Основные технические характеристики
|
Скачать 388.19 Kb.
|
| Многофункциональный частотомер http://radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=1509 Предлагаемый прибор, кроме обычного измерения частоты сигналов, может измерять их период, а также длительность положительных и отрицательных импульсов. Вдобавок к этому частота сигналов менее 1 кГц вычисляется как величина, обратная их периоду, а период повторения сигналов, меньший 1000 мкс, — как величина, обратная их частоте. Это повышает точность измерения. Когда-то был собран очень популярный в то время частотомер Денисова [1], на микроконтроллере PIC16F628A и светодиодном индикаторе АЛС318. Через много лет он вновь попался на глаза. Измеряет этот прибор частоту исправно, но уж больно примитивен, да ещё и показания постоянно мерцают. Было решено на той же основе (изменив подключение двух выводов микроконтроллера, входные цепи и цепи питания) создать прибор, лишённый недостатков своего прототипа, а также дополненный новыми функциями и режимами. Описываемый ниже прибор имеет следующие возможности: "обычное" измерение частоты путём подсчёта числа импульсов в течение одной секунды; измерение частоты низкочастотных сигналов как величины, обратной его периоду; измерение периода сигнала, причём период высокочастотных сигналов вычисляется как величина, обратная его частоте; измерение длительности импульсов как положительной, так и отрицательной полярности. Также имеется возможность сохранять в энергонезависимой памяти микроконтроллера по одному значению измеряемой величины в каждом режиме с последующим их просмотром при необходимости. Предусмотрено оперативное изменение настроек прибора и его автоматическое выключение при отсутствии внешних воздействий в течение определённого времени. Основные технические характеристики Максимальная измеряемая частота, МГц.................................................... 40 Дискретность измерения частоты обычным методом, Гц.............................. 1 Дискретность измерения частоты через период, Гц .............................. 0,001 Минимальный измеряемый период, мкс .................................................... 0,05 Максимальный измеряемый период, с ..................................................... 2 Частота, на которой изменяется способ измерения периода и частоты, Гц .. 900... 1000 Минимальная измеряемая длительность импульсов, МКС........................... 1 Максимальная измеряемая длительность импульсов, с............................... 1 Амплитуда измеряемого сигнала, В....................................................... 0,1...100 Относительная погрешность измерения....................................................... 1·105 Дополнительная погрешность измерения, ед. мл. разряда ........................ 1 Продолжительность отображения результата измерения, с........................... 0,25—2 Задержка автоматического выключения прибора, мин ................................. 8, 16, 32,64 Напряжение питания, В................................................................................ 5,5...10 Средний ток потребления в рабочем режиме, мА ........................................ 15...25 Ток потребления в спящем режиме, мкА, не более ................................... 10 Схема частотомера приведена на рис. 1. Микроконтроллер PIC16F628A (DD1) сигналами, формируемыми на выходах RA3, RBO—RB2, RB4—RB7, управляет через ограничительные резисторы R10—R17 анодами элементов индикаторов HG1 и HG2, в качестве которых использованы два четырёхразрядных семиэлементных светодиодных индикатора с общими катодами элементов каждого разряда FYQ-3641AHR-11 Сигналы, управляющие катодами разрядов индикатора, поступают с выходов дешифратора 74HC138N (DD2), на входы которого сигналы поступают с линий RAO—RA2 микроконтроллера, работающих в режиме выходов. С помощью этих же линий, работающих в режиме входов, программа проверяет состояние кнопок управления SB1 и SB2. Резисторы R1— R4 задают на входах нужные потенциалы при нажатых и отпущенных кнопках.  