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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medidor de frecuencia multifuncional. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición El dispositivo propuesto, además de la medida habitual de la frecuencia de las señales, puede medir su periodo, así como la duración de los pulsos positivos y negativos. Además, la frecuencia de las señales inferiores a 1 kHz se calcula como el recíproco de su período, y el período de repetición de las señales inferiores a 1000 μs se calcula como el recíproco de su frecuencia. Esto mejora la precisión de la medición. Una vez monté un frecuencímetro Denisov muy popular [1], o mejor dicho, su versión [2] en el microcontrolador PIC16F628A y el indicador LED ALS318. Después de muchos años, volvió a llamar mi atención. Este dispositivo mide la frecuencia con regularidad, pero es dolorosamente primitivo y las lecturas parpadean constantemente. Se decidió sobre la misma base (cambiando la conexión de dos salidas del microcontrolador, circuitos de entrada y circuitos de alimentación) para crear un dispositivo sin las deficiencias de su prototipo, así como complementado con nuevas funciones y modos. El instrumento que se describe a continuación tiene las siguientes capacidades: medición de frecuencia "normal" contando el número de pulsos en un segundo; medir la frecuencia de señales de baja frecuencia como el recíproco de su período; medir el periodo de la señal, en el que el periodo de las señales de alta frecuencia se calcula como el recíproco de su frecuencia; medir la duración de los pulsos de polaridad positiva y negativa. También es posible almacenar en la memoria no volátil del microcontrolador un valor del valor medido en cada modo con su visualización posterior si es necesario. Es posible cambiar rápidamente la configuración del dispositivo y apagarlo automáticamente en ausencia de influencias externas durante un tiempo determinado. Principales características técnicas
El esquema del frecuencímetro se muestra en la fig. 1. El microcontrolador PIC16F628A (DD1) controla los ánodos de los elementos indicadores HG3 y HG0 a través de las resistencias limitadoras R2-R4 con las señales generadas en las salidas RA7, RB10-RB17, RB1-RB2, que se utilizan como dos indicadores LED de cuatro dígitos y siete elementos con cátodos comunes de los elementos de cada dígito FYQ-3641AHR-11. Las señales que controlan los cátodos de las descargas del indicador provienen de las salidas del decodificador 74HC138N (DD2), a cuyas entradas las señales provienen de las líneas RAO-RA2 del microcontrolador que opera en el modo de salida. Usando las mismas líneas, trabajando en el modo de entrada, el programa verifica el estado de los botones de control SB1 y SB2. Las resistencias R1-R4 establecen los potenciales deseados en las entradas cuando se presionan y sueltan los botones.
El microcontrolador está sincronizado desde su oscilador interno, cuya frecuencia es de 16 MHz, establecida por un resonador de cuarzo externo ZQ1. El pin MCLR no se usa y se conecta al voltaje positivo del microcontrolador para evitar fallas. El programa realiza operaciones relacionadas con la indicación dinámica en el procedimiento de procesamiento de solicitudes de interrupción del temporizador TMR2, siguiendo con un período de 2 ms. Por lo tanto, la información del indicador de ocho dígitos se actualiza con una frecuencia de 1/(8x0,002) = 62,5 Hz. Esto asegura la invisibilidad del parpadeo del indicador en todos los modos de funcionamiento del dispositivo. La señal del modelador-amplificador de entrada se alimenta a las líneas combinadas RA4 y RB3 (pines 3 y 9 del microcontrolador, respectivamente, que tienen funciones alternativas T0CKI y CCP1). En el modo de un contador de frecuencia convencional, T0CKI es la entrada del contador de pulsos, y la línea RB3, que opera en los modos de entrada y salida, se usa para abrir y cerrar mediante programación la entrada del contador y luego "contar". Al medir el período y la duración, ambas líneas funcionan como entradas T0CKI y CCP1. En este caso, se utiliza un algoritmo para capturar el estado del registro TMR1 en los momentos de caída de la señal y calcular los intervalos de tiempo entre estos momentos, así como controlar la corrección del resultado analizando el contenido del registro TMR0. La idea es que la señal medida se alimente a las entradas combinadas de conteo y captura de los temporizadores del microcontrolador. Esto le permite juzgar por el número de transiciones contadas por el temporizador TMR0 si la unidad de captura del temporizador TMR1 pierde las transiciones necesarias debido a un rendimiento insuficiente del microcontrolador. El modelador de amplificador