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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medidor de frecuencia de radioaficionado. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición Se ofrece a los lectores una descripción de un frecuencímetro de aficionado en el microcontrolador AT89C52-24JC y dos accesorios con los que, además de medir la frecuencia y duración de los pulsos, se puede medir la capacitancia e inductancia de los componentes. En los últimos años, han aparecido en la literatura periódica varias publicaciones dedicadas a la descripción de medidores de frecuencia de radioaficionados construidos sobre la base de microcomputadoras de un solo chip. Las ventajas de tales diseños son obvias: se reduce la cantidad de microcircuitos utilizados y, en consecuencia, se reducen las dimensiones y el consumo de energía, el dispositivo es fácil de ensamblar y ajustar y puede ser repetido incluso por radioaficionados novatos. Además, es posible modernizar y aumentar las funciones de servicio sólo cambiando el programa de control. El frecuencímetro está diseñado para su uso en la práctica de radioaficionados. Te permite medir:
El frecuencímetro también se puede utilizar como balanza digital para equipos receptores de radio. Utilizando accesorios adicionales, el frecuencímetro puede medir la capacitancia de los condensadores y la inductancia de bobinas y bobinas. Principales características técnicas
El frecuencímetro (su diagrama se muestra en la Fig. 1) consta de un comparador de señal, un interruptor de modo de funcionamiento, un sincronizador de ciclo de medición, un contador de pulsos, un microcontrolador, un teclado, un indicador de cristal líquido y un estabilizador de potencia.
La etapa de entrada está construida sobre un comparador de Analog Devices AD8561AR (DA1). Este comparador tiene una latencia típica de aproximadamente 7 ns. La señal de entrada llega al conector XP1 y va al circuito de protección R1VD1VD2 y al comparador DA1. Las resistencias R4, R5 forman una histéresis del comparador para eliminar la apariencia de rebote con señales que cambian lentamente. En la salida del comparador, la señal está representada por un par de niveles lógicos antifase, coincidentes con los niveles de los chips lógicos del frecuencímetro. El cambio de modo de funcionamiento se basa en un multiplexor digital DD2. El interruptor conmuta las señales de acuerdo con el modo de funcionamiento seleccionado del frecuencímetro. El sincronizador (elementos DD1.2, DD1.3, DD4) genera señales para el inicio y el final del ciclo de medición. El contador de pulsos (DD3) cuenta el número de pulsos en la señal de entrada o pulsos de llenado al medir el ancho del pulso. El microcontrolador (DD5) de ATMEL AT89C52-24JC controla todos los elementos del dispositivo: interruptor de modo de funcionamiento, indicador, teclado. La frecuencia de reloj de 10 MHz para el microcontrolador la ajusta el resonador de cuarzo BQ1. Al configurar y comprobar el frecuencímetro, la frecuencia de reloj del microcontrolador se ajusta con el condensador C6 a un valor de exactamente 10 MHz utilizando un frecuencímetro industrial. La señal del resonador de cuarzo del microcontrolador (señal BF) también se utiliza para medir la duración del pulso. En este caso, el período de repetición de los impulsos de llenado es de 100 ns. Por tanto, el error al medir la duración del pulso tampoco supera este valor. El microcontrolador funciona utilizando la memoria de programa interna (el pin 35 de DD5 está conectado al bus +5V). Cuando se enciende el frecuencímetro, el microcontrolador vuelve a su estado inicial mediante una caída de voltaje transmitida por el condensador C5. El teclado (botones SB1, SB2) se utiliza para seleccionar los modos de funcionamiento y los parámetros del frecuencímetro. Utilice el botón SB1 ("Modo") para seleccionar el modo de funcionamiento y utilice el botón SB2 ("Parámetro") para seleccionar el parámetro de modo. Por ejemplo, use el botón SB1 para configurar el modo "Medición de frecuencia" y use el botón SB2 para seleccionar el valor del parámetro "Tiempo de medición" - 10 s. Aproximadamente 1 s después de seleccionar un modo de funcionamiento o parámetro, el frecuencímetro comienza a medir automáticamente. Como indicador se utiliza el módulo LCD alfanumérico ITM1602ASR de dos líneas de 16 caracteres. La primera línea muestra el modo de funcionamiento y los parámetros del frecuencímetro, y la segunda línea muestra el valor medido. Usando la resistencia de recorte R8 puede ajustar el contraste de la imagen del indicador. El indicador se conecta al conector XS3 y se instala directamente en la placa. El indicador conectado mediante un cable adicional se puede colocar en una ubicación diferente a petición del usuario. El estabilizador integrado DA2 se utiliza en la unidad de estabilización de voltaje de suministro. El voltaje de la fuente de alimentación de una fuente