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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Fréquencemètre radioamateur. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Les lecteurs se voient proposer une description d'un fréquencemètre amateur sur le microcontrôleur AT89C52-24JC et de deux accessoires, avec lesquels, en plus de mesurer la fréquence et la durée des impulsions, vous pouvez mesurer la capacité et l'inductance des composants. Au cours des dernières années, plusieurs publications sont apparues dans la littérature périodique consacrée à la description des radiofréquencemètres amateurs construits sur la base de micro-ordinateurs à puce unique. Les avantages de telles conceptions sont évidents: le nombre de microcircuits utilisés est réduit et, par conséquent, les dimensions et la consommation d'énergie sont réduites, la facilité de montage et de réglage de l'appareil, qui est disponible pour la répétition même par des radioamateurs novices. De plus, il devient possible de moderniser et d'augmenter les fonctions de service uniquement en modifiant le programme de commande. Le fréquencemètre est destiné à être utilisé dans la pratique de la radio amateur. Il vous permet de mesurer :
Le fréquencemètre peut également être utilisé comme échelle numérique pour les récepteurs radio. À l'aide d'accessoires supplémentaires, le fréquencemètre peut mesurer la capacité des condensateurs et l'inductance des selfs et des bobines. Principales caractéristiques techniques
Le fréquencemètre (son schéma est illustré à la Fig. 1) se compose d'un comparateur de signaux, d'un commutateur de mode de fonctionnement, d'un synchroniseur de cycle de mesure, d'un compteur d'impulsions, d'un microcontrôleur, d'un clavier, d'un indicateur à cristaux liquides et d'un stabilisateur de puissance.
L'étage d'entrée est basé sur un comparateur Analog Devices AD8561AR (DA1). Ce comparateur a un retard typique d'environ 7 ns. Le signal d'entrée est envoyé au connecteur XP1 et envoyé au circuit de protection R1VD1VD2 et au comparateur DA1. Les résistances R4, R5 forment l'hystérésis du comparateur pour éliminer l'apparition de broutage avec des signaux à évolution lente. A la sortie du comparateur, le signal est représenté par une paire de niveaux logiques en opposition de phase, cohérents avec les niveaux des circuits logiques du fréquencemètre. Le changement de mode de fonctionnement se fait sur un multiplexeur numérique DD2. Le commutateur commute les signaux en fonction du mode de fonctionnement sélectionné du fréquencemètre. Le synchroniseur (éléments DD1.2, DD1.3, DD4) génère des signaux pour le début et la fin du cycle de mesure. Le compteur d'impulsions (DD3) compte le nombre d'impulsions dans le signal d'entrée ou les impulsions de service lors de la mesure de la largeur d'impulsion. Le microcontrôleur (DD5) d'ATMEL AT89C52-24JC gère tous les éléments de l'appareil : commutateur de mode de fonctionnement, voyant, clavier. La fréquence d'horloge de 10 MHz pour le microcontrôleur est réglée par le résonateur à quartz BQ1. Lors de la configuration et de la vérification du fréquencemètre, la fréquence d'horloge du microcontrôleur est ajustée par le condensateur C6 à une valeur d'exactement 10 MHz à l'aide d'un fréquencemètre industriel. Le signal du résonateur à quartz du microcontrôleur (signal BF) est également utilisé pour mesurer la durée d'impulsion. Dans ce cas, la période de répétition des impulsions de remplissage est de 100 ns. Ainsi, l'erreur de mesure de la durée d'impulsion ne dépasse pas non plus cette valeur. Le microcontrôleur fonctionne à l'aide de la mémoire programme interne (la broche 35 DD5 est connectée au bus +5V). A la mise sous tension du fréquencemètre, le