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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Fréquencemètre jusqu'à 1250 MHz. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Cet appareil possède non seulement une large limite supérieure de la fréquence mesurée, mais également un certain nombre de fonctions supplémentaires. Il mesure l'écart de fréquence par rapport à la valeur initiale, la durée des impulsions et les pauses entre elles, et compte le nombre d'impulsions. Il peut également être utilisé comme diviseur de fréquence pour le signal d'entrée avec un coefficient de division pouvant être réglé dans une large plage. Le fréquencemètre proposé contient six microcircuits - un comparateur de tension AD8611ARZ [1], un synthétiseur de fréquence LMX2316TM [2], un déclencheur D 74HC74D [3], un sélecteur-multiplexeur 74HC151D [4], un microcontrôleur PIC16F873A-1/SP [ 5] et un régulateur de tension intégré TL7805 . Il affiche les résultats de mesure sur l'écran LCD symbolique WH1602B [6]. Principales caractéristiques techniques
Lorsque l'appareil est éteint, le microcontrôleur mémorise les modes de fonctionnement définis dans son EEPROM et les restaure à la mise sous tension. Le diagramme du fréquencemètre est présenté sur la Fig. 1. Le générateur d'horloge du microcontrôleur DD3 est stabilisé par un résonateur à quartz ZQ1. Le condensateur trimmer C13 vous permet de régler la fréquence d'horloge sur exactement 4 MHz. Le régulateur de tension +5 V est monté sur la puce DA2. La résistance trimmer R23 ajuste la luminosité du rétroéclairage de l'écran LCD HG1. Le contraste optimal de l'image est réglé à l'aide de la résistance de réglage R21.
Les boutons SB1-SB3 contrôlent l'appareil. Le bouton SB1 permet de sélectionner le paramètre mesuré. A l'aide du bouton SB2, sélectionnez le connecteur auquel le signal mesuré est fourni. En fonction de la fréquence et de la forme du signal d'entrée, il peut s'agir de XW1 (impulsions de niveau logique avec une fréquence de 0,1 Hz... 80 MHz), XW2 (signaux de forme d'onde analogiques arbitraires avec une fréquence de 1 Hz... 80 MHz) ou XW3 (signaux avec une fréquence de 20. ..1250 MHz). Le bouton SB3 démarre et arrête la mesure dans les modes de mesure du compteur d'impulsions et de la dérive de fréquence. Un appui long (plus de 1 s) sur ce bouton permet de passer du mode mesure de fréquence au mode division de fréquence et de délivrer le résultat sur le connecteur XW1. Lorsque les boutons ne sont pas enfoncés, les résistances R12-R14 maintiennent des niveaux élevés aux entrées du microcontrôleur auxquelles elles sont connectées. Les résistances R4 et R6 créent un décalage constant d'environ 100 mV à l'entrée non inverseuse du comparateur DA1. Les résistances R5 et R7 sont un circuit de rétroaction positive nécessaire pour obtenir une hystérésis dans la caractéristique de commutation du comparateur. Les diodes VD1 et VD2 ainsi que la résistance R2 forment un limiteur de tension d'entrée bidirectionnel à l'entrée inverseuse du comparateur. La puce DD1, dont l'objectif principal est de fonctionner dans les synthétiseurs de fréquence dans la gamme 1,2 GHz, contient deux diviseurs de fréquence à coefficient de division variable, qui sont utilisés dans le dispositif décrit pour diviser la fréquence des signaux d'entrée fournis aux connecteurs XW2. et XW3 par un nombre de fois spécifié. Le microcontrôleur règle les coefficients de division et le mode de fonctionnement de ce microcircuit en envoyant des commandes via son interface série (entrées Clock, Data, LE). Selon le mode réglé, la sortie Fo/LD reçoit le résultat d'un de ces diviseurs. La résistance R19 et le condensateur C19 forment un filtre de puissance pour le microcircuit DD1, et les diodes VD3 et VD4 protègent l'entrée d'un de ses diviseurs de fréquence, directement connecté au connecteur XW3, contre les surcharges. Sur le déclencheur DD4.1, un