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無線電子工学および電気工学の百科事典 多機能周波数計。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
提案されたデバイスは、信号の周波数の通常の測定に加えて、その周期、および正および負のパルスの持続時間を測定することができます。さらに、1 kHz 未満の信号の周波数はその周期の逆数として計算され、1000 μs 未満の信号の繰り返し周期はその周波数の逆数として計算されます。これにより、測定精度が向上します。 昔、私は当時非常に人気があったデニソフ周波数計 [1] というかそのバージョン [2] を PIC16F628A マイクロコントローラーと ALS318 LED インジケーターで組み立てました。何年も経ってから、彼は再び私の目に留まりました。このデバイスは周波数を適切に測定しますが、あまりにも原始的であり、測定値が常にちらつきます。同じ基準に基づいて (マイクロコントローラーの XNUMX つのピン、入力回路、電源回路の接続を変更することにより)、プロトタイプの欠点を解消し、新しい機能とモードを追加したデバイスを作成することが決定されました。 以下で説明するデバイスには次の機能があります。 1 秒以内のパルス数をカウントすることによる「通常の」周波数測定。低周波信号の周波数をその周期の逆数として測定する。信号の周期を測定する。高周波信号の周期はその周波数の逆数として計算される。正極性と負極性の両方のパルス持続時間を測定します。 各モードで 1 つの測定値をマイクロコントローラーの不揮発性メモリに保存し、必要に応じて表示することもできます。デバイスの設定をすばやく変更し、一定時間外部の影響がない場合に自動的に電源をオフにすることができます。 主な技術的特徴
周波数計の図を図に示します。 1. PIC16F628A (DD1) マイクロコントローラは、出力 RA3、RB0 ～ RB2、RB4 ～ RB7 で生成された信号を使用して、制限抵抗 R10 ～ R17 を介してインジケータ要素 HG1 および HG2 のアノードを制御します。これらの信号は 3641 つの 11 桁として使用されます。各カテゴリーの素子のカソードを共通にした74素子LEDインジケーターFYQ-138AHR-2。インジケータ ビットのカソードを制御する信号は 2HC1N (DD2) デコーダの出力から来ており、その入力は出力モードで動作するマイクロコントローラの RAO-RA1 ラインから信号を受け取ります。同じ行を使用して、入力モードで動作するプログラムは、コントロール ボタン SB4 と SBXNUMX のステータスをチェックします。抵抗 RXNUMX ～ RXNUMX は、ボタンを押したり放したりしたときに入力に必要な電位を設定します。
マイクロコントローラーは内部発振器からクロック供給され、その周波数は外部水晶共振器 ZQ16 によって設定される 1 MHz です。 MCLR ピンは使用されず、故障を避けるためにマイクロコントローラーの正の電源電圧に接続されます。 プログラムでは、TMR2 タイマからの 2ms 周期の割り込み要求の処理手順の中で、動的表示に関する動作を行っています。したがって、1 桁のインジケータの情報は 8/(0,002x62,5) = XNUMX Hz の頻度で更新されます。これにより、デバイスのすべての動作モードでインジケーターが気づかれないように点滅します。 入力増幅器からの信号は、結合ライン RA4 と RB3 (それぞれ、代替機能 T3CKI と CCP9 を持つマイクロコントローラーのピン 0 と 1) に供給されます。従来の周波数計のモードでは、T0CKI はパルス カウンタ入力であり、入出力モードで動作する RB3 ラインは、カウンタ入力のプログラムによる開閉とその後の「追加カウント」に使用されます。 期間と継続時間を測定する場合、両方のラインが入力 T0CKI および CCP1 として機能します。この場合、信号低下の瞬間の TMR1 レジスタの状態を捕捉し、これらの瞬間の間の時間間隔を計算するアルゴリズムが使用され、TMR0 レジスタの内容を分析することで結果の正確さを監視します。 この考え方は、測定された信号がマイクロコントローラーのカウント入力とタイマー キャプチャ入力を組み合わせたものに供給されるというものです。これにより、マイコンの性能不足により TMR0 タイマキャプチャユニットが必要なドロップを見逃したかどうかを、タイマ TMR1 でカウントしたドロップ数から判断できます。 トランジスタ VT1 および VT2 の入力増幅器は、よく知られ十分に実績のある回路に従って組み立てられます。コンデンサ C1 と C9 の静電容量が比較的大きいのは、通過帯域の下限を 1 Hz 以下にする必要があるためです (この目的のために、抵抗 R20 が使用され、トランジスタ VT2 の段の入力抵抗が増加します)。 。