アマチュア無線周波数カウンター。スキーム、説明

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アマチュア無線周波数計。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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読者には、AT89C52-24JC マイクロコントローラーのアマチュア周波数計の説明と XNUMX つの付属品が提供されます。これらの付属品を使用すると、パルスの周波数と持続時間を測定することに加えて、コンポーネントの静電容量とインダクタンスを測定できます。

過去数年間にわたり、シングルチップマイクロコンピュータに基づいて構築されたアマチュア無線周波数メーターの説明を専門とするいくつかの出版物が定期刊行物に掲載されてきました。このような設計の利点は明らかです。使用される超小型回路の数が減り、それに応じて寸法と消費電力が削減され、装置の組み立てと調整が簡単で、アマチュア無線の初心者でも繰り返し行うことができます。また、制御プログラムを変更するだけでサービス機能の最新化や拡張が可能となります。

周波数計はアマチュア無線の練習での使用を目的としています。これにより、以下を測定できるようになります。

信号周波数;
信号周期;
信号周波数の偏差（出発）。
パルス持続時間。

周波数計はラジオ受信機器のデジタルスケールとしても使用できます。周波数計は追加のアタッチメントを使用して、コンデンサの静電容量とチョークとコイルのインダクタンスを測定できます。

主な技術的特徴

測定周波数範囲、Hz ...... 1 ... 50 10⁶
周波数測定モードでの測定時間（最大信号周波数、MHz）、s......0,1 および 1 (50) 10(25)
周波数範囲での周期の測定、Hz ...... 1 ... 50 10⁶
周波数偏差範囲、Hz......±50 10⁶
測定パルスの持続時間、μs ...... 0,1 ... 10000
静電容量測定限界、uF ...... 10-5 ... 500
インダクタンス測定の限界、H ...... 1 10^-6... 2
入力抵抗、MΩ...... 1
入力信号レベル（実効値）、V ...... 0,25 ... 10
供給電圧、V......8...15
消費電流、mA以下..... 100
寸法、mm......80x58x15

周波数計（その図は図1に示されています）は、信号コンパレータ、動作モードスイッチ、測定サイクルシンクロナイザ、パルスカウンタ、マイクロコントローラ、キーボード、液晶インジケータ、およびパワースタビライザで構成されています。

（クリックして拡大）

入力段は、Analog Devices AD8561AR (DA1) のコンパレータに基づいて構築されています。このコンパレータの典型的な遅延は約 7 ns です。

入力信号は XP1 コネクタに到着し、保護回路 R1VD1VD2 とコンパレータ DA1 に送られます。抵抗 R4、R5 はコンパレータのヒステリシスを形成し、ゆっくりと変化する信号によるバウンスの出現を排除します。コンパレータの出力では、信号は周波数計の論理チップのレベルと一致する一対の逆位相論理レベルで表されます。

動作モードスイッチはデジタルマルチプレクサ DD2 に基づいています。スイッチは、周波数計の選択された動作モードに従って信号を切り替えます。シンクロナイザ (要素 DD1.2、DD1.3、DD4) は、測定サイクルの開始と終了の信号を生成します。パルスカウンタ (DD3) は、パルス幅を測定するときに入力信号またはフィルパルスのパルス数をカウントします。

ATMEL AT5C89-52JC のマイクロコントローラ (DD24) は、デバイスのすべての要素 (動作モードスイッチ、インジケータ、キーボード) を制御します。マイコンのクロック周波数 10MHz は水晶振動子 BQ1 によって設定されます。周波数メーターを設定および確認する場合、マイクロコントローラーのクロック周波数は、工業用周波数メーターを使用してコンデンサ C6 で正確に 10 MHz の値に調整されます。

マイクロコントローラーの水晶振動子からの信号 (BF 信号) も、パルス幅の測定に使用されます。この場合、充填パルスの繰り返し周期は１００ｎｓである。したがって、パルス持続時間の測定誤差もこの値を超えることはありません。

マイクロコントローラは、内部プログラムメモリを使用して動作します (DD35 のピン 5 は +5V バスに接続されています)。周波数メーターがオンになると、コンデンサ C5 によって伝達される電圧降下によってマイクロコントローラーが初期状態に設定されます。

キーボード (ボタン SB1、SB2) は、動作モードと周波数計のパラメータを選択するために使用されます。 SB1 ボタン (「モード」) を使用して動作モードを選択し、SB2 ボタン (「パラメータ」) を使用してモードパラメータを選択します。たとえば、SB1 ボタンを使用して「周波数測定」モードを設定し、SB2 ボタンを使用して「測定時間」パラメータの値 - 10 秒を選択します。動作モードまたはパラメータを選択してから約 1 秒後に、周波数計は自動的に測定を開始します。

