시야각을 제공합니다.
FYQ-3641AHR-11 표시기는 일반적인 음극을 사용하는 다른 표시기로 교체할 수 있습니다(예: CPD-03641). 74HC138N 디코더 대신 74AC138N을 설치하는 경우 필요한 경우 저항 R10-R17의 저항을 390Ω으로 줄여 전류를 최대 XNUMX배까지 늘릴 수 있으므로 표시기의 밝기도 높일 수 있습니다. 그러나 작동 모드에서 장치가 소비하는 전류는 이에 비례하여 증가합니다. 제 생각에는 다이어그램에 표시된 저항 값이 있어도 표시기의 밝기는 충분합니다. 석영 공진기는 16MHz 주파수뿐만 아니라 4MHz에서도 사용할 수 있지만 이 경우 측정된 최소 펄스 지속 시간은 XNUMX배 증가합니다. 지정된 공진기 주파수 값 모두에 대한 마이크로 컨트롤러 프로그램 옵션이 기사에 첨부되어 있습니다. 버튼 SB1과 SB2는 택트 각도입니다. BF998 트랜지스터 대신 BF998R을 사용할 수 있으며 차이점은 핀의 상호 미러 배열에만 있습니다. 따라서 BF988R 트랜지스터는 보드에 거꾸로 장착되어야 합니다. KT368A 트랜지스터는 차단 주파수가 최소 300MHz인 유사한 저전력 npn 트랜지스터로 대체할 수 있습니다. 다이오드 1N4148은 국내 시리즈 KD521, KD522로 교체할 수 있습니다. XW1 입력 잭은 직경 5,5mm의 플러그용으로 설계된 전원 공급 장치 커넥터의 블록 부분을 사용합니다. 50cm 길이의 차폐 와이어 조각이 플러그에 납땜되고 반대쪽 끝에 프로브가 중앙 와이어에 납땜되고 악어 클립이 브레이드에 납땜됩니다. 크기를 줄이기 위해 커패시터와 저항기는 표준 크기 0805의 표면 실장에 주로 사용됩니다. 커패시터 C13은 탄탈륨입니다. 인쇄된 도체에서 원치 않는 단락을 방지하기 위해 종이 접착 테이프 스트립이 표면 실장 요소 아래를 통과하는 위치에 미리 접착되어 있습니다. 출력 저항기는 인쇄된 도체의 배선을 편리하게 한다는 관점에서 유리한 곳에 사용됩니다. 표면 실장 요소를 먼저 보드에 설치한 다음 점퍼선과 리드선 요소를 마지막으로 설치해야 합니다. 극단적인 경우에는 NCP551SN50T1 안정 장치를 덜 부족한 LP2950CZ-5.0으로 교체할 수 있습니다. 보드에는 DA1로 지정된 슬롯이 있지만 이 경우 절전 모드에서 소비되는 전류는 70~100μA로 증가합니다. 조립 된 보드의 모양이 그림에 나와 있습니다. 넷.