externa se suministra al conector XP2. Condensadores C15, C16 - filtro de entrada; C13, C14 - filtro de salida del estabilizador. Los condensadores C7 - C12 son condensadores de bloqueo y se instalan cerca de los microcircuitos. El frecuencímetro utiliza microcircuitos domésticos de la serie KR1533 (el análogo importado es 74ALS). Como contador de pulsos se utiliza un microcircuito 74NS4040 con una frecuencia máxima de 50 MHz, lo que limita el rango de medición de frecuencia. Considere la operación del medidor de frecuencia en el modo de medir la frecuencia de la señal de entrada. La señal del comparador (circuito F1) se suministra al interruptor de modo de funcionamiento (pin 4 de DD2). El microcontrolador establece los niveles de señal lógica A = 0 y B = 1, y luego emite la señal de INICIO (lógica 1), que inicia el proceso de medición. Dispara los interruptores DD4.1 y permite que la señal pase a la salida del interruptor (pin 7 de DD2) y a la entrada del contador de pulsos (pin 10 de DD3). El microcontrolador genera un intervalo de tiempo que dura, por ejemplo, 1 s (señal TW). Durante este tiempo, se permite que la señal de entrada se transmita desde la salida del comparador al contador de pulsos de la señal de entrada. Los pulsos de desbordamiento del contador DD3 son contados por el temporizador/contador 1 del microcontrolador. Después de que el microcontrolador mantiene el intervalo especificado, el comparador bloquea su salida (pin 5 DAI - LATCH) y se detiene el conteo de los pulsos de la señal de entrada. El microcontrolador establece los niveles de señal lógica A = 1, B = 1 y lee el número acumulado del contador de pulsos (DD3) usando pulsos de “conteo” (señal CP). El microcontrolador calcula el número total de pulsos en el contador de pulsos para el intervalo de tiempo seleccionado (y esta es la frecuencia de la señal) usando la fórmula X 1048576+ Y 4096 + Z, donde X es el contenido de los 8 bits superiores del temporizador/contador 1 del microcontrolador; Y es el contenido de los 8 bits inferiores del temporizador/contador 1 del microcontrolador; Z - el contenido del contador de pulsos (DD3). Si la frecuencia de entrada es muy alta, entonces el contador/temporizador 1 del microcontrolador puede desbordarse. En este caso, el microcontrolador suma el número 268435456 al resultado obtenido por la fórmula anterior. Consideremos el funcionamiento de un frecuencímetro usando el ejemplo de medir la duración de un pulso de polaridad positiva. Las señales de la salida del comparador (señal F1 para un pulso positivo o señal F2 para un pulso negativo) se envían al interruptor de modo de operación (DD2). El microcontrolador establece los niveles lógicos de las señales A - 0, B - 0. Luego se emite una señal para configurar el disparador DD4.1 en el estado único (señal WR/CM). Posteriormente se emite la señal de START (lógica 1), correspondiente al inicio de la medición. El microcontrolador está esperando que cambie el disparador DD4.2. El disparador DD4.1 permite que los pulsos de llenado pasen desde el elemento DD1.1 a la salida del interruptor (pin 7 de DD2). Con el inicio del pulso de señal de entrada, los pulsos de llenado (señal BF) se suministran a la entrada del contador de pulsos (pin 10 DD3) a través del elemento DD1.1 y el interruptor. Los pulsos de desbordamiento del contador DD3 son contados por el temporizador/contador 1 del microcontrolador. Una vez finalizado el pulso de la señal de entrada, el disparador DD4.1 cambia al estado inverso y se detiene el conteo de los pulsos de llenado. Basado en la señal FINAL, el microcontrolador establece las señales A = 1, B = 1 y lee el valor acumulado del contador de pulsos (DD3) usando el conteo de pulsos (señal CP). La duración del pulso medido la calcula el microcontrolador mediante la fórmula (X 1048576 + Y 4096 + Z)x100, donde X - contenido de los 8 bits mayores del temporizador/contador del 1er microcontrolador; Y - contenido de los 8 bits inferiores del temporizador/contador del primer microcontrolador; Z - el contenido del contador de pulsos DD3; 100 - el período de repetición de los pulsos de llenado, igual a 100 ns. Por lo tanto, cuando se mide la duración del pulso, la puerta de tiempo es el pulso mismo. Para determinar la duración de un pulso negativo, el microcontrolador establecerá los niveles de señal lógica A = 1, B = 0. El software está escrito en lenguaje C para microcontroladores de la familia MCS-51. Estructuralmente, el frecuencímetro está fabricado sobre una placa de circuito impreso de doble cara (Fig. 2), sobre la que están montados todos los elementos (Fig. 3), a excepción del indicador.
En la Fig. 2 almohadillas redondas, mostradas convencionalmente sin orificios, están conectadas a las almohadillas correspondientes en la parte posterior del tablero a través de orificios pasantes metalizados. En la fabricación amateur de PCB, la metalización se reemplaza por conductores delgados.
