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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Contador de frequência de rádio amador. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Os leitores recebem uma descrição de um medidor de frequência amador no microcontrolador AT89C52-24JC e dois acessórios, com os quais, além de medir a frequência e a duração do pulso, você pode medir a capacitância e a indutância dos componentes. Nos últimos anos, várias publicações surgiram na literatura periódica dedicada à descrição de medidores de radiofrequência amadores construídos com base em microcomputadores de chip único. As vantagens de tais projetos são óbvias: o número de microcircuitos utilizados é reduzido e, consequentemente, as dimensões e o consumo de energia são reduzidos, a facilidade de montagem e ajuste do dispositivo, que está disponível para repetição até mesmo por radioamadores iniciantes. Além disso, torna-se possível modernizar e aumentar as funções de serviço apenas alterando o programa de controle. O medidor de frequência é projetado para uso na prática de rádio amador. Permite medir:
O frequencímetro também pode ser usado como balança digital para receptores de rádio. Com a ajuda de acessórios adicionais, o medidor de frequência pode medir a capacitância de capacitores e a indutância de indutores e bobinas. Principais características técnicas
O medidor de frequência (seu diagrama é mostrado na Fig. 1) consiste em um comparador de sinal, uma chave de modo operacional, um sincronizador de ciclo de medição, um contador de pulso, um microcontrolador, um teclado, um indicador de cristal líquido e um estabilizador de energia.
O estágio de entrada é baseado em um comparador Analog Devices AD8561AR (DA1). Este comparador tem um atraso típico de cerca de 7 ns. O sinal de entrada é alimentado ao conector XP1 e ao circuito de proteção R1VD1VD2 e ao comparador DA1. Os resistores R4, R5 formam a histerese do comparador para eliminar a aparência de vibração com sinais que mudam lentamente. Na saída do comparador, o sinal é representado por um par de níveis lógicos antifase, consistentes com os níveis dos circuitos lógicos do frequencímetro. A troca do modo de operação é feita em um multiplexador digital DD2. O interruptor muda os sinais de acordo com o modo de operação selecionado do medidor de frequência. O sincronizador (elementos DD1.2, DD1.3, DD4) gera sinais para o início e fim do ciclo de medição. O contador de pulsos (DD3) conta o número de pulsos no sinal de entrada ou pulsos de serviço ao medir a largura do pulso. O microcontrolador (DD5) da ATMEL AT89C52-24JC gerencia todos os elementos do dispositivo: chave de modo de operação, indicador, teclado. A frequência de clock de 10 MHz para o microcontrolador é definida pelo ressonador de quartzo BQ1. Ao configurar e verificar o medidor de frequência, a frequência do relógio do microcontrolador é ajustada pelo capacitor C6 para um valor de exatamente 10 MHz usando um medidor de frequência industrial. O sinal do ressonador de quartzo do microcontrolador (sinal BF) também é usado para medir a duração do pulso. Neste caso, o período de repetição dos pulsos de enchimento é de 100 ns. Assim, o erro de medição da duração do pulso também não ultrapassa esse valor. O microcontrolador opera usando a memória de programa interna (o pino 35 DD5 está conectado ao barramento +5V). Quando o frequencímetro é ligado, o microcontrolador é redefinido para seu estado inicial por uma queda de tensão transmitida pelo capacitor C5. O teclado (botões SB1, SB2) é usado para selecionar os modos de operação e parâmetros do medidor de frequência. O botão SB1 ("Modo") seleciona o modo de operação, o botão SB2 ("Parâmetro") seleciona o parâmetro de modo. Por exemplo, usando o botão SB1, defina o modo "Medição de frequência" e, usando o botão SB2, selecione o valor do parâmetro "Tempo de medição" - 10 s. Aproximadamente 1 s após a seleção do modo de operação ou parâmetro, o frequencímetro muda automaticamente para a medição. Um módulo LCD alfanumérico ITM1602ASR com duas linhas de 16 caracteres é usado como indicador. A primeira linha mostra o modo de operação e os parâmetros do medidor de frequência e a segunda linha mostra o valor medido. O resistor trimmer R8 pode ser usado para ajustar o contraste da imagem do indicador. O indicador é conectado ao conector XS3 e instalado diretamente na placa. O indicador conectado por meio de um cabo adicional pode ser colocado em um local diferente a pedido do usuário. Um estabilizador integral DA2 é usado na unidade de estabilização da tensão de alimentação. A tensão de alimentação de uma fonte externa é fornecida ao conector XP2. Capacitores C15, C16 - filtro de entrada; C13, C14 - filtro de saída do estabilizador. Capacitores C7 - C12 - bloqueio, são instalados próximos aos microcircuitos. O medidor de frequência usa microcircuitos domésticos da série KR1533 (analógico de importação - 74ALS). O chip 74NS4040 com frequência máxima de 50 MHz é usado como