1602 行の 16 文字を備えた ITM8ASR 英数字 LCD モジュールがインジケータとして使用されます。 3 行目は周波数計の動作モードとパラメータを表示し、XNUMX 行目は測定値を表示します。トリマ抵抗 RXNUMX を使用して、インジケーター画像のコントラストを調整できます。インジケーターは XSXNUMX コネクタに接続され、ボードに直接取り付けられます。追加のケーブルを介して接続されたインジケータは、ユーザーの要求に応じて別の場所に配置できます。

電源電圧安定化ユニットには、統合スタビライザー DA2 が使用されています。 XP2コネクタには外部からの電源電圧が供給されます。コンデンサ C15、C16 - 入力フィルタ。 C13、C14 - スタビライザー出力フィルター。コンデンサ C7 ～ C12 はブロッキングコンデンサであり、超小型回路の近くに取り付けられます。

周波数計はKR1533シリーズの国産超小型回路を使用しています（輸入アナログは74ALSです）。最大周波数 74 MHz の 4040NS50 マイクロ回路は、周波数測定範囲を制限するパルスカウンタとして使用されます。

入力信号の周波数を測定するモードでの周波数計の動作を検討してください。

コンパレータ (回路 F1) からの信号は、動作モードスイッチ (DD4 のピン 2) に供給されます。マイクロコントローラーは論理信号レベル A = 0 および B = 1 を設定し、START 信号 (論理 1) を発行して測定プロセスを開始します。 DD4.1 スイッチをトリガーすると、信号がスイッチの出力 (DD7 のピン 2) とパルスカウンタの入力 (DD10 のピン 3) に渡されるようになります。

マイクロコントローラーは、たとえば 1 秒続く時間間隔 (TW 信号) を生成します。この間、入力信号はコンパレータ出力から入力信号パルスカウンタに送信されます。カウンタオーバーフローパルス DD3 は、マイコンのタイマ/カウンタ 1 によってカウントされます。マイクロコントローラーが指定された間隔を維持した後、コンパレーターはその出力 (ピン 5 DAI - LATCH) をラッチし、入力信号パルスのカウントが停止します。

マイクロコントローラは論理信号レベル A = 1、B = 1 を設定し、「カウント」パルス (CP 信号) を使用してパルスカウンタ (DD3) から累積数を読み取ります。マイクロコントローラーは、次の式を使用して、選択した時間間隔 (これが信号周波数) におけるパルスカウンター内のパルスの総数を計算します。

X 1048576+ Y 4096 + Z、

ここで、Xはマイクロコントローラーのタイマー/カウンター8の上位1ビットの内容です。

Y は、マイクロコントローラのタイマー/カウンター 8 の下位 1 ビットの内容です。

Z - パルスカウンターの内容 (DD3)。

入力周波数が非常に高い場合、マイクロコントローラーのカウンター/タイマー 1 がオーバーフローする可能性があります。この場合、マイクロコントローラーは前の式で得られた結果に数値 268435456 を加算します。

正極性のパルスの持続時間を測定する例を使用して、周波数計の動作を考えてみましょう。

コンパレータの出力からの信号 (正パルスの場合は信号 F1、負パルスの場合は信号 F2) が動作モードスイッチ (DD2) に送信されます。マイクロコントローラは、信号 A-0、B-0 の論理レベルを設定します。次に、DD4.1 トリガをシングルステートに設定する信号 (WR/CM 信号) が発行されます。この後、測定の開始に対応して START 信号 (論理 1) が発行されます。マイクロコントローラーは DD4.2 トリガーが切り替わるのを待っています。トリガー DD4.1 により、充填パルスが要素 DD1.1 からスイッチの出力 (DD7 のピン 2) に渡されるようになります。

入力信号パルスの開始により、充填パルス (BF 信号) が DD10 素子とスイッチを介してパルスカウンタ (ピン 3 DD1.1) の入力に供給されます。カウンタオーバーフローパルス DD3 は、マイコンのタイマ/カウンタ 1 によってカウントされます。入力信号パルスの終了後、DD4.1 トリガはリバース状態に切り替わり、充填パルスのカウントが停止します。マイコンはEND信号に基づいて信号A=1、B=1を設定し、カウントパルス(CP信号)によりパルスカウンタ(DD3)の積算値を読み出します。測定されたパルスの持続時間は、マイクロコントローラーによって次の式を使用して計算されます。

