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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Fréquencemètre - échelle numérique sur PIC16CE625. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure L'appareil proposé poursuit un certain nombre de développements amateurs sur les microprocesseurs et peut être utilisé comme fréquencemètre de laboratoire domestique ou balance numérique pour tous les types d'équipements de communication et de réception radio. Malgré le schéma simple, l'appareil diffère des conceptions précédemment publiées par la capacité de mesurer des fréquences jusqu'à la gamme des micro-ondes, une haute résolution et la possibilité d'entrer des valeurs de plusieurs fréquences intermédiaires dans la mémoire du contrôleur. L'appareil vous permet de mesurer la fréquence du signal dans la plage de 0,1 Hz à 40 MHz. Le niveau du signal d'entrée peut être compris entre 100 et 200 mV. La résolution de l'appareil est de 100,1, 0,1 Hz avec un temps de mesure de 0,1, 1, 10 s, respectivement. Le nombre de chiffres indicateurs est de 8. La tension d'alimentation de l'appareil est de 7,5 ... 14 V et la consommation de courant dépend du nombre de segments de fonctionnement, mais ne dépasse pas 130 mA. En utilisant un diviseur hyperfréquence externe avec un facteur de division allant de 1 à 255, les fréquences supérieures à 40 MHz peuvent être mesurées. Le principe de fonctionnement du fréquencemètre est classique : mesurer le nombre d'impulsions du signal d'entrée pendant un certain intervalle de temps. La limite de 10 s est destinée à des mesures précises à basse fréquence. En mode balance numérique, le temps de mesure de l'appareil est de 0,1 ou 1 s. Jusqu'à 15 valeurs de fréquences intermédiaires dans la plage de 0 à 99 999 999 Hz peuvent être stockées dans la mémoire non volatile de la balance numérique. Dans ce cas, les lectures de l'indicateur seront déterminées par la formule
où Fin - fréquence d'entrée; Kd - facteur de division du diviseur externe ; Fp - fréquence intermédiaire. La soustraction est effectuée en valeur absolue, c'est-à-dire que la plus petite valeur est soustraite de la plus grande valeur. Les fréquences intermédiaires, le facteur de division du diviseur externe utilisé, ainsi que les constantes d'étalonnage peuvent être réglés et modifiés par l'utilisateur sans l'utilisation d'appareils supplémentaires. Toutes ces données sont stockées dans la mémoire non volatile du contrôleur PIC. Il offre également la possibilité d'un étalonnage de fréquence logiciel, ce qui permet l'utilisation d'un résonateur à quartz de référence dans l'appareil dans la plage de fréquences de 3,9 à 4,1 MHz. Le schéma de principe du dispositif est représenté sur la Fig.1.
Le signal de la fréquence mesurée est envoyé au conformateur d'entrée, réalisé sur le transistor VT1 et l'élément de puce DD1. Les diodes VD1 et VD2 limitent l'amplitude du signal d'entrée à 0,7 V. Pour un signal d'entrée sinusoïdal, la limite inférieure des fréquences mesurées est déterminée par la capacité des condensateurs C4 et C5, et aux valeurs spécifiées dans le diagramme, c'est 10 Hz. A partir de la sortie de la puce DDI, les impulsions générées sont envoyées au contrôleur PIC DD2. Une capacité de charge suffisamment élevée de ses sorties a permis d'y connecter directement les cathodes de l'indicateur HG1. Les anodes de l'indicateur sont connectées par l'intermédiaire d'émetteurs suiveurs composites sur les transistors VT2-VT17 aux sorties du compteur DD3, qui balaie les bits. Un tel schéma vous permet d'alimenter l'indicateur avec une tension non stabilisée, ce qui facilite grandement le régime thermique du microcircuit DA1 et élimine pratiquement l'effet des surtensions lors de la commutation des décharges de l'indicateur sur le fonctionnement du pilote d'entrée. L'impédance d'entrée du shaper est faible, par conséquent, pour étendre les capacités de l'appareil et éliminer l'influence de la capacité du câble, une sonde externe y est connectée. Son schéma est représenté sur la Fig. 2.