de entrada en los transistores VT1 y VT2 se ensambla de acuerdo con un esquema bien conocido y bien establecido. La capacidad relativamente grande de los condensadores C1 y C9 se explica por la necesidad de garantizar que el límite inferior del ancho de banda no supere 1 Hz (para esto, se utiliza la resistencia R20, que aumenta la resistencia de entrada del paso en el transistor VT2). Los elementos C8, C10, C11, L1 aumentan la ganancia del amplificador del controlador para señales cercanas a la frecuencia máxima medible. La resistencia R5 y los diodos VD1, VD2 protegen al transistor VT1 de la ruptura de la señal de entrada. El amplificador de conformación consume una corriente significativa (alrededor de 5 mA), por lo que para ahorrar energía en el modo de suspensión del dispositivo, fue necesario desconectarlo del amplificador usando un interruptor en un transistor de efecto de campo VT3 con un canal tipo p. Debido a la falta de salidas libres, el microcontrolador controla esta tecla con una señal de la salida RA2, que también se utiliza para controlar el decodificador DD2. En modo operativo, la señal en este pin es un pulso rectangular con una frecuencia de repetición de 125 Hz. Cuando el nivel lógico de esta señal es bajo, el capacitor C13 se carga a través del circuito VD3R23 y el transistor VT3 se abre con un voltaje de puerta negativo con respecto a la fuente. A un nivel de señal alto, el diodo VD3 evita que el capacitor se descargue a través de la resistencia relativamente pequeña de la resistencia R23. La constante de tiempo del circuito C13R24 se elige lo suficientemente grande como para evitar que la interferencia con una frecuencia de 125 Hz ingrese al moldeador de amplificador de entrada. En el modo de suspensión, el microcontrolador establece la salida RA2 en un nivel lógico alto constante. El condensador C13 se descarga a través de la resistencia R24 y, después de aproximadamente 3 ... 5 s, el transistor VT3 se cierra y desconecta por completo el amplificador del controlador de la fuente de alimentación. Como resultado, la corriente consumida por el dispositivo en modo de suspensión no supera los 10 μA, lo que, si lo desea, le permite abandonar el interruptor de encendido mecánico. Las líneas RA0 y RA1 del microcontrolador en modo dormir están configuradas como entradas, y en ellas (así como en las entradas 1 y 2 del decodificador), cuando se sueltan los botones SB1 y SB2, gracias a las resistencias R1 y R3, se establece un nivel de tensión lógico alto. También opera un nivel alto a la entrada de 4 decodificadores. Tal combinación de niveles en sus entradas corresponde a un nivel bajo en la salida 7, que, a través de la resistencia R21, ingresa a la línea RB7 del microcontrolador, que funciona en este caso como entrada. Cuando presiona cualquier botón, el código en las entradas del decodificador cambia, por lo tanto, en su salida 7, el nivel bajo se reemplaza por uno alto, que se transmite a través de la resistencia R21 a la entrada RB7 del microcontrolador. En el modo de suspensión, se habilita una interrupción para un cambio de nivel en esta entrada, por lo que al presionar cualquier botón, el microcontrolador regresa al modo activo. El dispositivo se alimenta con un voltaje de 5 V de un regulador de voltaje integrado NCP551SN50 (DA1). Este microcircuito se caracteriza por una pequeña diferencia permitida entre el voltaje de entrada y salida y un consumo de corriente propio extremadamente bajo (valor típico: 4 μA). El uso de un estabilizador 78L05 convencional en su lugar es posible, pero anulará el significado del modo de suspensión debido al gran consumo de corriente intrínseco del estabilizador, alrededor de 3 mA. Todas las partes del dispositivo están colocadas sobre una placa de circuito impreso de dimensiones 63x65 mm fabricada en fibra de vidrio laminada por una cara. El dibujo de los conductores impresos de la placa se muestra en la fig. 2. La ubicación de las piezas en sus dos lados - en la fig. 3. Las dimensiones del tablero se eligen de modo que puedan colocarse convenientemente en un estuche de un multímetro DT-830, habiendo cortado previamente los soportes de plástico en él. Al mismo tiempo, hay suficiente espacio para varias opciones de batería, desde la batería Krona hasta cinco o seis pilas AAA galvánicas o recargables. El hecho de que todas las partes, incluidos los botones, el conector de entrada y el bloque de tornillos para el suministro de voltaje, estén colocados de forma compacta en la placa, le permite usar el dispositivo incluso sin un estuche. Tenga en cuenta que los indicadores se encuentran en la parte inferior de la placa. Esta disposición es algo inusual, pero proporciona un mayor ángulo de visión del indicador.