要素 C8、C10、C11、L1 は、最大測定周波数付近の信号に対するシェーパー アンプの伝達係数を増加させます。抵抗 R5 とダイオード VD1、VD2 は、トランジスタ VT1 を入力信号による破壊から保護します。 シェイパー アンプは大量の電流 (約 5 mA) を消費するため、デバイスのスリープ モードで電力を節約するには、p 型チャネルを持つ VT3 電界効果トランジスタのスイッチを使用してシェイパー アンプをアンプから切断する必要がありました。空きピンが不足しているため、マイクロコントローラーは出力 RA2 からの信号でこのキーを制御します。この信号はデコーダー DD2 の制御にも使用されます。動作モードでは、このピンの信号は 125 Hz の繰り返し周波数を持つ方形パルスです。この信号の論理レベルがローの場合、コンデンサ C13 は回路 VD3R23 を介して充電され、トランジスタ VT3 はソースに対して負のゲート電圧で開きます。高信号レベルでは、ダイオード VD3 は、抵抗 R23 の比較的小さな抵抗を介してコンデンサが放電するのを防ぎます。 C13R24 回路の時定数は、125 Hz の周波数の干渉が入力アンプフォーマーに侵入するのを防ぐのに十分な大きさに選択されます。 スリープ モードでは、マイクロコントローラーは RA2 出力を一定の高論理レベルに設定します。コンデンサ C13 は抵抗 R24 を通じて放電され、約 3 ～ 5 秒後にトランジスタ VT3 が閉じ、ドライバアンプを電源から完全に切断します。その結果、スリープ モードでデバイスが消費する電流は 10 μA を超えず、必要に応じて機械的な電源スイッチを不要にすることができます。 スリープ モードのマイクロコントローラのライン RA0 と RA1 は入力として設定され、抵抗 R1 のおかげで SB2 と SB1 ボタンが放されると、それらのライン (およびデコーダの入力 2 と 1) に高論理電圧レベルが設定されます。そしてR3。ハイレベルはデコーダの入力 4 でも動作します。この入力レベルの組み合わせは、出力 7 のロー レベルに対応し、出力 21 は抵抗 R7 を介してマイクロコントローラのライン RBXNUMX に供給され、この場合は入力として使用されます。 いずれかのボタンを押すと、デコーダ入力のコードが変化するため、その出力 7 でロー レベルがハイ レベルに置き換えられ、抵抗 R21 を介してマイクロコントローラの RB7 入力に送信されます。スリープ モードでは、この入力のレベルを変更するための割り込みが有効になるため、いずれかのボタンを押すと、マイクロコントローラーはアクティブ モードに戻ります。 このデバイスは、統合電圧安定器 NCP5SN551 (DA50) からの 1 V の電圧によって電力を供給されます。この超小型回路は、入力電圧と出力電圧間の許容差が小さいことと、固有の消費電流が極めて低いこと (標準値 - 4 μA) を特徴としています。代わりに従来の 78L05 スタビライザーを使用することも可能ですが、スタビライザーの内部消費電流が約 3 mA と大きいため、スリープ モードの意味が無効になります。デバイスのすべての部品は、片面がグラスファイバー フォイルで作られた 63x65 mm のプリント基板上に配置されています。プリント基板の導体の図を図に示します。 2. 両側の部品の位置は図に示されています。 3. ボードの寸法は、あらかじめプラスチック製のスタンドを切り取った状態で、DT-830 マルチメータのケースに簡単に配置できるように選択されています。同時に、Krona バッテリーから XNUMX ～ XNUMX 個のガルバニックまたは AAA バッテリーセルまで、さまざまなバッテリーオプションを収容するのに十分なスペースがあります。ボタン、入力コネクタ、電圧供給用のネジブロックなどのすべての部品が基板上にコンパクトに配置されているため、筐体なしでもデバイスを使用できます。インジケーターはボードの下部にあることに注意してください。この配置はやや珍しいですが、インジケーターの視野角が大きくなります。
FYQ-3641AHR-11 インジケーターは、共通カソードを備えた他のインジケーター (CPD-03641 など) と置き換えることができます。 74HC138N デコーダの代わりに 74AC138N を取り付ける場合は、必要に応じて、抵抗 R10 ～ R17 の抵抗を 390 オームに下げることで、電流を最大 XNUMX 倍に増やし、インジケータの明るさを増やすことができます。ただし、動作モードでデバイスが消費する電流は比例して増加します。私の意見では、インジケーターの明るさは、図に示されているこれらの抵抗値でも十分です。 水晶共振子は、16 MHz の周波数だけでなく 4 MHz でも使用できますが、この場合、測定される最小パルス持続時間は XNUMX 倍に増加します。共振器周波数の両方の指定値に対するマイコンプログラムのオプションが記事に添付されています。 ボタン SB1 と SB2 はタクト角形です。 BF998 トランジスタの代わりに BF998R を使用することもできます。