microcontrôleur est remis dans son état initial par une chute de tension transmise par le condensateur C5. Le clavier (touches SB1, SB2) permet de sélectionner les modes de fonctionnement et les paramètres du fréquencemètre. Le bouton SB1 ("Mode") sélectionne le mode de fonctionnement, le bouton SB2 ("Paramètre") sélectionne le paramètre de mode. Par exemple, à l'aide du bouton SB1, définissez le mode "Mesure de fréquence" et à l'aide du bouton SB2, sélectionnez la valeur du paramètre "Temps de mesure" - 10 s. Environ 1 s après la sélection du mode de fonctionnement ou du paramètre, le fréquencemètre passe automatiquement à la mesure. Un module LCD alphanumérique ITM1602ASR à deux lignes de 16 caractères sert d'indicateur. La première ligne indique le mode de fonctionnement et les paramètres du fréquencemètre, et la deuxième ligne indique la valeur mesurée. La résistance ajustable R8 peut être utilisée pour régler le contraste de l'image de l'indicateur. L'indicateur est connecté au connecteur XS3 et installé directement sur la carte. L'indicateur connecté via un câble supplémentaire peut être placé à un endroit différent à la demande de l'utilisateur. Un stabilisateur intégré DA2 est utilisé dans l'unité de stabilisation de la tension d'alimentation. La tension d'alimentation provenant d'une source externe est fournie au connecteur XP2. Condensateurs C15, C16 - filtre d'entrée ; C13, C14 - filtre de sortie du stabilisateur. Condensateurs C7 - C12 - bloquant, ils sont installés à proximité des microcircuits. Le fréquencemètre utilise des microcircuits domestiques de la série KR1533 (importation analogique - 74ALS). La puce 74NS4040 avec une fréquence maximale de 50 MHz est utilisée comme compteur d'impulsions, ce qui limite la plage de mesure de fréquence. Considérez le fonctionnement du fréquencemètre dans le mode de mesure de la fréquence du signal d'entrée. Le signal du comparateur (circuit F1) est envoyé au commutateur de mode de fonctionnement (broche 4 DD2). Le microcontrôleur définit les niveaux logiques des signaux A = 0 et B = 1, puis émet un signal START (log. 1), qui lance le processus de mesure. Le déclencheur DD4.1 commute et laisse passer le signal vers la sortie du commutateur (broche 7 DD2) et l'entrée du compteur d'impulsions (broche 10 DD3). Le microcontrôleur génère par exemple un intervalle de temps d'une durée de 1 s (signal TW). Pendant ce temps, le signal d'entrée de la sortie du comparateur au compteur d'impulsions d'entrée est autorisé. Les impulsions de débordement du compteur DD3 sont comptées par le temporisateur/compteur 1 du microcontrôleur. Après que le microcontrôleur attend pendant un intervalle donné, le comparateur verrouille sa sortie (broche 5 DAI - LATCH) et le comptage des impulsions du signal d'entrée s'arrête. Le microcontrôleur définit les niveaux logiques des signaux A = 1, B = 1 et lit le nombre accumulé à partir du compteur d'impulsions (DD3) en utilisant des impulsions de "comptage" (signal CP). Le microcontrôleur calcule le nombre total d'impulsions dans le compteur d'impulsions pour l'intervalle de temps sélectionné (et il s'agit de la fréquence du signal) à l'aide de la formule X 1048576+ Y 4096 + Z, où X est le contenu des 8 bits supérieurs du temporisateur/compteur 1 du microcontrôleur ; Y est le contenu des 8 bits inférieurs du temporisateur/compteur 1 du microcontrôleur ; Z - le contenu du compteur d'impulsions (DD3). Si la fréquence d'entrée est très élevée, alors le compteur/timer 1 du microcontrôleur peut déborder. Dans ce cas, le microcontrôleur ajoute le nombre 268435456 au résultat obtenu par la formule précédente. Considérons le fonctionnement d'un fréquencemètre en utilisant l'exemple de la mesure de la durée d'une impulsion de