Los indicadores FYQ-3641AHR-11 se pueden sustituir por otros con cátodos comunes, como el CPD-03641. Si instala 74AC138N en lugar del decodificador 74HC138N, entonces, si es necesario, puede aumentar la corriente hasta dos veces y, por lo tanto, el brillo de los indicadores, reduciendo la resistencia de las resistencias R10-R17 a 390 ohmios. Pero luego la corriente consumida por el dispositivo en modo operativo aumentará proporcionalmente. En mi opinión, el brillo de los indicadores es suficiente incluso con los valores de estas resistencias indicados en el diagrama. Se puede usar un resonador de cuarzo no solo a una frecuencia de 16 MHz, sino también a 4 MHz, pero en este caso la duración mínima del pulso medido aumentará cuatro veces. Las variantes del programa del microcontrolador para ambos valores indicados de la frecuencia del resonador se adjuntan al artículo. Botones SB1 y SB2 - reloj angular. En lugar del transistor BF998, puede usar el BF998R, su diferencia está solo en la disposición de pines mutuamente reflejados. Por lo tanto, el transistor BF988R deberá montarse en la placa en posición invertida. El transistor KT368A se reemplaza por cualquier transistor npn de baja potencia similar con una frecuencia de corte de al menos 300 MHz. Los diodos 1N4148 se pueden reemplazar por las series domésticas KD521, KD522. La parte del bloque del conector para la fuente de alimentación, diseñado para un enchufe con un diámetro de 1 mm, se utiliza como conector de entrada XW5,5. Se suelda una pieza de cable blindado de 50 cm de largo al enchufe, en cuyo extremo opuesto se suelda una sonda al cable central y se suelda una pinza de cocodrilo a su trenza. Para reducir el tamaño, los condensadores y las resistencias se utilizan principalmente para montaje en superficie, tamaño 0805. El condensador C13 es de tantalio. Para evitar cortocircuitos no deseados en los conductores impresos en los lugares de paso debajo de los elementos para el montaje en superficie, se pegan previamente tiras de cinta adhesiva de papel. Las resistencias de salida se utilizan cuando es beneficioso en términos de cableado conveniente de conductores impresos. Coloque primero los elementos de montaje en superficie en la placa, luego los cables puente y, por último, los elementos conductores de los cables. Como último recurso, el estabilizador NCP551SN50T1 puede ser reemplazado por el menos escaso LP2950CZ-5.0. La placa tiene una ranura marcada como DA1 para ello, pero en este caso, la corriente consumida en modo de suspensión aumentará a 70 ... 100 μA. La apariencia del tablero ensamblado se muestra en la fig. cuatro
Al utilizar los elementos indicados en el diagrama y un resonador de cuarzo de alta calidad, se proporcionan las características del dispositivo indicado al inicio del artículo sin ningún ajuste. Si hay un medidor de frecuencia ejemplar preciso, tiene sentido, al aplicar una señal con una frecuencia de 5 ... 30 MHz a la entrada del dispositivo y controlar su valor mediante el medidor de frecuencia ejemplar, para lograr las lecturas del dispositivo fabricado lo más cerca posible ajustándolas con un condensador de sintonización C7. Si es necesario, al seleccionar una resistencia R19, se debe establecer un voltaje constante dentro de 2 ... 