違いはピンの相互ミラー配置のみです。したがって、BF988R トランジスタは基板上に上下逆に実装する必要があります。 KT368A トランジスタは、カットオフ周波数が少なくとも 300 MHz の同様の低電力 npn トランジスタで置き換えることができます。ダイオード 1N4148 は、国内シリーズ KD521、KD522 と置き換えることができます。 XW1の入力端子は電源コネクタのブロック部分を使用しており、プラグ径5,5mmに対応しています。長さ 50 cm のシールド線がプラグにはんだ付けされ、その反対側の端でプローブが中央のワイヤにはんだ付けされ、ワニ口クリップがその編組にはんだ付けされます。 寸法を小さくするために、コンデンサと抵抗器は主に標準サイズ 0805 の表面実装に使用されます。コンデンサ C13 はタンタルです。プリント導体上の不要な短絡を避けるために、紙粘着テープのストリップが表面実装要素の下を通過する場所に事前に接着されています。出力抵抗は、プリント導体の配線を容易にするという観点から有益な場合に使用されます。最初に表面実装要素を基板に取り付ける必要があり、次にジャンパー ワイヤ、最後にリード ワイヤ要素を取り付ける必要があります。 極端な場合には、NCP551SN50T1 スタビライザーを希少性の低い LP2950CZ-5.0 に置き換えることもできます。ボード上には DA1 と呼ばれるスロットがありますが、この場合、スリープ モードでの消費電流は 70 ～ 100 µA に増加します。 組み立てた基板の外観を図4に示します。 四。
図に示されている要素と高品質の水晶振動子を使用すると、調整なしで記事の冒頭に示されたデバイスの特性が保証されます。正確な標準周波数メーターをお持ちの場合は、5 ～ 30 MHz の周波数の信号をデバイスの入力に加え、標準周波数メーターを使用してその値を制御し、測定値から可能な限り近い読み取り値を得ることが理にかなっています。トリミングコンデンサC7で調整してデバイスを製造します。必要に応じて、抵抗 R19 を選択して、トランジスタ VT2 のコレクタに 2 ～ 3 V 以内の定電圧を設定します。 マイクロコントローラプログラムはMPASMアセンブリ言語で書かれています。マイクロコントローラーのメモリにロードするために記事に添付されている HEX ファイル (16 MHz 水晶共振器の場合は fmeter_X16_FULL.HEX、4 MHz 水晶共振器の場合は fmeter_X4_FULL.HEX) は、MPLAB 環境でプログラムをブロードキャストすることによって取得されました。デバイスのすべての機能を最大限に活用するには、16 MHz の共振器を使用することが望ましいです。設定ワードは、翻訳時にプログラムの HEX ファイルに自動的に入力されるため、設定を手動でインストールする必要はありません。 デバイスの電源を入れると、挨拶の後、以前に選択したモードに従ってインジケーターに測定値が表示されます。 SB1 ボタンを押すと、現在のモードの名前がインジケーターに表示されます (ほとんどの場合はすぐに表示されますが、ボタンを最大 2 秒間押し続ける必要がある場合もあります)。続けてこのボタンを押すと、インジケーター上のモードとその名前が円を描くように変化します。通常の周波数メーターです。 ディスプレイにいずれかのモードが表示されているときに SB2 ボタンを押すと、デバイスは初期状態に戻り、対応するモードが変更されます。待機時間 (3 ～ 10 秒) の間にどのボタンも押されなかった場合、デバイスは前の (SB1 ボタンを押す前) モードの初期状態に戻ります。 インジケーターにモード名が表示された後、SB1ボタンを3秒以上押し続けると、インジケーターにモード名が表示されます。 テキスト表示中にSB2ボタンを押すと このメニューはSB1ボタンを押すことで項目が順次切り替わり、SB2ボタンを押すと現在のパラメータの値が変化し、即座にインジケーターに表示されます。ボタンを押さずに待機時間が経過したら、設定したパラメータ値を保存して終了します。 初期状態でSB2ボタンを押すと（一部のモードでは2秒まで押す必要があります）、インジケーターに文字が表示されます。 スリープ モードへの移行は、8 ～ 64 分間ボタン操作がなかった場合にも行われます。 従来の周波数カウンタ このモードでのデバイスの動作は、TMR0 マイクロコントローラー タイマーによる特定の時間間隔にわたる測定信号のパルスのカウントに基づいています。この間隔（1s）は、3ms 周期で呼び出される TMR2 タイマ割り込み処理手順でカウントされます。動的表示も同様の手順で行います。 測定信号の周波数が 10 MHz 未満の場合、符号が表示されます。 低周波カウンター 低周波周波数計モードでは、1000 Hz までの周波数を測定する場合、信号の周期を実測し、周波数をその逆数として 1000 分の 900 ヘルツ単位で表示します（周波数の XNUMX 桁目にカンマが含まれます）。インジケーターは右から）。