다이어그램에 표시된 요소와 고품질 석영 공진기를 사용하면 기사 시작 부분에 표시된 장치의 특성이 조정 없이 보장됩니다. 정확한 표준 주파수 측정기가 있는 경우 5~30MHz 주파수의 신호를 장치 입력에 적용하고 표준 주파수 측정기를 사용하여 해당 값을 제어하여 가능한 가장 가까운 판독값을 얻는 것이 좋습니다. 트리밍 커패시터 C7로 조정하여 장치를 제조했습니다. 필요한 경우 저항 R19를 선택하여 트랜지스터 VT2의 콜렉터에서 2~3V 범위의 정전압을 설정합니다. 마이크로컨트롤러 프로그램은 MPASM 어셈블리 언어로 작성되었습니다. 마이크로컨트롤러 메모리에 로딩하기 위해 기사에 첨부된 HEX 파일(16MHz 수정 공진기의 경우 fmeter_X16_FULL.HEX, 4MHz 수정 공진기의 경우 fmeter_X4_FULL.HEX)은 MPLAB 환경에서 프로그램을 방송하여 얻은 것입니다. 장치의 모든 기능을 최대한 활용하려면 16MHz 공진기를 사용하는 것이 좋습니다. 구성 단어는 번역 시 프로그램의 HEX 파일에 자동으로 입력되므로 구성을 수동으로 설치할 필요가 없습니다. 장치를 켜면 인사말 후 이전에 선택한 모드에 따라 표시기가 판독값을 표시합니다. SB1 버튼을 누르면 현재 모드의 이름이 표시기에 나타납니다(대부분의 경우 즉시 표시되지만 때로는 최대 2초 동안 버튼을 누르고 있어야 할 수도 있습니다). 이후에 이 버튼을 누르면 표시기의 모드와 이름이 원형으로 변경됩니다. 일반 주파수 측정기 디스플레이에 모드가 표시된 상태에서 SB2 버튼을 누르면 해당 모드가 변경되면서 장치가 초기 상태로 돌아갑니다. 대기 시간(3~10초) 동안 아무 버튼도 누르지 않으면 장치는 이전(SB1 버튼을 누르기 전) 모드의 초기 상태로 돌아갑니다. 모드 이름이 표시기에 표시된 후 SB1 버튼을 3초 이상 누르고 있으면 표시에 해당 문구가 나타납니다. 텍스트가 표시되는 동안 SB2 버튼을 누르면 이 메뉴의 항목은 SB1 버튼을 누르면 순차적으로 전환되고, SB2 버튼을 누르면 현재 매개변수의 값이 변경되어 표시기에 즉시 표시됩니다. 설정된 매개변수 값을 저장하고 종료 - 버튼을 누르지 않고 대기 시간이 만료된 후. 초기 상태에서 SB2 버튼을 누르면(일부 모드에서는 최대 2초 동안 눌러야 함) 표시기에 문구가 나타납니다. 8~64분 동안 버튼을 누르지 않으면 절전 모드로 전환됩니다. 기존 주파수 카운터 이 모드에서 장치의 작동은 특정 시간 간격 동안 TMR0 마이크로컨트롤러 타이머에 의해 측정된 신호의 펄스 카운트를 기반으로 합니다. 이 간격(1초)은 3ms 주기로 호출되는 TMR2 타이머 인터럽트 처리 절차에서 계산됩니다. 동일한 절차로 동적 표시가 수행됩니다. 측정된 신호의 주파수가 10MHz 미만일 때 표시가 나타납니다. 저주파 카운터 저주파 주파수 측정 모드에서는 최대 1000Hz까지의 주파수를 측정할 때 신호 주기가 실제로 측정되며 주파수는 이에 대한 역수로 계산되어 1000/900헤르츠 단위로 표시됩니다(쉼표는 XNUMX번째 자리에 포함됩니다). 오른쪽부터 표시). 주파수가 XNUMXHz를 초과하면 일반적인 방법으로 측정됩니다. 역방향 스위칭은 XNUMXHz의 주파수에서 발생합니다. 이 모드를 사용하면 짧은 측정 시간으로 표시기의 소수점 이하 주파수 값의 소수점 세 자리 이상을 얻을 수 있습니다. 정권의 표시 - 표시 기간 측정 이 모드에서 측정된 신호의 주기가 1000μs를 초과하면 내부 발진기에서 1MHz 주파수의 펄스를 카운팅하여 클럭킹된 마이크로컨트롤러 타이머 TMR1을 사용하여 직접 측정이 수행됩니다. 신호의 주기가 작을수록 주파수가 측정되고 주기는 역수 값으로 계산됩니다. 결과는 항상 마이크로초 단위로 표시되며 후자의 경우 소수점 세 자리로 표시됩니다. 