polarité positive. Les signaux de sortie du comparateur (signal F1 pour une impulsion positive ou signal F2 pour une impulsion négative) sont envoyés au commutateur de mode de fonctionnement (DD2). Le microcontrôleur définit les niveaux logiques des signaux A - 0, B - 0. Ensuite, un signal de réglage du déclencheur DD4.1 sur un seul état (signal WR / CM) est émis. Après cela, le signal START (log. 1) correspondant au début de la mesure est émis. Le microcontrôleur attend la commutation de déclenchement DD4.2. Le trigger DD4.1 permet de faire passer des impulsions de remplissage de l'élément DD1.1 vers la sortie de l'interrupteur (broche 7 DD2). Avec le début de l'impulsion du signal d'entrée, les impulsions de remplissage (signal BF) sont envoyées à l'entrée du compteur d'impulsions (broche 10 DD3) via l'élément DD1.1 et le commutateur. Les impulsions de débordement du compteur DD3 sont comptées par le temporisateur/compteur 1 du microcontrôleur. Après la fin de l'impulsion du signal d'entrée, le déclencheur DD4.1 passe à l'état opposé et le comptage des impulsions de remplissage s'arrête. Au signal END, le microcontrôleur établit les signaux A = 1, B = 1 et lit la valeur accumulée du compteur d'impulsions (DD3) en utilisant des impulsions de comptage (signal CP). Le microcontrôleur calcule la durée de l'impulsion mesurée par la formule (X 1048576 + Y 4096 + Z)x100, où X - contenu des 8 bits supérieurs du temporisateur/compteur du 1er microcontrôleur ; Y - contenu des 8 bits inférieurs du temporisateur/compteur du 1er microcontrôleur ; Z - le contenu du compteur d'impulsions DD3 ; 100 - la période de répétition des impulsions de remplissage, égale à 100 ns. Ainsi, lors de la mesure de la durée d'impulsion, la porte temporelle est l'impulsion elle-même. Pour déterminer la durée de l'impulsion négative, le microcontrôleur va régler les niveaux logiques des signaux A = 1, B = 0. Le logiciel est écrit en langage "C" pour les microcontrôleurs de la famille MCS-51. Structurellement, le fréquencemètre est réalisé sur une carte de circuit imprimé double face (Fig. 2), sur laquelle tous les éléments sont montés (Fig. 3), à l'exception de l'indicateur.
Sur la fig. 2 plots ronds, conditionnellement représentés sans trous, sont reliés aux plots correspondants au verso de la carte par des vias métallisés. Dans la fabrication amateur d'une carte de circuit imprimé, la métallisation est remplacée par des conducteurs minces.
Connecteurs détachables - PLS-2, PBS-14, ainsi qu'une prise PLCC-44 pour l'installation de DD5. Réglage du compteur de fréquence Après avoir assemblé le fréquencemètre, il est nécessaire d'effectuer trois opérations de réglage. 1. Le contraste de l'indicateur est ajusté après l'alimentation du fréquencemètre en ajustant la résistance d'accord R8. 2. Pour régler la fréquence de l'oscillateur à cristal du microcontrôleur, l'accès au condensateur de réglage de fréquence est nécessaire. Par conséquent, lorsque le fréquencemètre est mis hors tension, le module indicateur est retiré de la carte puis, tout en maintenant le bouton SB1 enfoncé, le fréquencemètre est mis sous tension. Avec un couplage capacitif minimum de l'entrée de l'exemple de fréquencemètre avec le point BF (Fig. 3), en ajustant le condensateur C6, la fréquence du générateur est réglée à exactement 10 MHz. 3. Le réglage du comparateur dans l'étage d'entrée est effectué sans appliquer de signal au connecteur du fréquencemètre. Après avoir mis l'appareil sous tension, vous devez d'abord tourner le curseur de la résistance R6 à l'extrême gauche, puis tourner lentement le curseur vers la droite jusqu'à ce que le message "NO SIGNAL" apparaisse sur l'indicateur. Vous trouverez ci-dessous une description des modes de