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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medidor de frecuencia - escala digital en PIC16CE625. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición El dispositivo propuesto continúa una serie de desarrollos de aficionados en microprocesadores y puede usarse como medidor de frecuencia en un laboratorio doméstico o como báscula digital para equipos de comunicación y recepción de radio de todo tipo. A pesar del diseño simple, el dispositivo se diferencia de los diseños publicados anteriormente por la capacidad de medir frecuencias hasta el rango de microondas, la alta resolución y la capacidad de ingresar valores de varias frecuencias intermedias en la memoria del controlador. El dispositivo le permite medir la frecuencia de la señal en el rango de 0,1 Hz a 40 MHz. El nivel de la señal de entrada puede estar dentro del rango de 100...200 mV. La resolución del dispositivo es 100,1, 0,1 Hz con un tiempo de medición de 0,1, 1, 10 s, respectivamente. El número de dígitos del indicador es 8. La tensión de alimentación del dispositivo es 7,5... 14 V y el consumo de corriente depende del número de segmentos operativos, pero no supera los 130 mA. Utilizando un divisor de microondas externo con un factor de división de 1 a 255, se pueden medir frecuencias superiores a 40 MHz. El principio de funcionamiento del frecuencímetro es clásico: medir el número de pulsos de la señal de entrada durante un intervalo de tiempo determinado. El límite de 10 s tiene como objetivo permitir mediciones precisas de baja frecuencia. En el modo de balanza digital, el tiempo de medición del dispositivo es de 0,1 o 1 s. En la memoria no volátil de la báscula digital se pueden almacenar hasta 15 valores de frecuencia intermedia en el rango de 0 a 99 Hz. En este caso, las lecturas del indicador estarán determinadas por la fórmula
donde Fin - frecuencia de entrada; Kd - coeficiente de división del divisor externo; Ff - frecuencia intermedia. La resta se realiza en valor absoluto, es decir, un valor menor se resta de un valor mayor. El usuario puede configurar y modificar los valores de las frecuencias intermedias, el coeficiente de división del divisor externo utilizado y las constantes de calibración sin necesidad de utilizar ningún dispositivo adicional. Todos estos datos se almacenan en la memoria no volátil del controlador PIC. También existe la posibilidad de calibración de frecuencia por software, lo que permite el uso de un resonador de cuarzo de referencia en el dispositivo en el rango de frecuencia de 3,9...4,1 MHz. El diagrama esquemático del dispositivo se muestra en la Fig.1.
La señal de la frecuencia medida se suministra al controlador de entrada, realizado en el transistor VT1 y el elemento del microcircuito DD1. Los diodos VD1 y VD2 limitan la amplitud de la señal de entrada a 0,7 V. Para una señal de entrada sinusoidal, el límite inferior de las frecuencias medidas está determinado por la capacitancia de los condensadores C4 y C5 y, con los valores indicados en el diagrama, es igual a 10 Hz. Desde la salida del chip DDI, los pulsos generados se envían al controlador PIC DD2. La capacidad de carga suficientemente alta de sus salidas permitió conectar directamente a él los cátodos del indicador HG1. Los ánodos indicadores están conectados a través de seguidores emisores compuestos en transistores VT2-VT17 a las salidas del contador DD3, que escanea las descargas. Este circuito permite alimentar el indicador con un voltaje no estabilizado, lo que facilita significativamente el régimen térmico del microcircuito DA1 y prácticamente elimina la influencia de las sobretensiones al cambiar los bits del indicador en el funcionamiento del controlador de entrada. La impedancia de entrada del controlador es baja, por lo tanto, para ampliar las capacidades del dispositivo y eliminar la influencia de la capacitancia del cable, se le conecta una sonda externa. Su diagrama se muestra en la Fig. 2.