L'impédance d'entrée de la sonde est d'environ 500 kOhm, la résistance de sortie est de 50 ... 100 Ohm. Le gain est d'environ 2 et la limite supérieure de la bande passante est de 100 ... 150 MHz. Les diodes VD1, VD2 protègent le transistor à effet de champ contre les pannes lorsqu'une haute tension pénètre dans l'entrée. L'appareil est contrôlé par trois boutons affichés sur le panneau avant et cinq commutateurs. Les boutons SB1, SB2, SB3 sélectionnent le temps de mesure de 0,1, 1 ou 10 s, respectivement. La nouvelle valeur de fréquence sur l'indicateur apparaîtra sur l'indicateur après l'intervalle sélectionné après que le bouton est relâché. Si vous maintenez enfoncé l'un de ces boutons, la valeur de fréquence actuelle sera fixée sur l'indicateur. Lors de l'utilisation d'un diviseur externe, le prix du chiffre le moins significatif du fréquencemètre change. Si son facteur de division est compris entre 3 et 20, le prix de décharge diminue de 10 fois, si Kd est supérieur à 20, puis de 100 fois à tout instant de mesure. Si Kd = 2, le prix de décharge ne change pas. L'état fermé de l'interrupteur SA1 correspond au fonctionnement de l'appareil avec un diviseur hyperfréquence externe, et l'état ouvert - sans lui. Les commutateurs SA2-SA5 sont utilisés pour sélectionner l'une des 15 valeurs IF préprogrammées. Le numéro IF correspondant est composé en code binaire (1-2-4-8). Si les interrupteurs SA2-SA5 sont ouverts, IF = 0 (mode fréquencemètre). Les sorties de l'interrupteur SA1 peuvent être amenées sur les contacts libres du connecteur, qui comporte un diviseur hyperfréquence. Un cavalier doit être installé entre ces contacts sur la partie correspondante du connecteur. Ainsi, la connexion du diviseur sera automatiquement déterminée. Si le numéro FC doit être modifié à distance, par exemple lors de la commutation des gammes du récepteur, des relais électromagnétiques peuvent être utilisés comme SA2-SA5. Le fréquencemètre est assemblé sur une carte de circuit imprimé aux dimensions de 107x46 mm en fibre de verre à feuille unilatérale. La disposition des conducteurs et l'emplacement des pièces sur la carte sont illustrés à la fig. 3.
Toutes les résistances fixes MLT 0,125, trimmer - SPZ-19a. Condensateurs permanents - KM, réglage - KT4-21, oxyde - K50-35. Transistor VT1 tout npn avec une fréquence de coupure d'au moins 600 MHz. Transistors VT10 - VT17 avec un courant admissible d'au moins 300 mA. Indicateur HG1 - LED à huit chiffres, avec des points décimaux à droite des chiffres. Sa conception peut être arbitraire, par exemple composée d'indicateurs à un chiffre avec une anode commune. La puce DD1 KR1554TL2 peut être remplacée par KR1554TLZ, mais cela nécessitera un ajustement du modèle de carte de circuit imprimé. Les sorties inutilisées des éléments de microcircuit doivent être connectées au bus d'alimentation +5 V. L'utilisation d'analogues TTL dans ce circuit réduit la limite supérieure des fréquences de fonctionnement de l'appareil à 10-60 MHz. Transistor VT1 d'une sonde à distance - un transistor de champ avec une grille isolée, un canal de type n et une tension grille-source de 0 ... 2 V à un courant de drain de 5 mA - KP305A, B, V; KP313A, B; VT2 - avec une fréquence de coupure d'au moins 600 MHz. La résistance R1 est montée directement dans la partie broche du connecteur XP1. Un dessin du circuit imprimé de la sonde et l'emplacement des pièces sont illustrés à la fig. quatre.
La sonde est montée dans un boîtier métallique. Il est également souhaitable de protéger le fréquencemètre, en particulier si l'appareil est utilisé comme balance numérique. L'alimentation peut être toute non stabilisée avec une tension de sortie de 7,5 ... 14 V et un courant de charge jusqu'à 150 mA. Lors du réglage du fréquencemètre en ajustant la résistance R2, la sensibilité maximale de l'appareil aux hautes fréquences est atteinte. La tension sur le collecteur du transistor VT1 doit être d'environ 2,5 V. La mise en place d'une sonde déportée consiste à régler le courant de chaque transistor à environ 5 mA. Ils sont exposés en captant R3. La tension sur le collecteur VT2 doit être de 4 V. Ensuite, à l'aide des boutons SB1-SB3, vous devez définir les valeurs requises des paramètres du fréquencemètre en mode service. Pour entrer dans ce mode, appuyez sur trois boutons en même temps. Dans ce cas, l'indicateur affichera la valeur du temps de mesure, qui sera sélectionné par défaut à la mise sous tension de l'appareil. En appuyant sur le bouton SB1 ou SB2, vous pouvez sélectionner l'une des trois valeurs - 0,1 s, 1 s ou 10 s. Après cela, appuyez sur le bouton SB3. Dans ce cas, la valeur sélectionnée est stockée dans une mémoire non volatile et l'indicateur indique la valeur du facteur de division du diviseur micro-ondes, qui sera utilisé avec l'appareil. Vous pouvez modifier sa valeur en appuyant sur SB1 ou SB2, puis confirmer la sélection en appuyant sur SB3. Si un ou plusieurs des interrupteurs SA2-SA5 sont fermés, le numéro de