fonctionnement du compteur de fréquence. Mode balance numérique Le bouton "MODE" règle le mode "DIGITAL SCALE". Le bouton "PARAMETER" sélectionne le paramètre de mode - la fréquence du chemin IF. Cette fréquence peut être choisie parmi les valeurs suivantes : +455 kHz ; -455 kHz ; +465 kHz ; -465 kHz ; +500 kHz ; -500 kHz. Le signe devant la valeur numérique Ff indique l'opération que le compteur de fréquence effectue. Si le signe est "+", alors la fréquence Fpch est ajoutée à la fréquence mesurée, si le signe est "-", alors elle est soustraite. Le temps de mesure de fréquence dans ce mode est de 0,1 s. Vue de l'indicateur du fréquencemètre en mode de fonctionnement : Mesure de la fréquence du signal d'entrée Le bouton "MODE" définit le mode "FREQUENCE", et le bouton "PARAMETRE" sélectionne le paramètre de mode - le temps de mesure. Le paramètre en secondes peut prendre l'une des valeurs suivantes : 0,1 s, 1 s ; 10 s. Environ 1 s après avoir relâché le bouton, le fréquencemètre passe automatiquement en mode mesure. La sélection d'un nouveau paramètre interrompt le cycle de mesure en cours et en démarre un nouveau avec la nouvelle valeur du paramètre. Les unités de fréquence (Hz, kHz, MHz) sont déterminées automatiquement en fonction de la fréquence du signal d'entrée. Vue de l'affichage du fréquencemètre en mode de fonctionnement : avec une fréquence de signal d'entrée jusqu'à 1 kHz à la fréquence du signal d'entrée jusqu'à 1 MHz à une fréquence de signal d'entrée égale ou supérieure à 1 MHz, Le symbole ">" ici et ci-dessous signifie que le fréquencemètre est en mode comptage d'impulsions. C'est-à-dire que le résultat de mesure, qui est actuellement présent sur l'indicateur, se réfère au cycle de mesure précédent. Mesure de la période du signal d'entrée Utilisez le bouton "MODE" pour sélectionner le mode "PÉRIODE DE SIGNAL". Il n'y a pas de paramètres pour ce mode. Environ 1 s après avoir relâché le bouton, le fréquencemètre passe automatiquement en mode mesure. La période T du signal d'entrée est l'inverse de sa fréquence F. Par conséquent, le fréquencemètre mesure d'abord la fréquence du signal d'entrée à un temps de mesure de 1 s, et après les calculs, affiche le résultat sur l'indicateur. Vue de l'indicateur du fréquencemètre en mode de fonctionnement : Mesure de l'écart de fréquence Utilisez le bouton "MODE" pour sélectionner le mode "DÉVIATION". Il n'y a pas de paramètres pour ce mode. Environ 1 s après avoir relâché le bouton, le fréquencemètre passe automatiquement en mode mesure. La déviation (ou écart) est définie comme la différence entre la fréquence actuelle et la fréquence qui était au début de la mesure dans ce mode. Dans ce cas, la dérive (déviation) de la fréquence peut être à la fois positive et négative. Par conséquent, la valeur de déviation est affichée sur l'indicateur avec un signe. Pour démarrer un nouveau suivi de dérive, vous devez appuyer sur le bouton "PARAMETRES". Vue de l'indicateur du fréquencemètre en mode de fonctionnement : Mesure de la durée d'impulsion de polarité positive Utilisez le bouton "MODE" pour sélectionner le mode "IMPULSION". Utilisez le bouton "PARAMETER" pour sélectionner le paramètre de mode - polarité d'impulsion. Pour une impulsion positive, sa durée est indiquée par "P", et l'intervalle entre les impulsions est indiqué par "0". Environ 1 s après avoir relâché le bouton, le fréquencemètre passe automatiquement en mode mesure. Vue de l'indicateur du fréquencemètre en mode de fonctionnement : Mesure de capacité Si vous avez une pièce jointe au fréquencemètre qui mesure la période, vous pouvez mesurer la capacité de n'importe quel condensateur dans la plage de 10 pF à des centaines de microfarads. Son schéma est représenté sur la Fig. 4.