vibrateur unique est assemblé qui génère des impulsions d'une durée de 0,5 μs à partir des signaux de sortie des diviseurs de fréquence. Son circuit de synchronisation est la résistance R17 et le condensateur C10. Le générateur d'impulsions fourni au connecteur XW1 est monté sur le transistor VT1 avec une charge collectrice - résistance R8. Cela fonctionne lorsque la sortie RC5 du microcontrôleur est réglée sur un niveau logique élevé. Sinon, le pilote est désactivé et n'affecte pas les signaux externes fournis au connecteur XW1. Par conséquent, le connecteur XW1 peut être à la fois une entrée lors de la mesure de la fréquence et de la durée des signaux logiques, ainsi que lors du comptage des impulsions, et une sortie dans les modes de division de fréquence. La résistance R11 sert à protéger l'entrée 0 du sélecteur-multiplexeur DD2 des signaux de forte amplitude appliqués accidentellement au connecteur XW1. Le sélecteur-multiplexeur, selon les commandes du microcontrôleur, fournit à ses entrées destinées à mesurer la fréquence et la durée des impulsions soit des impulsions de niveau TTL issues du connecteur XW1, soit des signaux reçus sur le connecteur XW2 et convertis en telles impulsions par le comparateur DA1, ou signaux reçus au connecteur XW3 et transmis via le diviseur de fréquence de la puce DD1. Le microcontrôleur effectue les opérations de base de mesure de la fréquence, de la durée et du comptage des impulsions. Il affiche également les résultats des mesures sur l'écran LCD HG1 et contrôle le fonctionnement de l'ensemble de l'appareil. Le programme du microcontrôleur est écrit en langage assembleur MASM, qui fait partie de l'environnement de développement de programme MPLAB IDEv7.5. Dans les modes de mesure de fréquence, le microcontrôleur compte les impulsions reçues à l'entrée T0CKI pendant un intervalle de mesure sélectionné par l'utilisateur (0,01, 0,1, 1 ou 10 s). Lors de la mesure de la fréquence d'un signal fourni au connecteur XW3, sa fréquence est d'abord divisée par 1000 par l'un des diviseurs de la puce DD1. Lors de la mesure de la durée des impulsions de niveau logique élevé, le microcontrôleur, sur la base du front montant de l'impulsion mesurée à l'entrée INT, commence à compter les impulsions d'une fréquence de 1 MHz, obtenues en divisant sa fréquence d'horloge. Il arrête ce comptage au front descendant de l'impulsion mesurée. Dans le cas de la mesure de la durée d'une impulsion de bas niveau, le comptage commence le long de son front descendant et se termine le long de son front montant. Une fois le mode de mesure de dérive de fréquence activé, le microcontrôleur effectue une première mesure de la fréquence du signal d'entrée, puis répète périodiquement ces mesures. Le programme soustrait le résultat de la première mesure de chacune des suivantes et affiche la différence actuelle sur l'indicateur. Après avoir arrêté ce mode, l'écran LCD affiche les écarts de fréquence maximaux enregistrés vers le bas et vers le haut par rapport à l'écart initial enregistré pendant la mesure. Pour mesurer le taux de répétition des impulsions logiques avec des niveaux TTL, utilisez le bouton SB2 pour sélectionner le connecteur d'entrée XW1. Le microcontrôleur génère le code 0 aux sorties RC2-RC000, plaçant ainsi le sélecteur DD2 dans un état dans lequel le signal du connecteur XW1 est envoyé à l'entrée TOSK1 du microcontrôleur pour mesurer la fréquence et à son entrée INT pour mesurer la durée des impulsions. Le programme affiche les résultats de mesure sur l'écran LCD HG1 (Fig. 2) et les durées des impulsions de niveau haut (H) et bas (L) alternent sur l'écran. Le code sur le côté droit de la ligne supérieure signifie le temps de comptage spécifié : "10" - 10 s, "1" - 1 s, ".1" - 0,1 s et ".01" - 0,01 s. Le symbole du connecteur d'entrée sélectionné est affiché sur le côté droit de la ligne inférieure : TTL - XW1, VHF - XW2, UHF - XW3.
