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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Fréquencemètre multifonctionnel. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Le dispositif proposé, en plus de la mesure habituelle de la fréquence des signaux, permet de mesurer leur période, ainsi que la durée des impulsions positives et négatives. De plus, la fréquence des signaux inférieurs à 1 kHz est calculée comme l'inverse de leur période, et la période de répétition des signaux inférieurs à 1000 µs est calculée comme l'inverse de leur fréquence. Cela améliore la précision de la mesure. Une fois, j'ai assemblé un fréquencemètre Denisov très populaire [1], ou plutôt sa version [2] sur le microcontrôleur PIC16F628A et l'indicateur LED ALS318. Après de nombreuses années, il a de nouveau attiré mon attention. Cet appareil mesure régulièrement la fréquence, mais il est douloureusement primitif et les lectures scintillent constamment. Il a été décidé sur la même base (en modifiant la connexion de deux sorties du microcontrôleur, des circuits d'entrée et des circuits de puissance) de créer un appareil dépourvu des défauts de son prototype, ainsi que complété par de nouvelles fonctions et modes. L'instrument décrit ci-dessous possède les capacités suivantes : mesure de fréquence « normale » en comptant le nombre d'impulsions en une seconde ; mesurer la fréquence des signaux basse fréquence comme l'inverse de sa période ; mesurer la période du signal, la période des signaux haute fréquence étant calculée comme l'inverse de sa fréquence ; mesure de la durée des impulsions de polarité positive et négative. Il est également possible de stocker dans la mémoire non volatile du microcontrôleur une valeur de la valeur mesurée dans chaque mode avec leur visualisation ultérieure si nécessaire. Il est possible de modifier rapidement les paramètres de l'appareil et de l'éteindre automatiquement en l'absence d'influences extérieures pendant un certain temps. Principales caractéristiques techniques
Le schéma du fréquencemètre est illustré à la fig. 1. Le microcontrôleur PIC16F628A (DD1) contrôle les signaux générés aux sorties RA3, RB0-RB2, RB4-RB7 à travers les résistances de limitation R10-R17 les anodes des éléments indicateurs HG1 et HG2, qui sont utilisées comme deux sept à quatre chiffres -indicateurs LED d'éléments avec cathodes communes des éléments de chaque décharge FYQ-3641AHR-11. Les signaux qui contrôlent les cathodes des décharges indicatrices proviennent des sorties du décodeur 74HC138N (DD2), aux entrées desquelles les signaux proviennent des lignes RAO-RA2 du microcontrôleur fonctionnant en mode sortie. En utilisant les mêmes lignes, travaillant en mode saisie, le programme vérifie l'état des boutons de commande SB1 et SB2. Les résistances R1-R4 définissent les potentiels souhaités aux entrées lorsque les boutons sont enfoncés et relâchés.
Le microcontrôleur est cadencé à partir de son oscillateur interne dont la fréquence est de 16 MHz, réglé par un résonateur à quartz externe ZQ1. La broche MCLR n'est pas utilisée et est connectée à la tension positive du microcontrôleur pour éviter les pannes. Le programme effectue des opérations liées à l'indication dynamique dans la procédure de traitement des demandes d'interruption du temporisateur TMR2, suivies d'une période de 2 ms. Par conséquent, les informations sur l'indicateur à huit chiffres sont mises à jour avec une fréquence de 1/(8x0,002) = 62,5 Hz. Cela garantit l'invisibilité du scintillement de l'indicateur dans tous les modes de fonctionnement de l'appareil. Le signal de l'amplificateur-shaper d'entrée va aux lignes combinées RA4 et RB3 (broches 3 et 9 du microcontrôleur, respectivement, ayant des fonctions alternatives T0CKI et CCP1). Dans le mode d'un compteur de fréquence conventionnel, T0CKI est l'entrée du compteur d'impulsions, et la ligne RB3, fonctionnant dans les modes d'entrée et de sortie, est utilisée pour ouvrir et fermer par programme l'entrée du compteur, puis "compter". Lors de la mesure de la période et de la durée, les deux lignes fonctionnent comme entrées T0CKI et CCP1. Dans ce cas, un algorithme est utilisé pour capturer l'état du registre TMR1 aux moments de chute du signal et calculer les intervalles de temps entre ces moments, ainsi que pour contrôler l'exactitude du résultat en analysant le contenu du registre TMR0. L’idée est que le signal mesuré est envoyé aux entrées combinées de comptage et de capture des minuteries du microcontrôleur. Cela vous permet de juger par le nombre de transitions comptées par la minuterie TMR0 si les transitions nécessaires sont manquées par l'unité de capture de la minuterie TMR1 en raison de