（X 1048576 + Y 4096 + Z）x100、ここで

X-8番目のマイクロコントローラーのタイマー/カウンターの上位1ビットの内容。

Y - 最初のマイクロコントローラのタイマー/カウンターの下位 8 ビットの内容。

Z-パルスカウンタDD3の内容。

100-100nsに等しい充填パルスの繰り返し周期。

したがって、パルス持続時間を測定する場合、タイムゲートはパルスそのものになります。

負のパルスの持続時間を決定するために、マイクロコントローラーは論理信号レベル A = 1、B = 0 を設定します。

このソフトウェアは、MCS-51 ファミリのマイクロコントローラ用に C 言語で書かれています。

構造的には、周波数計は両面プリント基板 (図 2) 上に作成されており、その上にインジケーターを除くすべての要素 (図 3) が取り付けられています。

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図では、従来は穴なしで示されていた 2 つの円形パッドは、金属化されたビアホールを介して基板裏面の対応するパッドに接続されます。アマチュアの PCB 製造では、メタライゼーションは薄い導体に置き換えられます。

アマチュア無線周波数カウンター

取り外し可能なコネクタ - PLS-2、PBS-14、および DD44 を取り付けるための PLCC-5 ソケット。

周波数カウンターの設定

周波数計を組み立てた後、XNUMX回の調整操作を行う必要があります。

1. インジケーターのコントラストは、周波数メーターに電源が供給された後、同調抵抗 R8 を調整することによって調整されます。

2. マイコン水晶発振器の周波数を設定するには、周波数調整コンデンサへのアクセスが必要です。したがって、周波数計の電源をオフにした場合は、インジケーターモジュールを基板から取り外し、SB1 ボタンを押しながら周波数計の電源をオンにしてください。標準周波数計の入力と点 BF (図 3) の間の容量結合を最小限に抑え、コンデンサ C6 を調整することで、発電機の周波数は正確に 10 MHz に設定されます。

3. 入力段のコンパレータ調整は周波数計コネクタに信号を加えずに行います。装置の電源を入れた後、まず抵抗 R6 のスライダーを左端まで回し、インジケーターに「NO SIGNAL」が表示されるまでゆっくりと右に回してください。

以下は、周波数カウンタの動作モードの説明です。

デジタルスケールモード

「MODE」ボタンを使用して「DIGITAL SCALE」モードを設定します。「PARAMETER」ボタンを使用して、モードパラメータ - IF パスの周波数を選択します。この周波数は次の値から選択できます: +455 kHz; -455kHz; +465kHz; -465kHz; +500kHz; -500kHz。

デジタル値 Ff の前の記号は、周波数計が実行する動作を示します。符号が「+」の場合は周波数 Ff が測定周波数に加算され、符号が「-」の場合は減算されます。このモードでの周波数測定時間は 0,1 秒です。

動作モードでの周波数計インジケータの表示：

入力信号の周波数を測定する

「MODE」ボタンを使用して「FREQUENCY」モードを設定し、「PARAMETER」ボタンを使用してモードパラメータ - 測定時間を選択します。秒単位のパラメータには、0,1 秒、1 秒のいずれかの値を指定できます。 10秒

ボタンを放してから約 1 秒後に、周波数計は自動的に測定モードに切り替わります。新しいパラメータを選択すると、現在の測定サイクルが中断され、新しいパラメータ値で新しい測定サイクルが開始されます。周波数単位（Hz、kHz、MHz）は、入力信号の周波数に応じて自動的に決定されます。

動作モードでの周波数メーターインジケーターの表示: 最大 1 kHz の入力信号周波数の場合

最大 1 MHz の入力信号周波数で

1MHz以上の入力信号周波数で

ここと下の「>」記号は、周波数計がパルス計数モードであることを意味します。つまり、現在インジケーターに表示されている測定結果は、前の測定サイクルを参照しています。

入力信号の周期を測定する

「MODE」ボタンを使用して「SIGNAL PERIOD」モードを選択します。このモードに設定するパラメータはありません。ボタンを放してから約 1 秒後に、周波数計は自動的に測定モードに切り替わります。

入力信号の周期 T は周波数 F の逆数です。したがって、周波数計はまず入力信号の周波数を測定時間 1 秒で測定し、計算後に表示器に表示します。

動作モードでの周波数計インジケータの表示：

周波数偏差測定

「MODE」ボタンを使用して「DEVIATION」モードを選択します。このモードに設定するパラメータはありません。ボタンを放してから約 1 秒後に、周波数計は自動的に測定モードに切り替わります。

偏差（またはドリフト）は、このモードでの測定開始時の電流と周波数の差として定義されます。この場合、周波数ドリフト (偏差) は正または負のいずれかになります。したがって、偏差値はインジケーターに記号で表示されます。新しい周波数ドリフト追跡を開始するには、「パラメータ」ボタンをクリックする必要があります。

動作モードでの周波数計インジケータの表示：

正極性のパルス持続時間の測定

「MODE」ボタンを使用して「PULSE」モードを選択します。「PARAMETER」ボタンを使用して、モードパラメータ - パルス極性を選択します。正のパルスの場合、その持続時間は「P」で示され、パルス間の間隔は「0」で示されます。ボタンを放してから約 1 秒後に、周波数計は自動的に測定モードに切り替わります。

動作モードでの周波数計インジケータの表示：

静電容量の測定

周期を測定する周波数計を付属している場合は、10 pF から数百 μF までの任意のコンデンサの静電容量を測定できます。その図を図に示します。 4.