l'onduleur activé et son signe (stylisé + ou -) apparaissent sur l'indicateur. Le signe est sélectionné en appuyant sur le bouton SB1 ou SB2, une pression sur SB3 confirme le choix et la valeur IF apparaît sur l'indicateur, qui peut être modifiée en appuyant à nouveau sur SB1 ou SB2. Le taux de changement augmentera avec le temps que le bouton est enfoncé, c'est-à-dire que plus le bouton est enfoncé longtemps, plus la lecture changera rapidement. Le prix du bit le moins significatif est de 1 Hz. La confirmation du choix est similaire aux modes précédents - en appuyant sur SB3. Après cela, l'indicateur affiche l'inscription "SETUP". Si vous n'appuyez sur aucun des boutons, après environ 3 secondes, l'appareil passera en mode de mesure avec les nouveaux paramètres sélectionnés. Pour accéder à "SETUP", appuyez sur SB3. Dans ce mode, l'étalonnage logiciel de l'appareil pour un résonateur utilisé spécifique est effectué. Cela peut être nécessaire, car dans ce circuit, il est excité à la fréquence de résonance parallèle et les résonateurs sont généralement indiqués à la fréquence série, qui peut différer de plusieurs kilohertz. L'étalonnage est effectué en sélectionnant neuf constantes qui déterminent la durée des intervalles de mesure. Les constantes C1, C2 et C3 déterminent l'intervalle de 0,1 s ; C4, C5 et C6 - 1 s, et C7, C8 et C9 - 10 s. C1, C4, C7 sont pour un étalonnage précis de la portée ; C2, C5 et C8 - pour le milieu ; C3, C6 et C9 - pour rugueux. C1, C4 et C7 peuvent varier de 0 à 17. Les augmenter ou les diminuer de un augmente ou diminue l'intervalle correspondant de 1 µs (par cycle machine). C2, C5 et C8 prennent une valeur de 0 à 255. Les changer de un change l'intervalle de 18 µs. C3, C6 et C9 peuvent également être compris entre 0 et 255 et effectuer un changement d'intervalle encore plus grossier. Les valeurs de toutes les constantes sont saisies séquentiellement, comme dans les modes précédents. Après avoir entré C9, l'appareil passe en mode de mesure. Si la fréquence d'oscillation du résonateur à quartz est exactement de 4 MHz, les constantes doivent avoir les valeurs suivantes : С1=9, С2=99, C3=2, С4=13, С5=17, С6=199, С7=17, С8=215, С9=117. Dans la version de l'auteur, la fréquence du quartz est de 4 001 120 Hz et les constantes sont quelque peu différentes : С1=1, С2=101, C3=2, С4=5, С5=33, С6=199, С7=5, С8=117, С9=118. Pour calibrer l'appareil, vous devez disposer d'un fréquencemètre de référence et d'un générateur. Au début, à l'aide d'un instrument de référence, mesurer la fréquence de génération d'un résonateur à quartz dans l'instrument. Dans ce cas, le rotor du condensateur C7 doit être en position médiane. Le fréquencemètre est connecté au point X1. La valeur mesurée est arrondie au multiple de 40 Hz le plus proche, par exemple 4 000 000, 4 000 040, 4 000 080, etc. Ensuite, la sonde à distance de l'appareil est connectée au point X1 et les lectures sont enregistrées aux trois limites. Si les lectures diffèrent de la valeur mesurée, vous devez entrer en mode service, puis "SETUP" et modifier les valeurs des constantes. Dans ce cas, il faut respecter la règle - en changeant la durée de l'intervalle de 0,1 s de 1 μs, la durée de l'intervalle de 1 s doit être changée en 10 μs et 10 s - en 100 μs. Sinon, les lectures de l'appareil à différentes limites peuvent ne pas correspondre les unes aux autres. Après quelques essais et erreurs, l'effet des constantes sur les lectures devient clair. De cette manière, des lectures de la fréquence de génération réelle sont obtenues. Comme mentionné ci-dessus, il doit nécessairement être un multiple de 40 Hz. Dans la version de l'auteur, les lectures de l'appareil avec un intervalle de mesure de 10 s sont 4.001.120.0; avec un intervalle de 1 s - 4.001.120 ; et avec un intervalle de 0,1 s - 4.001.1. Après l'étalonnage, connectez cet appareil et un fréquencemètre de référence à un générateur de signaux avec une fréquence de 20 ... 40 MHz et une amplitude de 0,2 ... 0,5 V et comparez les lectures à toutes les limites. Si les lectures ne correspondent pas entre elles à des limites différentes, cela signifie qu'une erreur a été commise lors de la saisie des constantes et que cette opération doit être répétée. La correspondance exacte finale des lectures avec la fréquence est obtenue en ajustant le condensateur C7. Si la plage de son changement n'est pas suffisante, les constantes doivent être corrigées, comme décrit ci-dessus. Le processus d'étalonnage est assez compliqué, mais sa nécessité peut n'apparaître qu'une seule fois après la fabrication de l'appareil. Les valeurs de l'auteur de toutes les constantes et paramètres de la mémoire non volatile peuvent être restaurées, si nécessaire, en tapant la valeur C3 dans la plage de 128 à 255. L'un des schémas possibles du diviseur de micro-ondes par 10 est publié sur le site Web de l'auteur . Codes du programme de contrôle du microcontrôleur Auteur : N. Khlyupin
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