Conectores desmontables: PLS-2, PBS-14, así como un zócalo PLCC-44 para instalar DD5. Configuración del contador de frecuencia Después de montar el frecuencímetro, es necesario realizar tres operaciones de ajuste. 1. El contraste del indicador se ajusta después de suministrar energía al frecuencímetro ajustando la resistencia de sintonización R8. 2. Para configurar la frecuencia del oscilador de cuarzo del microcontrolador, se requiere acceso al condensador de ajuste de frecuencia. Por lo tanto, cuando se apaga la alimentación del frecuencímetro, retire el módulo indicador de la placa y luego, mientras mantiene presionado el botón SB1, encienda la alimentación del frecuencímetro. Con un acoplamiento capacitivo mínimo entre la entrada del frecuencímetro estándar y el punto BF (Fig. 3), al ajustar el capacitor C6, la frecuencia del generador se establece exactamente en 10 MHz. 3. El ajuste del comparador en la etapa de entrada se realiza sin aplicar señal al conector del frecuencímetro. Después de encender el dispositivo, primero debe girar el control deslizante de la resistencia R6 a la posición extrema izquierda y luego girar lentamente el control deslizante hacia la derecha hasta que aparezca "SIN SEÑAL" en el indicador. A continuación se muestra una descripción de los modos de funcionamiento del contador de frecuencia. Modo de escala digital Utilice el botón "MODO" para configurar el modo "ESCALA DIGITAL". Usando el botón "PARAMETER", seleccione el parámetro de modo - frecuencia de la ruta IF. Esta frecuencia se puede seleccionar entre los siguientes valores: +455 kHz; -455 kHz; +465 kHz; -465 kHz; +500 kHz; -500kHz. El signo delante del valor digital Ff indica la operación que realiza el frecuencímetro. Si el signo es “+”, entonces la frecuencia Ff se suma a la frecuencia medida, si el signo es “-”, entonces se resta. El tiempo de medición de frecuencia en este modo es de 0,1 s. Vista del indicador del frecuencímetro en el modo de funcionamiento: Medición de la frecuencia de la señal de entrada Usando el botón "MODE", configure el modo "FRECUENCIA" y usando el botón "PARAMETER", seleccione el parámetro de modo - tiempo de medición. El parámetro en segundos puede tomar uno de los siguientes valores: 0,1 s, 1 s; 10 s. Aproximadamente 1 s después de soltar el botón, el frecuencímetro cambiará automáticamente al modo de medición. La selección de un nuevo parámetro interrumpe el ciclo de medición actual e inicia uno nuevo con un nuevo valor de parámetro. Las unidades de frecuencia (Hz, kHz, MHz) se determinan automáticamente según la frecuencia de la señal de entrada. Vista del indicador del frecuencímetro en modo de funcionamiento: a una frecuencia de señal de entrada de hasta 1 kHz a una frecuencia de señal de entrada de hasta 1 MHz a una frecuencia de señal de entrada igual o superior a 1 MHz, El símbolo ">" aquí y debajo significa que el frecuencímetro está en modo de conteo de pulsos. Es decir, el resultado de la medición que está actualmente presente en el indicador se refiere al ciclo de medición anterior. Medición del período de la señal de entrada Utilice el botón "MODO" para seleccionar el modo "PERIODO DE SEÑAL". No hay parámetros para configurar para este modo. Aproximadamente 1 s después de soltar el botón, el frecuencímetro cambiará automáticamente al modo de medición. El período T de la señal de entrada es el recíproco de su frecuencia F. Por lo tanto, el frecuencímetro primero mide la frecuencia de la señal de entrada en un tiempo de medición de 1 s y, después de los cálculos, muestra el resultado en el indicador. Vista del indicador del frecuencímetro en el modo de funcionamiento: Medición de desviación de frecuencia Utilice el botón "MODO" para seleccionar el modo "DESVIACIÓN". No hay parámetros para configurar para este modo. Aproximadamente 1 s después de soltar el botón, el frecuencímetro cambiará automáticamente al modo de medición. La desviación (o deriva) se define como la diferencia entre la corriente y la frecuencia que había al inicio de la medición en este modo. En este caso, la deriva (desviación) de frecuencia puede ser positiva o negativa. Por lo tanto, el valor de la desviación se muestra en el indicador con un signo. Para iniciar un nuevo seguimiento de deriva de frecuencia, debe hacer clic en el botón "PARÁMETRO". Vista del indicador del frecuencímetro en el modo de funcionamiento: Medición de la duración del pulso de polaridad positiva Utilice el botón "MODO" para seleccionar el modo "PULSO". Utilice el botón "PARAMETER" para seleccionar el parámetro de modo: polaridad del pulso. Para un pulso positivo, su duración se denomina "P" y el intervalo entre pulsos se denomina "0". Aproximadamente 1 s después de soltar el botón, el frecuencímetro cambiará automáticamente al modo de medición. Vista del indicador del frecuencímetro en el modo de funcionamiento: Medición de capacitancia Si tiene un accesorio para un medidor de frecuencia que mide el período, puede medir la capacitancia de cualquier capacitor que vaya desde 10 pF hasta cientos de μF. Su diagrama se muestra en la Fig. 4.