performances insuffisantes du microcontrôleur. L'amplificateur-shaper d'entrée sur les transistors VT1 et VT2 est assemblé selon un schéma bien connu et bien établi. La capacité relativement importante des condensateurs C1 et C9 s'explique par la nécessité de garantir que la limite inférieure de la bande passante ne dépasse pas 1 Hz (pour cela, la résistance R20 est utilisée, ce qui augmente la résistance d'entrée de l'échelon sur le transistor VT2). Les éléments C8, C10, C11, L1 augmentent le gain de l'amplificateur pilote pour les signaux proches de la fréquence maximale mesurable. La résistance R5 et les diodes VD1, VD2 protègent le transistor VT1 du claquage par le signal d'entrée. L'amplificateur de mise en forme consomme un courant important (environ 5 mA), donc pour économiser de l'énergie en mode veille de l'appareil, il a été nécessaire de le déconnecter de l'amplificateur à l'aide d'un interrupteur sur un transistor à effet de champ VT3 avec un canal de type P. En raison du manque de sorties libres, le microcontrôleur contrôle cette clé avec un signal de la sortie RA2, qui sert également à contrôler le décodeur DD2. En mode de fonctionnement, le signal sur cette broche est une impulsion rectangulaire avec un taux de répétition de 125 Hz. Lorsque le niveau logique de ce signal est bas, le condensateur C13 est chargé via le circuit VD3R23 et le transistor VT3 s'ouvre avec une tension de grille négative par rapport à la source. À un niveau de signal élevé, la diode VD3 empêche le condensateur de se décharger grâce à la résistance relativement faible de la résistance R23. La constante de temps du circuit C13R24 est choisie suffisamment grande pour empêcher les interférences d'une fréquence de 125 Hz de pénétrer dans l'amplificateur-shaper d'entrée. En mode veille, le microcontrôleur règle la sortie RA2 sur un niveau logique haut constant. Le condensateur C13 est déchargé à travers la résistance R24 et après environ 3 ... 5 s, le transistor VT3 se ferme et déconnecte complètement l'amplificateur pilote de la source d'alimentation. De ce fait, le courant consommé par l'appareil en mode veille ne dépasse pas 10 μA, ce qui, si vous le souhaitez, permet d'abandonner l'interrupteur d'alimentation mécanique. Les lignes RA0 et RA1 du microcontrôleur en mode veille sont configurées en entrées, et sur elles (ainsi que sur les entrées 1 et 2 du décodeur), lorsque les boutons SB1 et SB2 sont relâchés, grâce aux résistances R1 et R3, un niveau de tension logique élevé est défini. Un niveau haut fonctionne également à l'entrée de 4 décodeurs. Une telle combinaison de niveaux à ses entrées correspond à un niveau bas à la sortie 7, qui, à travers la résistance R21, entre dans la ligne RB7 du microcontrôleur, qui fonctionne dans ce cas comme une entrée. Lorsque vous appuyez sur n'importe quel bouton, le code aux entrées du décodeur change, donc à sa sortie 7, le niveau bas est remplacé par un niveau haut, qui est transmis via la résistance R21 à l'entrée RB7 du microcontrôleur. En mode veille, une interruption est activée pour un changement de niveau à cette entrée, donc appuyer sur n'importe quel bouton ramène le microcontrôleur en mode actif. L'appareil est alimenté par une tension de 5 V provenant d'un régulateur de tension intégré NCP551SN50 (DA1). Ce microcircuit se caractérise par une petite différence admissible entre la tension d'entrée et de sortie et une consommation de courant propre extrêmement faible (valeur typique - 4 μA). L'utilisation d'un stabilisateur 78L05 conventionnel à la place est possible, mais cela annulerait l'importance du mode veille en raison de la grande consommation de courant intrinsèque du stabilisateur - environ 3 mA. Toutes les parties de l'appareil sont placées sur un circuit imprimé de dimensions 63x65 mm en fibre de verre laminée sur une face. Le dessin des conducteurs imprimés de la carte est montré sur la fig. 2. L'emplacement des pièces sur ses deux côtés - sur la fig. 3. Les dimensions de la carte sont choisies de manière à pouvoir être facilement placées dans le boîtier d'un multimètre DT-830, après avoir préalablement coupé les supports en plastique. Dans le même temps, il y a suffisamment d'espace pour diverses options de piles - de la pile Krona à cinq ou six piles AAA galvaniques ou rechargeables. Le fait que toutes les pièces, y compris les boutons, le connecteur d'entrée et le bloc de vis pour l'alimentation en tension, soient placées de manière compacte sur la carte, vous permet d'utiliser l'appareil même sans étui. Veuillez noter que les indicateurs sont situés en bas du tableau. Cette disposition est quelque peu inhabituelle, mais offre un plus grand angle de vision de l'indicateur.