アマチュア無線周波数カウンター

オペアンプ DA1 に組み込まれたマルチバイブレータは、静電容量 Cx に比例した周期のパルスを生成します。これは次の式で説明されます。

Тх= 2CхRэ-lп[(R4+R4')/(R4-R4')].

ここで、R4' の値は、エンジンと回路の下部端子の間のトリミング抵抗の部分の抵抗に対応します。 ln[(R4+R4')/(R4-R4')] - 4 になるように抵抗 R0,5 スライダが取り付けられている場合、Tx = CхRe、Re = 1 MΩ での容量値 10 pF は、生成されるパルスの周期は 10 μs に等しく、Re = 10 kOhm の場合、1 μF の値は 10000 μs の持続時間に相当します。

アタッチメントには基準コンデンサ Se (3000 ～ 10000 pF) が含まれており、アタッチメントを校正したり、10 pF 未満の静電容量を測定したりすることができます。誤差が 0,5 ～ 1% 以内になるようにリファレンスコンデンサの精度を選択することをお勧めします。

セットトップボックスの校正は、トリミング抵抗 R2 (10 kOhm) を使用して周波数メーターの基準コンデンサの値を設定することで構成されます。周波数メーターの Te は 1 μs (Fe = 1 MHz) である必要があります。

干渉により、下位ビットの値が周期的に変化する可能性があります。しかし、ほとんどの場合、静電容量測定の精度は非常に満足のいくものです。

容量を測定するには、「MODE」ボタンを使用して「CAPACITY」モードを選択します。このモードにはパラメータはありません。

ボタンを放してから約 1 秒後に、周波数計は自動的に測定モードに切り替わります。

動作モードでの周波数計インジケータの表示：

インダクタンスの測定

アタッチメント（図5にその図を示します）をお持ちの場合は、1 μH...2 Hの範囲でインダクタンスを測定できます。

アマチュア無線周波数カウンター

測定原理は、付属品の発電機の発振回路のインダクタンスおよびキャパシタンスと高調波振動の周期の比に基づいています。

T2 = LC/25330、T は秒単位、L は µH 単位、C は pF 単位です。

したがって、25330 pF に等しい回路容量を使用する場合、インダクタンスの数値は次の比率から計算されます。

L \u2d T1 \u2d XNUMX / FXNUMX、ここで F は発振周波数です。

アタッチメント付きの周波数計でインダクタンスを測定するには、「MODE」ボタンを使用して「INDUCTIBILITY」モードを選択します。ボタンを放してから約 1 秒後に、周波数計は自動的に測定モードに切り替わります。読み取り値の数値は、μH 単位のインダクタンスに対応します。

動作モードでの周波数計インジケータの表示：

アタッチメントは測定発生器 (VT1 ～ VT5) で構成され、その周波数はコンデンサ C1、C2 の静電容量 (合計容量約 25330 pF) とコイルの入力端子に接続されたインダクタンスによって決まります。 TTLレベルの信号を生成するには、シュミットトリガ(VT6、VT7)を使用します。発振の振幅は、トランジスタ VT1 のエミッタフォロワを介して発電機に接続されたダイオード VD2、VD4 およびトランジスタ VT5、VT3 の回路によって安定化されます。

静電容量 C1、C2 の指定値と測定されたインダクタンスが 1 μH に等しい場合、生成周波数は 1 MHz になります。インダクタンスは2H～700Hzです。このような範囲、特に高周波範囲をカバーするには、ベース電流伝達係数が少なくとも 1 のトランジスタ VT2、VT150 を選択する必要があります。コンデンサ C1、C2 - K73-17 または小さな TKE の類似品。合計で、それらの容量は指定された容量と 1 ～ 2% を超えて異なってはなりません。

測定範囲の幅は、VT5 トランジスタ、つまりそのベース電流伝達係数にも影響されます。ゲインが 311 ～ 30 の GT50 トランジスタを使用すると、最良の結果が得られました。

指定された要件が満たされている場合、プレフィックスは通常、構成を必要としません。

マイクロコントローラ用のソフトウェア

マイクロコントローラ用アダプタAT89C52-24JC

著者: S. Zorin、N. Koroleva、イジェフスク

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