周波数が XNUMX Hz を超える場合は、通常の方法で測定されます。逆スイッチングは XNUMX Hz の周波数で発生します。このモードでは、短い測定時間で指示計の小数点以下 XNUMX 桁以上の周波数値を取得できます。 政権の兆候 - 兆候 周期測定 このモードでは、測定信号の周期が 1000 μs を超える場合、内部発振器からの 1 MHz の周波数のパルスをカウントすることによってクロック制御されるマイクロコントローラー タイマー TMR1 で直接測定が行われます。信号の周期が小さい場合、その周波数が測定され、周期がその逆数値として計算されます。結果は常にマイクロ秒単位で表示され、後者の場合は小数点以下 XNUMX 桁で表示されます。 モード記号 - 記号 パルス幅測定 正パルスと負パルスの場合、このモードは、最初の場合は信号の立ち上がりから立ち下がりエッジまでの時間を測定し、1番目の場合は立ち下がりから立ち上がりエッジまでの時間を測定するという点でのみ異なります。測定は、0,25 μs の周期のパルスによって内部発生器からクロックされるマイクロコントローラー タイマー TMR3 によって滴間の時間間隔を直接カウントすることによって行われます。これにより、XNUMX μs 以上の持続時間を確実に測定できます。 測定されたパルスが指定された値より短い場合、タイマー キャプチャ モジュールは、1 つのパルス中に制限されている両方のエッジをキャプチャする時間がない場合があり、次のパルスの最後のエッジをキャプチャします (またはいくつかのパルスが欠落することによって)。パルスの持続時間と繰り返し周期の測定結果を比較することで、プログラムはそのような状況を特定し、測定された持続時間から繰り返し周期の値を減算します。この場合の結果は当然信頼性が低くなります。数パルス繰り返し周期を超える持続時間を受信すると、過剰な信号周波数メッセージが表示されます。 32768 μs 未満のパルス持続時間は 0,25 μs の分解能で表示され、それより長いパルス持続時間は 1 μs で表示されます。 政権の兆候 - 兆候 デバイスの入力部分の非対称性、およびマイクロコントローラーの入力 RB3/CCP1 (ピン 9) でのシュミット トリガーの存在により、フラット パルスの持続時間の測定に大きな誤差が生じることに注意してください。滴る。この誤差は、信号振幅が増加するにつれて減少します。どのモードでも振幅が 0,1 V 未満の信号を測定しようとすると、読み取り値が不正確になる可能性があります。ただし、これは他の同様のデバイスにも当てはまります。既知の安定した入力信号の場合、読み取り値の大きな変動は、その振幅が不十分であることを間接的に示している可能性があります。 入力信号のパラメータによって測定の実行が許可されていない場合、デバイスのインジケーターに次のメッセージが表示されます。 文学
マイクロコントローラ プログラムは、ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/05/fmeter.zip からダウンロードできます。 著者: B. バラエフ
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、低周波周波数計 
、周期測定 
、正のパルスの持続時間を測定します 
、負のパルスの持続時間を測定 
そして再び通常の周波数メーター。
。この場合、待機中にボタンを押さなかった場合と同様に、SB2 ボタンを押すとデバイスはスリープ モードになり、いずれかのボタンを押すとスリープ モードから解除できます。このモードで SB1 ボタンを押すと (もちろん、最初にボタンを放した後)、ディスプレイ上の碑文が交互に表示されます。 
.
- 表示期間、s; 
- ボタンが押されるまでの待機時間、s; 
- 自動シャットダウンまでの時間、分。これらのラベルのゼロは、対応するパラメータの現在の値に置き換えられ、見やすくするために点滅します。
。ボタンが表示されたらすぐにボタンを放すと、マイクロコントローラーの不揮発性メモリに以前に保存されていた測定値がインジケーターに 8 秒間表示され、現在の測定値とは異なるように点滅します。もし、碑文が現れたとき 
インジケーターに。
インジケーターの最上位桁に表示されます。
インジケーターの最上位 2 桁に表示されます。高い周波数の値では、測定結果のゼロ以外の上位ビットによって交互に消去されます。
最上位桁 (期間の直接測定による) または符号 
最上位 2 桁 (周波数を通じて周期を測定する場合)。他のモードと同様に、これらの符号は結果のゼロ以外の上位ビットによって上書きされます。
(正パルスの持続時間を測定) または 
(負のパルスの持続時間の測定) インジケーターの最上位 2 桁に表示されます。パルス繰り返し期間の長さに合わせて調整された結果が得られた場合、符号は 
点滅します。
- 周波数が高すぎる、 
- 期間が長すぎる、 
- 信号がありません。
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