2 V en el colector del transistor VT3. El programa del microcontrolador está escrito en lenguaje ensamblador MPASM. Los archivos HEX adjuntos al artículo para cargar en la memoria del microcontrolador (fmeter_X16_FULL.HEX para un resonador de cuarzo de 16 MHz y fmeter_X4_FULL. HEX para un resonador de cuarzo de 4 MHz) se obtuvieron traduciendo el programa en el entorno MPLAB. Para aprovechar al máximo todas las capacidades del dispositivo, es preferible utilizar un resonador de 16 MHz. La palabra de configuración se ingresa automáticamente en el archivo HEX del programa cuando se traduce, por lo que no se requiere configuración manual. Cuando el dispositivo está encendido, el indicador después de un saludo muestra las lecturas de acuerdo con el modo seleccionado previamente. Cuando presiona el botón SB1, el nombre del modo actual aparece en el indicador (en la mayoría de los casos, de inmediato, pero a veces es posible que deba mantener presionado el botón hasta por 2 s). Con clics posteriores en este botón, los modos y sus nombres en el indicador cambian en un círculo: un medidor de frecuencia regular Presionar el botón SB2 mientras se indica cualquier modo en la pantalla conduce a la transición del dispositivo a su estado inicial con el cambio de modo correspondiente. En ausencia de presionar cualquier botón durante el tiempo de espera (3 ... 10 s), el dispositivo cambia a su estado original en el modo anterior (antes de presionar el botón SB1). Si, después de la aparición del nombre del modo en el indicador, mantiene presionado sin soltar el botón SB1 durante más de 3 s, el indicador mostrará la inscripción Pulsando el botón SB2 mientras se muestra la inscripción Los elementos de este menú se cambian secuencialmente presionando el botón SB1 y presionando el botón SB2 cambia el valor del parámetro actual, que se muestra inmediatamente en el indicador. Salga guardando los valores de parámetros establecidos, después de que haya transcurrido el tiempo de espera sin presionar los botones. Al presionar el botón SB2 en el estado inicial (en algunos modos, se requiere la duración de presionar hasta 2 s) hará que aparezca la inscripción en el indicador La transición al modo de suspensión también ocurre cuando no se realiza ninguna acción en los botones durante 8 a 64 minutos. Contador de frecuencia convencional El funcionamiento del dispositivo en este modo se basa en contar los pulsos de la señal medida por el temporizador TMR0 del microcontrolador durante un cierto intervalo de tiempo. La cuenta regresiva de este intervalo (1 s) ocurre en la rutina de interrupción del temporizador TMR3, llamada con un período de 2 ms. En el mismo procedimiento se realiza la indicación dinámica. Cuando la frecuencia de la señal medida es inferior a 10 MHz, se muestra el signo Contador de baja frecuencia En el modo de contador de frecuencia de baja frecuencia, cuando se mide la frecuencia hasta 1000 Hz, el período de la señal se mide realmente y la frecuencia se calcula como su recíproco y se muestra en milésimas de hercio (la coma se incluye en el cuarto dígito desde la derecha del indicador). Si la frecuencia está por encima de 1000 Hz, se mide de la forma habitual. La conmutación inversa se produce a una frecuencia de 900 Hz. Este modo permite, con un tiempo de medición corto, obtener al menos tres dígitos decimales del valor de la frecuencia después del punto decimal en el indicador. Signo del régimen - signos Medición del período En este modo, cuando el período de la señal medida es superior a 1000 µs, la medida la realiza directamente el temporizador TMR1 del microcontrolador, cronometrado contando pulsos con una frecuencia de 1 MHz desde el generador interno. Con un período de señal más pequeño, se mide su frecuencia y el período se calcula como su valor recíproco. El resultado siempre se muestra en microsegundos, en este último caso, con tres decimales después del punto decimal. Signo de modo - signo Medición de ancho de pulso Para pulsos positivos y negativos, este modo difiere solo en que en el primer caso, el tiempo se mide desde el flanco ascendente hasta el flanco descendente de la señal, y en el segundo, desde el flanco descendente hasta el ascendente. La medición se realiza contando directamente el intervalo de tiempo entre las gotas por el temporizador TMR1 del microcontrolador, cronometrado desde el generador interno con