La resistencia de entrada de la sonda es de aproximadamente 500 kOhm, la resistencia de salida es de 50... 100 Ohm. La ganancia es de aproximadamente 2 y el límite superior del ancho de banda es 100...150 MHz. Los diodos VD1, VD2 protegen el transistor de efecto de campo contra fallas cuando se aplica alto voltaje a la entrada. El dispositivo se controla mediante tres botones ubicados en el panel frontal y cinco interruptores. Utilizando los botones SB1, SB2, SB3, seleccione el tiempo de medición de 0,1, 1 o 10 s, respectivamente. El nuevo valor de frecuencia aparecerá en el indicador en el intervalo seleccionado después de soltar el botón. Si mantiene presionado uno de estos botones, el valor de frecuencia actual se fijará en el indicador. Cuando se utiliza un divisor externo, el precio del dígito menos significativo del frecuencímetro cambia. Si su coeficiente de división está en el rango de 3 a 20, el costo de la descarga se reduce 10 veces, si Kd es superior a 20, luego 100 veces en cualquier momento de medición. Si Kd = 2, el precio de la descarga no cambia. El estado cerrado del interruptor SA1 corresponde al funcionamiento del dispositivo con un divisor de microondas externo y el estado abierto corresponde al funcionamiento sin él. Los interruptores SA2-SA5 se utilizan para seleccionar uno de los 15 valores IF preprogramados. El número de unidad correspondiente se marca en código binario (1-2-4-8). Si los interruptores SA2-SA5 están abiertos, IF = 0 (modo frecuencímetro). Las salidas del interruptor SA1 se pueden conectar a los contactos libres del conector al que está conectado el divisor de microondas. Se debe instalar un puente en la parte coincidente del conector entre estos contactos. De esta manera se detectará automáticamente la conexión del divisor. Si es necesario cambiar el número IF de forma remota, por ejemplo, al cambiar los rangos del receptor, entonces se pueden utilizar relés electromagnéticos como SA2-SA5. El frecuencímetro está montado sobre una placa de circuito impreso de 107x46 mm de lámina de fibra de vidrio de una cara. El cableado y la disposición de las piezas del tablero se muestran en la Fig. 3.
Todas las resistencias fijas son MLT 0,125, recortadora - SPZ-19a. Condensadores permanentes - KM, recortador - KT4-21, condensadores de óxido - K50-35. El transistor VT1 es cualquier n-p-n con una frecuencia de corte de al menos 600 MHz. Transistores VT10 - VT17 con una corriente permitida de al menos 300 mA. El indicador HG1 es un LED de ocho dígitos, con puntos decimales a la derecha de los números. Su diseño puede ser arbitrario, por ejemplo, compuesto por indicadores de un solo dígito con un ánodo común. El chip DD1 KR1554TL2 se puede reemplazar por un KR1554TLZ, pero esto requerirá ajustes en el diseño de la placa de circuito impreso. Los pines no utilizados de los elementos del microcircuito deben conectarse al bus de alimentación de +5 V. El uso de análogos TTL en este circuito reduce el límite superior de las frecuencias operativas del dispositivo a 10-60 MHz. Transistor VT1 de la sonda remota - efecto de campo con puerta aislada, canal tipo n y voltaje puerta-fuente 0...2 V con una corriente de drenaje de 5 mA - KP305A, B, V; KP313A, B; VT2: con una frecuencia de corte de al menos 600 MHz. La resistencia R1 se monta directamente en la parte del pin del conector XP1. En la fig. cuatro
La sonda está montada en una caja metálica. También es aconsejable proteger el frecuencímetro, especialmente si el dispositivo se utilizará como balanza digital. La fuente de alimentación puede ser cualquier fuente no estabilizada con un voltaje de salida de 7,5... 14 V y una corriente de carga de hasta 150 mA. Al configurar un frecuencímetro, ajustando la resistencia R2 se logra la máxima sensibilidad del dispositivo a altas frecuencias. El voltaje en el colector del transistor VT1 debe ser de aproximadamente 2,5 V. La configuración de una sonda remota implica configurar la corriente de cada transistor en aproximadamente 5 mA. Quedan expuestos al recoger R3. El voltaje en el colector VT2 debe ser de 4 V. Luego use los botones SB1-SB3 para configurar los valores requeridos de los parámetros del medidor de frecuencia en el modo de servicio. Para ingresar a este modo, presione tres botones simultáneamente. En este caso, el indicador mostrará el valor del tiempo de medición, que será seleccionado por defecto cuando se encienda el dispositivo. Al presionar el botón SB1 o SB2, puede seleccionar uno de tres valores: 0,1 s, 1 s o 10 s. Después de esto, presione el botón SB3. En este caso, el valor seleccionado se ingresa en la memoria no volátil y en el indicador aparece el valor del coeficiente de división del divisor de microondas que se utilizará con el dispositivo. Puede cambiar su valor presionando SB1 o SB2, y luego confirmar la selección presionando SB3. Si uno o más de los