Lors de la mesure de la fréquence des signaux analogiques (jusqu'à 80 MHz), utilisez le bouton SB2 pour sélectionner l'entrée XW2. Aux sorties RC0-RC2, le microcontrôleur génère le code 001, déplaçant le multiplexeur DD2 vers une position dans laquelle le signal du connecteur XW2, converti en impulsions rectangulaires par le comparateur DA1, est fourni à l'entrée TOCKI du microcontrôleur. Le programme mesure la fréquence du signal et affiche le résultat sur l'écran LCD (Fig. 3).
Pour mesurer des signaux RF avec des fréquences allant jusqu'à 1250 2 MHz, utilisez le bouton SB3 pour sélectionner le connecteur d'entrée XWXNUMX. Le signal qui en sort va à l'entrée fIN diviseur de fréquence présent dans la puce DD1. Le coefficient de division est fixé par le microcontrôleur à 1000. Le signal de la sortie du diviseur de fréquence, converti en impulsions d'une durée d'environ 0,5 µs par un one-shot sur le déclencheur DD4.1, est fourni via le multiplexeur DD2 à l'entrée TOCKI du microcontrôleur. Le multiplexeur est mis à l'état requis pour cela par le code 010 aux sorties RC0-RC2 du microcontrôleur. Le programme du microcontrôleur mesure la fréquence et, en tenant compte du coefficient de division, affiche le résultat sur l'écran LCD (Fig. 4).
Les impulsions à compter sont fournies au connecteur d'entrée XW1 ou XW2. Utilisez le bouton SB2 pour sélectionner l'une de ces entrées et le bouton SB1 pour sélectionner le mode COMPTEUR (Fig. 5). Le comptage démarre en appuyant sur le bouton SB3, qui s'accompagne du remplacement du repère OFF sur l'écran par le repère ON. Pour arrêter le comptage, on appuie à nouveau sur le bouton SB3 et l'étiquette ON est remplacée par l'étiquette OFF. Le programme affiche le nombre d'impulsions accumulées pendant la période allant du début à l'arrêt sur l'écran LCD.
Pour mesurer la dérive de fréquence, le signal (en fonction de sa forme et de sa fréquence) est envoyé à l'un des connecteurs d'entrée XW1-XW3, ce connecteur est sélectionné avec le bouton SB2 et la fonction « +/-FREQUENCV » (son nom est accompagné du label OFF) est sélectionné avec le bouton SB1. commencez en appuyant sur le bouton SB3, tandis que le label OFF est remplacé par le label ON. L'appareil mesure la dérive de fréquence et affiche sa valeur actuelle sur l'écran LCD (Fig. 6). Après avoir appuyé à nouveau sur le bouton SB3, arrêtant la mesure, les valeurs maximales enregistrées pendant la mesure apparaissent sur l'écran LCD avec un mouvement de fréquence de haut en bas par rapport à l'original (Fig. 7).
Pour diviser la fréquence d'un signal analogique avec une fréquence allant jusqu'à 80 MHz, utilisez le bouton SB2 pour sélectionner le connecteur d'entrée XW2 et appliquez-lui un signal dont la fréquence doit être divisée. De la sortie du comparateur DA1, il va à l'entrée OSCIN du diviseur de fréquence R_Counter de la puce DD1. Le microcontrôleur règle le coefficient de division requis de ce diviseur via l'interface série et connecte sa sortie à la sortie Fo/LD du microcircuit. En appuyant sur le bouton SB1, le coefficient de division est réduit, et en appuyant sur le bouton SB2, il est augmenté. Plus le bouton est enfoncé longtemps, plus le coefficient change rapidement. Le microcontrôleur règle la sortie RC5 à un niveau élevé, faisant passer le connecteur XW1 en mode sortie. A ses sorties RC0-RC2, le microcontrôleur génère le code 000, donc le signal sorti vers le connecteur va également à l'entrée T0SCI du microcontrôleur pour la mesure de fréquence. La durée d'impulsion n'est pas mesurée dans ce mode.