모드 기호 - 기호 펄스 폭 측정 포지티브 및 네거티브 펄스의 경우 이 모드는 첫 번째 경우 신호의 상승에서 하강 에지까지의 시간이 측정되고 두 번째 경우 하강에서 상승 에지까지의 시간이 측정된다는 점만 다릅니다. 측정은 내부 발생기에서 1μs 주기의 펄스로 기록되는 마이크로컨트롤러 타이머 TMR0,25에 의해 드롭 사이의 시간 간격을 직접 계산하여 수행됩니다. 이를 통해 3μs 이상의 지속 시간을 안정적으로 측정할 수 있습니다. 측정된 펄스가 지정된 값보다 짧은 경우 타이머 캡처 모듈은 때때로 한 펄스 동안 이를 제한하는 두 에지를 캡처할 시간이 없고 다음 펄스의 최종 에지를 캡처합니다(또는 여러 펄스를 누락하여). 프로그램은 펄스의 지속시간과 반복주기를 측정한 결과를 비교하여 이러한 상황을 파악하고 측정된 지속시간에서 반복주기의 값을 뺍니다. 이 경우 결과는 당연히 신뢰성이 떨어집니다. 여러 펄스 반복 주기보다 긴 지속 시간이 수신되면 과도한 신호 주파수 메시지가 표시됩니다. 32768μs 미만의 펄스 지속 시간은 0,25μs의 분해능으로 표시되고 더 긴 펄스 지속 시간은 1μs로 표시됩니다. 정권의 표시 - 표시 장치 입력 부분의 비대칭성과 마이크로 컨트롤러의 입력 RB3/CCP1(핀 9)에 슈미트 트리거가 있으면 플랫으로 펄스 지속 시간을 측정할 때 큰 오류가 발생한다는 점에 유의해야 합니다. 액. 이 오류는 신호 진폭이 증가함에 따라 감소합니다. 어떤 모드에서든 진폭이 0,1V 미만인 신호를 측정하려고 하면 판독값이 잘못될 수 있습니다. 그러나 이는 다른 유사한 장치에도 적용됩니다. 알려진 안정적인 입력 신호의 경우 판독값의 상당한 변동은 진폭이 부족하다는 간접적인 신호일 수 있습니다. 입력 신호의 매개변수로 인해 측정 수행이 허용되지 않는 경우 장치 표시기에 다음 메시지가 표시됩니다. 문학
마이크로컨트롤러 프로그램은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/05/fmeter.zip에서 다운로드할 수 있습니다. 저자: B. 발라예프
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, 저주파 측정기 
, 주기 측정 
, 양의 펄스 지속 시간 측정 
, 음의 펄스 지속 시간 측정 
그리고 다시 일반 주파수 측정기.
. 이 경우 SB2 버튼을 누르고 대기 시간 동안 버튼을 누르지 않으면 장치가 절전 모드로 전환되며 아무 버튼을 눌러 종료할 수 있습니다. 이 모드에서 SB1 버튼을 누르면(물론 먼저 버튼을 놓은 후) 디스플레이에 표시가 번갈아 나타납니다. 
.
- 표시 기간, s; 
- 버튼 누름을 기다리는 시간, s; 
- 자동 종료 전 시간, 최소 이 라벨의 XNUMX은 해당 매개변수의 현재 값으로 대체되며 더 잘 보이도록 깜박입니다.
. 버튼이 나타난 후 즉시 버튼을 놓으면 마이크로 컨트롤러의 비휘발성 메모리에 이전에 저장된 측정 값이 8초 동안 표시기에 표시되고 현재 측정 값과 다르게 깜박입니다. 그렇다면 비문이 나타날 때 
표시기에.
표시기의 가장 중요한 숫자에.
표시기의 가장 중요한 두 자리 숫자. 높은 주파수 값에서는 측정 결과의 XNUMX이 아닌 상위 비트에 의해 교대로 삭제됩니다.
가장 중요한 숫자(기간을 직접 측정) 또는 기호 
최대 유효 숫자 XNUMX자리(주파수를 통해 주기를 측정하는 경우) 다른 모드에서와 마찬가지로 이러한 기호는 결과의 XNUMX이 아닌 상위 비트로 덮어쓰여집니다.
(양성 펄스의 지속 시간 측정) 또는 
(음의 펄스 지속 시간 측정) 표시기의 가장 중요한 두 자리에 표시됩니다. 펄스 반복 기간 동안 조정된 결과를 얻으면 부호는 다음과 같습니다. 
깜박입니다.
- 빈도가 너무 높음 
- 기간이 너무 길다. 
- 신호 없음.
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