Рис. 1. Схема многофункционального частотомера Тактирование микроконтроллера происходит от его внутреннего генератора, частота которого 16 МГц задана внешним кварцевым резонатором ZQ1. Вывод MCLR не используется и во избежание сбоев соединён с плюсом напряжения питания микроконтроллера. Операции, связанные с динамической индикацией, программа выполняет в процедуре обработки запросов прерывания от таймера TMR2, следующих с периодом 2 мс. Поэтому обновление информации на восьмиразрядном индикаторе происходит с частотой 1/(8x0,002) = 62,5 Гц. Этим обеспечена незаметность мерцания индикатора во всех режимах работы прибора. Сигнал с входного усилителя-формирователя поступает на объединённые линии RA4 и RB3 (соответственно выводы 3 и 9 микроконтроллера, имеющие альтернативные функции Т0СКI и ССР1). В режиме обычного частотомера T0CKI — вход счётчика импульсов, а линия RB3, работающая в режимах входа и выхода, служит для программного открывания и закрывания входа счётчика и последующего "досчёта". При измерении периода и длительности обе линии работают как входы T0CKI и ССР1. При этом используется алгоритм с захватами состояния регистра TMR1 в моменты перепадов сигнала и вычислением интервалов времени между этими моментами, а также с контролем корректности результата путём анализа содержимого регистра TMR0. Идея состоит в том, что измеряемый сигнал поступает на объединённые входы счёта и захвата таймеров микроконтроллера. Это позволяет по числу подсчитанных таймером TMR0 перепадов судить, не пропущены ли нужные перепады узлом захвата таймера TMR1 по причине недостаточного быстродействия микроконтроллера. Входной усилитель-формирователь на транзисторах VT1 и VT2 собран по известной и хорошо зарекомендовавшей себя схеме. Относительно большая ёмкость конденсаторов С1 и С9 объясняется необходимостью обеспечить нижнюю границу полосы пропускания не более 1 Гц (для этого же служит резистор R20, увеличивающий входное сопротивление ступени на транзисторе VT2). Элементы С8, СЮ. С11, L1 увеличивают коэффициент передачи усилителя-формирователя для сигналов вблизи максимальной измеряемой частоты. Резистор R5 и диоды VD1, VD2 защищают транзистор VT1 от пробоя входным сигналом. Усилитель-формирователь потребляет значительный ток (около 5 мА), поэтому для экономии питания в спящем режиме прибора потребовалось отключать его от усилителя с помощью ключа на полевом транзисторе VT3 с каналом р-типа. Из-за отсутствия свободных выводов микроконтроллер управляет этим ключом сигналом с выхода RA2, используемого также для управления дешифратором DD2. В рабочем режиме сигнал на этом выводе — прямоугольные импульсы с частотой повторения 125 Гц. Когда логический уровень этого сигнала низкий, конденсатор С13 заряжается через цепь VD3R23 и транзистор VT3 открывается отрицательным относительно истока напряжением на затворе. При высоком уровне сигнала диод VD3 препятствует разрядке конденсатора через относительно небольшое сопротивление резистора R23. Постоянная времени цепи C13R24 выбрана достаточно большой для исключения попадания на входной усилитель-формирователь помехи с частотой 125 Гц. В спящем режиме на выходе RA2 микроконтроллер устанавливает постоянный высокий логический уровень. Конденсатор С13 разряжается через резистор R24, и примерно через 3...5 с транзистор VT3 закрывается и полностью отключает усилитель-формирователь от источника питания. В результате потребляемый прибором в спящем режиме ток не превышает 10мкА, что при желании позволяет отказаться от механического выключателя питания. Линии RA0 и RA1 микроконтроллера в спящем режиме сконфигурированы как входы, и на них (а также на входах 1 и 2 дешифратора) при отпущенных кнопках SB1 и SB2 благодаря резисторам R1 и R3 установлен высокий логический уровень напряжения. Высокий уровень действует и на входе 4 дешифратора. Такой комбинации уровней на его входах соответствует низкий уровень на выходе 7, который через резистор R21 поступает на работающую в рассматриваемом случае в качестве входа линию RB7 микроконтроллера. При нажатии на любую кнопку код на входах дешифратора изменяется, поэтому на его выходе 7 низкий уровень сменяется высоким, который через резистор R21 передаётся на вход RB7 микроконтроллера. В спящем режиме разрешено прерывание по изменению уровня на этом входе, поэтому по нажатию на любую кнопку микроконтроллер возвращается в активный режим. Прибор питается напряжением 5 В от интегрального стабилизатора напряжения NCP551SN50 (DA1). Для этой микросхемы характерны малая допустимая разность входного и выходного напряжения и экстремально малый собственный потребляемый ток (типовое значение — 4 мкА). Применение вместо неё обычного стабилизатора 78L05 возможно, но сведёт на нет смысл спящего режима из-за большого собственного тока потребления стабилизатора — около 3 мА. Все детали прибора размещены на печатной плате размерами 63x65 мм из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита.  