Les indicateurs FYQ-3641AHR-11 peuvent être remplacés par d'autres avec des cathodes communes, comme le CPD-03641. Si vous installez 74AC138N à la place du décodeur 74HC138N, alors, si nécessaire, vous pouvez doubler le courant, et donc la luminosité des indicateurs, en réduisant la résistance des résistances R10-R17 à 390 ohms. Mais alors le courant consommé par l'appareil en mode de fonctionnement augmentera proportionnellement. À mon avis, la luminosité des indicateurs est suffisante même avec les valeurs de ces résistances indiquées dans le schéma. Un résonateur à quartz peut être utilisé non seulement à une fréquence de 16 MHz, mais également à 4 MHz, mais dans ce cas, la durée minimale d'impulsion mesurée augmentera quatre fois. Des variantes du programme du microcontrôleur pour les deux valeurs indiquées de la fréquence du résonateur sont jointes à l'article. Boutons SB1 et SB2 - horloge angulaire. Au lieu du transistor BF998, vous pouvez utiliser le BF998R, leur différence réside uniquement dans la disposition des broches en miroir. Par conséquent, le transistor BF988R devra être monté sur la carte dans une position inversée. Le transistor KT368A est remplacé par tout transistor npn similaire de faible puissance avec une fréquence de coupure d'au moins 300 MHz. Les diodes 1N4148 peuvent être remplacées par les séries nationales KD521, KD522. La partie bloc du connecteur d'alimentation, conçue pour une fiche d'un diamètre de 1 mm, est utilisée comme prise d'entrée XW5,5. Un morceau de fil blindé de 50 cm de long est soudé à la fiche, à l'extrémité opposée duquel une sonde est soudée au fil central, et une pince crocodile est soudée à sa tresse. Pour réduire la taille, les condensateurs et les résistances sont utilisés principalement pour le montage en surface, taille 0805. Le condensateur C13 est au tantale. Pour éviter les courts-circuits indésirables sur les conducteurs imprimés aux endroits de leur passage sous les éléments de montage en saillie, des bandes de ruban adhésif en papier sont préalablement collées. Les résistances de sortie sont utilisées là où cela est avantageux en termes de câblage pratique des conducteurs imprimés. Placez d'abord les éléments de montage en surface sur la carte, puis les câbles de liaison et enfin les éléments de câblage. En dernier recours, le stabilisateur NCP551SN50T1 peut être remplacé par le moins rare LP2950CZ-5.0. La carte dispose d'un emplacement marqué DA1. Mais dans ce cas, le courant consommé en mode veille passera à 70 ... 100 μA. L'apparence de la carte assemblée est illustrée à la fig. quatre.