En figue. La figure 8 montre le résultat de la division par 19,706 de la fréquence du signal de 2 MHz fourni au connecteur XW100. Dans ce cas, des impulsions de niveau logique élevé d'une durée de 1 μs suivent à la sortie XW197,06 avec une fréquence de 0,5 kHz. Les signaux avec des fréquences de 50 à 1200 3 MHz sont transmis au connecteur XW1 pour division. Ils sont traités de la même manière, la seule différence est que l'opération implique un diviseur de fréquence N-Counter de fréquence plus élevée de la puce DD9. En figue. La figure 200,26 montre le résultat de la division de la fréquence de 2000 MHz par 100,13. La fréquence de sortie est de XNUMX kHz.
Le fréquencemètre est monté sur un circuit imprimé constitué des deux côtés d'une feuille de fibre de verre de 1 mm d'épaisseur. Son dessin est montré sur la Fig. 10, et le placement des éléments est sur la Fig. 11. Les résistances fixes et la plupart des condensateurs sont de taille 0805 pour un montage en surface. Résistances trimmer R21 et R23 - SH-655MCL, condensateur trimmer C13 - TZC3P300A110R00. Les condensateurs à oxyde C4 et C6 sont en aluminium avec des fils conducteurs.
Connecteurs XW1-XW3 - 24_BNC-50-2-20/133_N [7]. Ils sont reliés à la carte par des morceaux de câble coaxial d'une impédance caractéristique de 50 Ohms, d'environ 100 mm de long. Boutons SB1-SB3 - TS-A3PG-130. L'indicateur HG1 est monté au dessus de la carte sur des supports de 10 mm de hauteur avec des vis M3. L'appareil est assemblé dans un boîtier en plastique Z-28 [8]. Sur sa face avant, un trou rectangulaire de 70x25 mm a été découpé pour l'écran LCD et trois trous d'un diamètre de 3 mm ont été percés pour les boutons. Les boutons eux-mêmes sont installés sur une plaque en fibre de verre mesurant 100x12x1,5 mm, fixée au panneau avant au verso avec des vis M3. Il y a une prise de courant sur le côté gauche du boîtier et un interrupteur d'alimentation sur la droite. Les connecteurs d'entrée à baïonnette sont situés sur la paroi arrière du boîtier. La configuration d'un compteur de fréquence est la suivante : - régler la résistance d'accord R21 sur le contraste optimal de l'image sur l'écran LCD ; - réglez la luminosité requise du rétroéclairage LCD avec la résistance de réglage R23 ; - utilisez le condensateur d'accord C13 pour régler la fréquence d'horloge du microcontrôleur exactement à 4 MHz. Pour ce faire, connectez un fréquencemètre numérique (Ch1-3 ou tout autre) au connecteur XW63, allumez l'appareil en cours de réglage en appuyant sur le bouton SB3 (dans ce cas, l'inscription « TEST » doit apparaître sur l'écran LCD) et, en faisant tourner le rotor du condensateur d'accord C13, obtenez des lectures du fréquencemètre externe, le maximum proche de 100000 XNUMX Hz. N'oubliez pas que l'erreur de réglage de cette fréquence affecte directement l'erreur de l'appareil en cours de réglage. Un dessin de circuit imprimé au format Sprint Layout 5.0 et un programme de microcontrôleur peuvent être téléchargés à partir de ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/02/f_metr.zip. littérature
Auteur : V. Tourchaninov
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