Рис. 2. Печатные платы и расположение деталей. Чертёж печатных проводников платы и расположение деталей на двух её сторонах изображено на рис. 2. Размеры платы выбраны такими, что позволяют удобно поместить её в корпус от мультиметра DT-830, предварительно срезав в нём пластмассовые стойки. При этом остаётся достаточно места для различных вариантов батареи питания — от батареи "Крона" до пяти-шести гальванических или аккумуляторных элементов типоразмера ААА. Тот факт, что все детали, в том числе кнопки, входной разъём и винтовая колодка для подачи напряжения питания, компактно размещены на плате, позволяет использовать прибор даже без корпуса. Следует обратить внимание, что индикаторы расположены в нижней части платы. Такая компоновка несколько необычна, но обеспечивает больший угол обзора индикатора. Индикаторы FYQ-3641AHR-11 можно заменить другими с общими катодами, например CPD-03641. Если вместо дешифратора 74HC138N установить 74AC138N, то при необходимости можно до двух раз увеличить ток, а значит, и яркость свечения индикаторов, уменьшив сопротивление резисторов R10—R17 до 390 Ом. Но тогда пропорционально увеличится ток, потребляемый прибором в рабочем режиме. По моему мнению, яркость индикаторов достаточна и при номиналах этих резисторов, указанных на схеме. Кварцевый резонатор можно использовать и не только на частоту 16 МГц, но и на 4 МГц, но при этом минимальная измеряемая длительность импульсов увеличится в четыре раза. Варианты программы микроконтроллера для обоих указанных значений частоты резонатора прилагаются к статье. Кнопки SB1 и SB2 — тактовые угловые. Вместо транзистора BF998 можно использовать BF998R, их различие лишь во взаимно зеркальном расположении выводов. Поэтому транзистор BF988R придётся монтировать на плату в перевёрнутом положении. Транзистор КТ368А заменяется любым подобным маломощным транзистором структуры n-p-п с граничной частотой не менее 300 МГц. Диоды 1N4148 можно заменить отечественными серий КД521, КД522. В качестве входного гнезда XW1 применена блочная часть разъёма для подачи питания, рассчитанного под штекер диаметром 5,5 мм. К штекеру припаян отрезок экранированного провода длиной 50 см, на противоположном конце которого к центральному проводу припаян щуп, а к его оплётке — зажим "крокодил". Для уменьшения габаритов конденсаторы и резисторы использованы преимущественно для поверхностного монтажа типоразмера 0805. Конденсатор С13 — танталовый. Для исключения нежелательных замыканий на печатные проводники в местах их прохода под элементами для поверхностного монтажа предварительно наклеены полоски бумажной липкой ленты. Выводные резисторы применены там, где это выгодно с точки зрения удобной разводки печатных проводников. Первыми на плату следует устанавливать элементы для поверхностного монтажа, затем проволочные перемычки и в последнюю очередь — элементы с проволочными выводами. Стабилизатор NCP551SN50T1 в крайнем случае можно заменить менее дефицитным LP2950CZ-5.0. На плате для него предусмотрено посадочное место, обозначенное DA1'. Но в этом случае потребляемый в спящем режиме ток увеличится до 70... 100 мкА. Внешний вид собранной платы показан на рис. 3.  Рис. 3. Внешний вид частотомера. При использовании указанных на схеме элементов и высококачественного кварцевого резонатора указанные в начале статьи характеристики прибора обеспечиваются без всякой регулировки. Если имеется точный образцовый частотомер, имеет смысл, подав на вход прибора сигнал частотой 5...30 МГц и контролируя её значение по образцовому частотомеру, добиться возможно более близких показаний изготовленного прибора, регулируя их подстроечным конденсатором С7. При необходимости подборкой резистора R19 следует установить на коллекторе транзистора VT2 постоянное напряжение в пределах 2...3В. Программа микроконтроллера написана на языке ассемблера MPASM. Приложенные к статье НЕХ-файлы для загрузки в память микроконтроллера (fmeter_X16_FULLHEX для кварцевого резонатора на 16 МГц и fmeter_X4_FULL HEX для кварцевого резонатора на 4 МГц) получены трансляцией программы в среде MPLAB. Для полноценного использования всех возможностей прибора предпочтительно применять резонатор на 16 МГц. Слово конфигурации заносится в НЕХ-файл программы автоматически при её трансляции, поэтому ручная установка конфигурации не требуется. При включении прибора на индикатор после приветствия выводятся показания согласно ранее выбранному режиму. При нажатии на кнопку SB1 на индикаторе появляется название текущего режима (в большинстве случаев — немедленно, но иногда может потребоваться удерживать кнопку нажатой до 2 с). При последующих нажатиях на эту кнопку режимы и их названия на индикаторе сменяются по кругу: обычный частотомер  , низкочастотный частотомер  , измерение периода  , измерение длительности положительных импульсов  , измерение длительности отрицательных импульсов  и вновь обычный частотомер.