Lors de l'utilisation des éléments indiqués sur le schéma et d'un résonateur à quartz de haute qualité, les caractéristiques de l'appareil indiquées en début d'article sont fournies sans aucun réglage. S'il existe un exemple de fréquencemètre précis, il est logique, en appliquant un signal avec une fréquence de 5 ... 30 MHz à l'entrée de l'appareil et en contrôlant sa valeur par l'exemple de fréquencemètre, d'obtenir le plus près possible la lectures de l'appareil fabriqué en les ajustant avec un condensateur d'accord C7. Si nécessaire, en sélectionnant une résistance R19, une tension constante comprise entre 2 et 2 V doit être réglée sur le collecteur du transistor VT3. Le programme du microcontrôleur est écrit en langage assembleur MPASM. Les fichiers HEX joints à l'article pour chargement dans la mémoire du microcontrôleur (fmeter_X16_FULL.HEX pour un résonateur à quartz de 16 MHz et fmeter_X4_FULL. HEX pour un résonateur à quartz de 4 MHz) ont été obtenus en traduisant le programme dans l'environnement MPLAB. Pour utiliser pleinement toutes les capacités de l'appareil, il est préférable d'utiliser un résonateur de 16 MHz. Le mot de configuration est automatiquement saisi dans le fichier HEX du programme lors de sa traduction, une configuration manuelle n'est donc pas requise. Lorsque l'appareil est allumé, l'indicateur après un message d'accueil affiche les lectures selon le mode précédemment sélectionné. Lorsque vous appuyez sur le bouton SB1, le nom du mode actuel apparaît sur l'indicateur (dans la plupart des cas - immédiatement, mais parfois vous devrez peut-être maintenir le bouton enfoncé jusqu'à 2 s). Lors des clics ultérieurs sur ce bouton, les modes et leurs noms sur l'indicateur changent en cercle : un fréquencemètre régulier Appuyer sur le bouton SB2 alors qu'un mode est indiqué sur l'écran entraîne la transition de l'appareil à son état initial avec le changement de mode correspondant. En l'absence d'appui sur un bouton pendant le temps d'attente (3 ... 10 s), l'appareil revient à son état d'origine dans le mode précédent (avant d'appuyer sur le bouton SB1). Si, après l'apparition du nom du mode sur l'indicateur, maintenez sans relâcher le bouton SB1 pendant plus de 3 s, l'indicateur affichera l'inscription En appuyant sur le bouton SB2 pendant que l'inscription est affichée Les éléments de ce menu sont commutés séquentiellement en appuyant sur le bouton SB1, et en appuyant sur le bouton SB2, la valeur du paramètre actuel est modifiée, qui est immédiatement affichée sur l'indicateur. Quittez en enregistrant les valeurs des paramètres définis - une fois le temps d'attente écoulé sans appuyer sur les boutons. L'appui sur le bouton SB2 dans l'état initial (dans certains modes, la durée d'appui jusqu'à 2 s est requise) entraînera l'apparition de l'inscription sur l'indicateur Le passage en mode veille se produit également lorsqu'il n'y a aucune action sur les boutons pendant 8 à 64 minutes. Compteur de fréquence conventionnel Le fonctionnement de l'appareil dans ce mode est basé sur le comptage des impulsions du signal mesuré par le temporisateur TMR0 du microcontrôleur pendant un certain intervalle de temps. Le compte à rebours de cet intervalle (1 s) se produit dans la routine d'interruption du temporisateur TMR3, appelée avec une période de 2 ms. Dans la même procédure, une indication dynamique est effectuée. Lorsque la fréquence du signal mesuré est inférieure à 10 MHz, le signe s'affiche Compteur basse fréquence En mode compteur de fréquence basse fréquence, lors de la mesure de la fréquence jusqu'à 1000 1000 Hz, la période du signal est réellement mesurée et la fréquence est calculée comme son inverse et affichée en millièmes de hertz (la virgule est incluse dans le quatrième chiffre de à droite de l'indicateur). Si la fréquence est supérieure à 900 Hz, elle est mesurée de la manière habituelle. La commutation inverse s'effectue à une fréquence de XNUMX Hz. Ce mode permet, avec un temps de mesure court, d'obtenir au moins trois chiffres décimaux de la valeur de fréquence après la virgule décimale de l'indicateur. Signe du régime - signes Mesure de période Dans ce mode, lorsque la période du signal mesuré est supérieure à 1000 µs, la mesure est effectuée directement par le temporisateur TMR1 du microcontrôleur, cadencé en comptant les impulsions d'une fréquence de 1 MHz provenant du générateur interne. Avec une période de signal plus petite, sa fréquence est mesurée et la période est calculée comme sa valeur réciproque. Le