interruptores SA2-SA5 están cerrados, en el indicador aparece el número del inversor encendido y su signo (estilizado + o -). El signo se selecciona presionando el botón SB1 o SB2, presionando SB3 se confirma la elección y el valor IF aparece en el indicador, que se puede cambiar presionando SB1 o SB2 nuevamente. La tasa de cambio aumentará dependiendo del tiempo que se presione el botón, es decir, cuanto más tiempo mantenga presionado el botón, más rápido cambiarán las lecturas. El precio del dígito menos significativo es 1 Hz. Confirmar la selección es similar a los modos anteriores: presionar SB3. Después de esto, aparece “SETUP” en el indicador. Si no presiona ninguno de los botones, después de aproximadamente 3 s el dispositivo cambiará al modo de medición con los parámetros recién seleccionados. Para ingresar a "CONFIGURACIÓN", presione SB3. En este modo, la calibración del software del dispositivo se lleva a cabo para el resonador específico utilizado. Esto puede ser necesario, ya que en este circuito se excita a la frecuencia de resonancia paralela y los resonadores suelen indicar la frecuencia en serie, que puede diferir en varios kilohercios. La calibración se logra seleccionando nueve constantes que determinan la duración de los intervalos de medición. Las constantes C1, C2 y C3 definen el intervalo de 0,1 s; C4, C5 y C6 - 1 s, y C7, C8 y C9 - 10 s. C1, C4, C7 están diseñados para una calibración de intervalos precisa; C2, C5 y C8 - para el medio; C3, C6 y C9 - para grueso. C1, C4 y C7 pueden variar de 0 a 17. Aumentarlos o disminuirlos en uno aumenta o disminuye el intervalo correspondiente en 1 μs (en un ciclo de máquina). C2, C5 y C8 toman valores de 0 a 255. Cambiarlos por uno cambia el intervalo en 18 µs. C3, C6 y C9 también pueden ser de 0 a 255 y realizar un cambio aún más aproximado en el intervalo. Los valores de todas las constantes se ingresan secuencialmente, similar a los modos anteriores. Después de ingresar a C9, el dispositivo entra en modo de medición. Si la frecuencia de oscilación del resonador de cuarzo es exactamente de 4 MHz, las constantes deben tener los siguientes valores: С1=9, С2=99, C3=2, С4=13, С5=17, С6=199, С7=17, С8=215, С9=117. En la versión del autor, la frecuencia del cuarzo es 4 001 120 Hz y las constantes son algo diferentes: С1=1, С2=101, C3=2, С4=5, С5=33, С6=199, С7=5, С8=117, С9=118. Para calibrar el dispositivo es necesario disponer de un frecuencímetro de referencia y un generador. En primer lugar, debe utilizar un dispositivo estándar para medir la frecuencia de generación del resonador de cuarzo en el dispositivo. En este caso, el rotor del condensador C7 debería estar en la posición media. El frecuencímetro está conectado al punto X1. El valor medido se redondea al múltiplo de 40 Hz más cercano, por ejemplo, 4, 000, 000, etc. Luego, la sonda remota del dispositivo se conecta al punto X4 y se registran las lecturas en los tres límites. Si las lecturas difieren del valor medido, ingrese al modo de servicio, luego ingrese a “SETUP” y cambie los valores de las constantes. En este caso, se debe seguir la regla: cambiar la duración del intervalo de 000 s en 040 μs, la duración del intervalo de 4 s en 000 μs y la de 080 s en 1 μs. De lo contrario, es posible que las lecturas del instrumento en diferentes límites no se correspondan entre sí. Después de varias pruebas y errores, queda clara la influencia de las constantes en las lecturas. De esta forma se obtienen lecturas de la frecuencia de generación real. Como se mencionó anteriormente, debe ser múltiplo de 0,1 Hz. En la versión del autor, las lecturas del instrumento con un intervalo de medición de 1 s son 1; con un intervalo de 10 s - 10; y con un intervalo de 100 s - 40. Después de la calibración, debe conectar este dispositivo y un frecuencímetro de referencia a un generador de señal con una frecuencia de 20...40 MHz y una amplitud de 0,2...0,5 V y comparar las lecturas en todos los límites. Si las lecturas en diferentes límites no se corresponden entre sí, significa que se cometió un error al ingresar las constantes y se debe repetir esta operación. Finalmente, la correspondencia exacta de las lecturas con la frecuencia se logra ajustando el condensador C7. Si el rango de su cambio no es suficiente, las constantes deben ajustarse como se describe anteriormente. El proceso de calibración es bastante complejo, pero su necesidad puede surgir solo una vez después de la fabricación del dispositivo. Los valores originales de todas las constantes y parámetros en la memoria no volátil, si es necesario, se pueden restaurar escribiendo el valor C3 en el rango de 128 a 255. Uno de los posibles divisores de microondas por 10 circuitos está disponible en la web del autor. . Códigos del programa de control del microcontrolador. Autor: N. Khlyupin
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