pulsos con un período de 0,25 μs. Esto proporciona una medida fiable de la duración de 3 µs o más. Si los pulsos medidos son más cortos que el valor especificado, entonces el módulo de captura del temporizador a veces no tiene tiempo para capturar ambos flancos, limitándolo durante un pulso y captura el flanco final del siguiente pulso (o omitiendo varios pulsos). Comparando los resultados de medir la duración y el período de repetición de los pulsos, el programa detecta tal situación y resta el valor del período de repetición de la duración medida. El resultado en este caso, por supuesto, es menos fiable. Si se recibe una duración superior a varios períodos de pulso, se muestra un mensaje de sobrefrecuencia. La duración de los pulsos de menos de 32768 µs se muestra con una resolución de 0,25 µs, los más largos - 1 µs. Signo del régimen - signos Cabe señalar que la asimetría de la parte de entrada del dispositivo, así como la presencia de un disparador Schmitt en la entrada RB3/CCP1 (pin 9) del microcontrolador, provoca un gran error en la medición de la duración de los pulsos con caídas suaves. Este error disminuye al aumentar la amplitud de la señal. Los intentos de medir señales con una amplitud inferior a 0,1 V en cualquier modo pueden generar lecturas falsas. Sin embargo, esto también se aplica a otros dispositivos similares. Con una señal de entrada estable conocida, una señal indirecta de su amplitud insuficiente pueden ser fluctuaciones significativas en las lecturas. Si los parámetros de la señal de entrada no permiten la medición, en el indicador del dispositivo se muestran los siguientes mensajes: Literatura
El programa del microcontrolador se puede descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/05/fmeter.zip. Autor: B. Balaev
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, contador de baja frecuencia 
, medición del período 
, midiendo la duración de los pulsos positivos 
, midiendo la duración de los pulsos negativos 
y de nuevo el contador de frecuencia habitual.
. Al mismo tiempo, presionar el botón SB2, así como la ausencia de pulsaciones de botones durante el tiempo de espera, pone el dispositivo en modo de suspensión, del cual se sale presionando cualquier botón. Al presionar el botón SB1 en este modo (por supuesto, habiéndolo soltado previamente) se produce la aparición alternativa de las inscripciones en la pantalla 
.
- período de indicación, s; 
- duración de la espera para presionar los botones, s; 
- tiempo hasta el apagado automático, min. Los ceros en estas etiquetas serán reemplazados por los valores actuales de los parámetros correspondientes, parpadeando para una mayor visibilidad.
. Soltar el botón inmediatamente después de su aparición - para mostrar en el indicador durante 8 s el valor medido previamente almacenado en la memoria no volátil del microcontrolador, parpadeando para diferir del valor medido actual. Si al aparecer la inscripción 
en el indicador.
en el orden alto del indicador.
en los dos dígitos más significativos del indicador. En valores de alta frecuencia, se sobrescriben alternativamente con dígitos de orden superior distintos de cero del resultado de la medición.
en el dígito más significativo (con medida directa del período) o signos 
en los dos dígitos más significativos (al medir el período a través de la frecuencia). Como en otros modos, estos caracteres se sobrescriben con dígitos iniciales distintos de cero del resultado.
(medir la duración de los pulsos positivos) o 
(que mide la duración de los pulsos negativos) en los dos dígitos más significativos del indicador. Si el resultado se corrige por la duración del período de repetición del pulso, entonces el signo 
parpadea.
- frecuencia demasiado alta, 
- período demasiado largo 
- sin señal.
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