résultat est toujours affiché en microsecondes, dans ce dernier cas - avec trois décimales après la virgule. Signe de mode - signe Mesure de la largeur d'impulsion Pour les impulsions positives et négatives, ce mode ne diffère que par le fait que dans le premier cas, le temps est mesuré du front montant au front descendant du signal, et dans le second, du front descendant au front montant. La mesure est effectuée en comptant directement l'intervalle de temps entre les gouttes par le temporisateur TMR1 du microcontrôleur, cadencé depuis le générateur interne avec des impulsions d'une période de 0,25 µs. Cela fournit une mesure fiable de la durée de 3 µs ou plus. Si les impulsions mesurées sont plus courtes que la valeur spécifiée, le module de capture de minuterie n'a parfois pas le temps de capturer les deux fronts, en la limitant lors d'une impulsion et capture le front final de l'impulsion suivante (ou en sautant plusieurs impulsions). En comparant les résultats de la mesure de la durée et de la période de répétition des impulsions, le programme détecte une telle situation et soustrait la valeur de la période de répétition de la durée mesurée. Le résultat dans ce cas est bien entendu moins fiable. Si une durée dépassant plusieurs périodes d'impulsion est reçue, un message de surfréquence s'affiche. La durée des impulsions inférieures à 32768 0,25 µs est affichée avec une résolution de 1 µs, les plus longues - XNUMX µs. Signe du régime - signes Il est à noter que l'asymétrie de la partie entrée de l'appareil, ainsi que la présence d'un déclencheur de Schmitt à l'entrée RB3/CCP1 (broche 9) du microcontrôleur, conduisent à une erreur importante dans la mesure de la durée des impulsions avec gouttes douces. Cette erreur diminue avec l'augmentation de l'amplitude du signal. Les tentatives de mesure de signaux d'une amplitude inférieure à 0,1 V dans n'importe quel mode peuvent entraîner des lectures erronées. Cependant, cela s'applique également à d'autres appareils similaires. Avec un signal d'entrée stable connu, un signe indirect de son amplitude insuffisante peut être des fluctuations importantes des lectures. Si les paramètres du signal d'entrée ne permettent pas la mesure, les messages suivants s'affichent sur l'indicateur de l'appareil : littérature
Le programme du microcontrôleur peut être téléchargé à partir de ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/05/fmeter.zip. Auteur : B. Balaev
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, compteur basse fréquence 
, mesure de période 
, mesurant la durée des impulsions positives 
, mesurant la durée des impulsions négatives 
et encore le fréquencemètre habituel.
. Dans le même temps, l'appui sur le bouton SB2, ainsi que l'absence d'appui sur le bouton pendant le temps d'attente, mettent l'appareil en mode veille, dont on sort en appuyant sur n'importe quel bouton. Un appui sur le bouton SB1 dans ce mode (bien entendu après l'avoir préalablement relâché) entraîne l'apparition alternative des inscriptions sur l'écran 
.
- période d'indication, s ; 
- durée d'attente pour appuyer sur les boutons, s ; 
- temps d'arrêt automatique, min. Les zéros de ces étiquettes seront remplacés par les valeurs actuelles des paramètres correspondants, clignotant pour une plus grande visibilité.
. Relâcher le bouton immédiatement après son apparition - pour afficher sur l'indicateur pendant 8 s la valeur mesurée précédemment stockée dans la mémoire non volatile du microcontrôleur, clignotant pour différer de la valeur mesurée actuelle. Si, lorsque l'inscription apparaît 
sur l'indicateur.
dans l’ordre supérieur de l’indicateur.
dans les deux chiffres les plus significatifs de l'indicateur. Aux valeurs haute fréquence, elles sont alternativement écrasées par des chiffres de poids fort non nuls du résultat de la mesure.
dans le chiffre le plus significatif (avec mesure directe du point) ou les signes 
dans les deux chiffres les plus significatifs (lors de la mesure de la période à travers la fréquence). Comme dans les autres modes, ces caractères sont écrasés par les premiers chiffres non nuls du résultat.
(mesure de la durée des impulsions positives) ou 
(mesurant la durée des impulsions négatives) dans les deux chiffres les plus significatifs de l'indicateur. Si le résultat est corrigé pendant la durée de la période de répétition des impulsions, alors le signe 
clignotant.
- une fréquence trop élevée, 
- période trop longue 
- pas de signal.
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