Le multivibrateur monté sur l'ampli op DA1 génère des impulsions de période proportionnelle à la capacité Cx. Ceci est décrit par l'expression Тх= 2CхRэ-lп[(R4+R4')/(R4-R4')]. Ici la valeur de R4' correspond à la résistance d'une partie de la résistance d'accord entre le moteur et la puissance inférieure selon le circuit. Si le curseur de la résistance R4 est réglé de sorte que ln[(R4 + R4 ') / (R4-R4 ')] - 0,5, alors Tx \u1d CxRe, et à Re \u10d 10 MΩ, la valeur de capacité de 10 pF correspond à la durée de la période des impulsions générées, égale à 1 μs, et à Re = 10000 kΩ, la valeur de XNUMX μF correspond à une durée de XNUMX XNUMX μs. Le préfixe contient un condensateur de référence Ce (3000 ... 10000 pF), qui vous permet d'étalonner le préfixe, ainsi que de mesurer des capacités inférieures à 10 pF. Il est souhaitable de sélectionner la précision du condensateur de référence avec une erreur ne dépassant pas 0,5 ... 1%. L'étalonnage du préfixe consiste à régler la valeur du condensateur de référence sur le fréquencemètre avec une résistance d'accord R2 (10 kOhm). Te dans le fréquencemètre doit être égal à 1 μs (Fe = 1 MHz). En raison des micros, les chiffres les moins significatifs peuvent périodiquement changer de valeur. Mais dans la plupart des cas, la précision de la mesure de capacité est tout à fait satisfaisante. Pour mesurer la capacité, utilisez le bouton "MODE" pour sélectionner le mode "capacité". Ce mode n'a pas d'options. Environ 1 s après avoir relâché le bouton, le fréquencemètre passe automatiquement en mode mesure. Vue de l'indicateur du fréquencemètre en mode de fonctionnement : Mesure d'inductance En présence d'un préfixe (son schéma est illustré à la Fig. 5), il est possible de mesurer des inductances dans la plage de 1 μH ... 2 H.
Le principe de mesure basé sur le rapport de la période des oscillations harmoniques avec l'inductance et la capacité du circuit oscillant du générateur dans la pièce jointe : T2 = LC/25330, où T est en secondes, L est en µH, C est en pF. Par conséquent, si nous utilisons la capacité de boucle égale à 25330 pF, alors la valeur numérique de l'inductance est calculée à partir de la relation suivante : L \u2d T1 \u2d XNUMX / FXNUMX, où F est la fréquence d'oscillation. Pour mesurer l'inductance avec un fréquencemètre à préfixe, la touche "MODE" sélectionne le mode "INDUCTION". Environ 1 s après avoir relâché le bouton, le fréquencemètre passe automatiquement en mode mesure. Les valeurs numériques des lectures correspondent à l'inductance en µH. Vue de l'indicateur du fréquencemètre en mode de fonctionnement : Le préfixe est constitué d'un générateur de mesure (VT1-VT5), dont la fréquence est déterminée par la capacité des condensateurs C1, C2 (la capacité totale est d'environ 25330 pF) et l'inductance connectée aux bornes d'entrée de la bobine. Pour générer un signal avec un niveau TTL, un trigger de Schmitt (VT6, VT7) est utilisé. L'amplitude d'oscillation est stabilisée par un circuit à base de diodes VD1, VD2 et de transistors VT4, VT5, relié au générateur par l'intermédiaire d'un émetteur suiveur sur un transistor VT3. Avec la valeur spécifiée de la capacité C1, C2 et l'inductance mesurée égale à 1 μH, la fréquence de génération sera de 1 MHz. Avec une inductance de 2 H - 700 Hz. Pour couvrir cette plage, en particulier dans la région des hautes fréquences, il est nécessaire de sélectionner des transistors VT1, VT2 avec un coefficient de transfert de courant de base d'au moins 150. Condensateurs C1, C2 - K73-17 ou similaires avec un petit TKE. Au total, leur capacité ne devrait pas différer de celle indiquée de plus de 1 ... 2%. La largeur de la plage de mesure est également affectée par le transistor VT5, ou plutôt son coefficient de transfert de courant de base. Les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant des transistors GT311 avec un gain de 30...50. Le préfixe ne nécessite généralement pas de configuration si les exigences spécifiées sont remplies. Logiciel pour le microcontrôleur Adaptateur pour microcontrôleur AT89C52-24JC Auteurs : S. Zorin, N. Koroleva, Izhevsk
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