Нажатие на кнопку SB2 во время индикации на дисплее какого-либо режима приводит к переходу прибора в исходное состояние с соответствующей сменой режима. В случае же отсутствия нажатия любой кнопки в течение времени ожидания (3...10 с) прибор переходит в исходное состояние в прежнем (до нажатия на кнопку SB1) режиме. Если после появления на индикаторе названия режима удерживать, не отпуская кнопку SB1 более 3 с, на индикаторе появится надпись  . При этом нажатие на кнопку SB2, как и отсутствие нажатий кнопок в течение времени ожидания, переводит прибор в спящий режим, выходят из которого нажатием на любую кнопку. Нажатие же в этом режиме на кнопку SB1 (разумеется, предварительно её отпустив) приводит к попеременному появлению на дисплее надписей и  . Нажав на кнопку SB2 во время вывода надписи , переходят в подменю установок. Здесь  — период индикации, с;  — продолжительность ожидания нажатия на кнопки, с;  —время до автоматического выключения, мин. Нули в этих надписях будут заменены текущими значениями соответствующих параметров, мигающими для большей заметности.Пункты этого меню последовательно переключают нажатиями на кнопку SB1, а нажатие на кнопку SB2 изменяет значение текущего параметра, которое сразу же выводится на индикатор. Выход с сохранением установленных значений параметров — по истечении времени ожидания без нажатий на кнопки. Нажатие на кнопку SB2 в исходном состоянии (в некоторых режимах нужна длительность нажатия до 2 с) приведёт к появлению на индикаторе надписи  . Отпускание кнопки немедленно после её появления — к выводу на индикатор на 8 с ранее сохранённого в энергонезависимой памяти микроконтроллера измеренного значения, мигающего для отличия от текущего измеряемого значения. Если же при появлении надписи , удерживая кнопку SB2 нажатой, нажать на кнопку SB1, текущее измеренное значение будет записано в энергонезависимую память. Это будет .подтверждено мигающей надписью  на индикаторе.Переход в спящий режим также происходит при отсутствии воздействий на кнопки в течение 8—64 мин. |
Похожие:
 |
3 Основные технические характеристики Руководство предназначено для изучения конструкции, принципа действия и правил эксплуатации весов автомобильных электронных ва скиф-М,... |
|
Техническое задание основные технические характеристики сверлильно-фрезерного... Основные технические характеристики сверлильно-фрезерного обрабатывающего центра с чпу тс-510 (2 ед.) |
 |
3. Основные технические характеристики |
|
Основные технические характеристики аппарата Техника пожарная. Аппараты искусственной вентиляции легких для оказания доврачебной помощи пострадавшим при пожарах. Общие технические... |
|
Технические характеристики Технические характеристики аттракциона могут быть изменены в сторону улучшения без предварительного оповещения |
|
Настоящий паспорт является документом, удостоверяющим гарантированные... Настоящий паспорт является документом, удостоверяющим гарантированные предприятием-изготовителем основные параметры и технические... |
|
Руководство по эксплуатации ш. 02. 00. 00 Рэ Рэ является документом, удостоверяющим гарантированные предприятием-изготовителем основные параметры и технические характеристики... |
|
Внимание Настоящее руководство по эксплуатации удостоверяет основные параметры и технические характеристики мультиметра цифрового специализированного... |
|
Технического контроля Настоящий паспорт является документом, удостоверяющим гарантированные предприятием изготовителем основные параметры и технические... |
|
Технического контроля Настоящий паспорт является документом, удостоверяющим гарантированные предприятием изготовителем основные параметры и технические... |
|
Руководство по эксплуатации ст 27. 00. 00. 000-а рэ Кроме того, рэ является документом, удостоверяющим гарантированные предприятием-изготовителем основные параметры и технические характеристики... |
|
Основные технические характеристики Машина позволяет производить вышивку на готовых изделиях и элементах кроя по всем типам материала, включая кожу |
|
Техническая часть функциональные характеристики, технические и качественные... Портативный фетальный допплер-анализатор предназначен для диагностики сердцебиения плода |
|
Техническое задание на поставку камеры испытательной коррозионной с агрессивными газами Основные технические характеристики оборудования должны соответствовать настоящему техническому заданию |
|
Руководство по эксплуатации опк. 00. 000РЭ Кроме того, рэ является документом, удостоверяющим гарантированные предприятием-изготовителем основные параметры и технические характеристики... |
|
Руководство по эксплуатации шмг1Н. 00. 00. 000 Рэ Кроме того, рэ является документом, удостоверяющим гарантированные предприятием изготовителем основные параметры и технические характеристики... |