El multivibrador montado en el amplificador operacional DA1 genera pulsos con un período proporcional a la capacitancia Cx. Esto se describe con la expresión Тх= 2CхRэ-lп[(R4+R4')/(R4-R4')]. Aquí el valor de R4' corresponde a la resistencia de la parte de la resistencia de ajuste entre el motor y el terminal inferior del circuito. Si el control deslizante de la resistencia R4 está instalado de manera que ln[(R4+R4')/(R4-R4')] - 0,5, entonces Tx = CхRe, y en Re = 1 MΩ el valor de capacitancia de 10 pF corresponde a la duración de el período de los impulsos generados es igual a 10 μs, y con Re = 10 kOhm, el valor de 1 μF corresponde a una duración de 10000 μs. El accesorio contiene un condensador de referencia Se (3000...10000 pF), que permite calibrar el accesorio y también medir capacitancias inferiores a 10 pF. Es aconsejable seleccionar la precisión del condensador de referencia con un error no superior al 0,5...1%. La calibración del decodificador consiste en configurar el valor del condensador de referencia en el frecuencímetro mediante la resistencia de recorte R2 (10 kOhm). Te en el frecuencímetro debe ser igual a 1 μs (Fe = 1 MHz). Debido a la interferencia, los bits de orden inferior pueden cambiar periódicamente su valor. Pero en la mayoría de los casos, la precisión de la medición de la capacitancia es bastante satisfactoria. Para medir la capacidad, utilice el botón "MODO" para seleccionar el modo "CAPACIDAD". Este modo no tiene parámetros. Aproximadamente 1 s después de soltar el botón, el frecuencímetro cambiará automáticamente al modo de medición. Vista del indicador del frecuencímetro en el modo de funcionamiento: Medida de inductancia Si tiene un accesorio (su diagrama se muestra en la Fig. 5), puede medir la inductancia en el rango de 1 μH...2 H.
El principio de medición se basa en la relación entre el período de oscilaciones armónicas y la inductancia y capacitancia del circuito oscilatorio del generador en el accesorio: T2 = LC/25330, donde T está en segundos, L está en µH, C está en pF. Por lo tanto, si utilizamos una capacitancia del circuito igual a 25330 pF, entonces el valor numérico de la inductancia se calcula a partir de la siguiente relación: L \u2d T1 \u2d XNUMX / FXNUMX, donde F es la frecuencia de oscilación. Para medir la inductancia con un frecuencímetro con accesorio, use el botón "MODO" para seleccionar el modo "INDUCTIBILIDAD". Aproximadamente 1 s después de soltar el botón, el frecuencímetro cambiará automáticamente al modo de medición. Los valores numéricos de las lecturas corresponden a la inductancia en µH. Vista del indicador del frecuencímetro en el modo de funcionamiento: El accesorio consta de un generador de medición (VT1-VT5), cuya frecuencia está determinada por la capacitancia de los condensadores C1, C2 (capacidad total de aproximadamente 25330 pF) y la inductancia conectada a los terminales de entrada de la bobina. Para generar una señal con un nivel TTL, se utiliza un disparador Schmitt (VT6, VT7). La amplitud de las oscilaciones se estabiliza mediante un circuito sobre diodos VD1, VD2 y transistores VT4, VT5, conectados al generador a través de un seguidor de emisor sobre el transistor VT3. Con el valor especificado de capacitancia C1, C2 y la inductancia medida igual a 1 μH, la frecuencia de generación será de 1 MHz. Con una inductancia de 2 H - 700 Hz. Para cubrir dicho rango, especialmente en el rango de alta frecuencia, es necesario seleccionar transistores VT1, VT2 con un coeficiente de transferencia de corriente base de al menos 150. Condensadores C1, C2 - K73-17 o similares con un TKE pequeño. En total, su capacidad no debe diferir de la especificada en más de un 1...2%. El ancho del rango de medición también se ve afectado por el transistor VT5, o más bien por su coeficiente de transferencia de corriente base. Los mejores resultados se obtuvieron al utilizar transistores GT311 con una ganancia de 30...50. El prefijo normalmente no requiere configuración si se cumplen los requisitos especificados. Software para el microcontrolador Adaptador para microcontrolador AT89C52-24JC Autores: S. Zorin, N. Koroleva, Izhevsk
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