contador de pulsos, o que limita a faixa de medição de frequência. Considere a operação do medidor de frequência no modo de medição da frequência do sinal de entrada. O sinal do comparador (circuito F1) é enviado para a chave de modo de operação (pino 4 DD2). O microcontrolador define os níveis lógicos dos sinais A = 0 e B = 1, e então emite um sinal de START (log. 1), que inicia o processo de medição. Aciona as chaves DD4.1 e permite que o sinal passe para a saída da chave (pino 7 DD2) e a entrada do contador de pulsos (pino 10 DD3). O microcontrolador gera um intervalo de tempo, por exemplo, com duração de 1 s (sinal TW). Durante este tempo, o sinal de entrada da saída do comparador para o contador de pulsos de entrada é permitido. Os pulsos de estouro do contador DD3 são contados pelo temporizador/contador 1 do microcontrolador. Depois que o microcontrolador espera por um determinado intervalo, o comparador trava sua saída (pino 5 DAI - LATCH) e a contagem de pulsos do sinal de entrada para. O microcontrolador define os níveis lógicos dos sinais A = 1, B = 1 e lê o número acumulado do contador de pulsos (DD3) usando "contagem" de pulsos (sinal CP). O microcontrolador calcula o número total de pulsos no contador de pulsos para o intervalo de tempo selecionado (e esta é a frequência do sinal) usando a fórmula X 1048576+ Y 4096 + Z, onde X é o conteúdo dos 8 bits superiores do temporizador/contador 1 do microcontrolador; Y é o conteúdo dos 8 bits inferiores do temporizador/contador 1 do microcontrolador; Z - o conteúdo do contador de pulsos (DD3). Se a frequência de entrada for muito alta, o contador/temporizador 1 do microcontrolador pode estourar. Nesse caso, o microcontrolador soma o número 268435456 ao resultado obtido pela fórmula anterior. Considere a operação de um medidor de frequência usando o exemplo de medição da duração de um pulso de polaridade positiva. Os sinais de saída do comparador (sinal F1 para um pulso positivo ou sinal F2 para um pulso negativo) são enviados para a chave de modo operacional (DD2). O microcontrolador define os níveis lógicos dos sinais A - 0, B - 0. Em seguida, é emitido um sinal para definir o gatilho DD4.1 para um único estado (sinal WR / CM). Em seguida, é emitido o sinal START (log. 1) correspondente ao início da medição. O microcontrolador está aguardando a troca do gatilho DD4.2. O gatilho DD4.1 permite que os pulsos de enchimento passem do elemento DD1.1 para a saída da chave (pino 7 DD2). Com o início do pulso do sinal de entrada, os pulsos de enchimento (sinal BF) são alimentados na entrada do contador de pulsos (pino 10 DD3) através do elemento DD1.1 e da chave. Os pulsos de estouro do contador DD3 são contados pelo temporizador/contador 1 do microcontrolador. Após o fim do pulso do sinal de entrada, o gatilho DD4.1 muda para o estado oposto e a contagem dos pulsos de enchimento para. No sinal END, o microcontrolador define os sinais A = 1, B = 1 e lê o valor acumulado do contador de pulsos (DD3) usando a contagem de pulsos (sinal CP). O microcontrolador calcula a duração do pulso medido pela fórmula (X 1048576 + Y 4096 + Z)x100, onde X - conteúdo dos 8 bits seniores do temporizador/contador do 1º microcontrolador; Y - conteúdo dos 8 bits inferiores do temporizador/contador do 1º microcontrolador; Z - o conteúdo do contador de pulsos DD3; 100 - o período de repetição dos pulsos de enchimento, igual a 100 ns. Assim, ao medir a duração do pulso, o intervalo de tempo é o próprio pulso. Para determinar a duração do pulso negativo, o microcontrolador definirá os níveis lógicos dos sinais A = 1, B = 0. O software é escrito em linguagem "C" para microcontroladores da família MCS-51. Estruturalmente, o frequencímetro é feito em uma placa de circuito impresso de dupla face (Fig. 2), na qual todos os elementos são montados (Fig. 3), com exceção do indicador.
Na fig. 2 pads redondos, mostrados condicionalmente sem furos, são conectados aos pads correspondentes no verso da placa por meio de vias metalizadas. Na fabricação amadora de uma placa de circuito impresso, a metalização é substituída por condutores finos.
Conectores destacáveis - PLS-2, PBS-14, bem como um soquete PLCC-44 para instalação de DD5. Configurando o contador de frequência Após a montagem do frequencímetro, é necessário realizar três operações de ajuste. 1. O contraste do indicador é ajustado após o fornecimento de energia ao medidor de frequência, ajustando o resistor de ajuste R8. 2. Para definir a frequência do oscilador de cristal do microcontrolador, é necessário acessar o capacitor de ajuste de frequência. Portanto, quando o frequencímetro é desligado, o módulo indicador é removido da placa e então, mantendo o botão SB1 pressionado, o frequencímetro é ligado. Com um acoplamento capacitivo mínimo da entrada do frequencímetro exemplar com o ponto BF (Fig. 3), ajustando o capacitor C6, a frequência do gerador é ajustada para exatamente 10 MHz. 3. A configuração do comparador no estágio de entrada é realizada sem aplicar um sinal ao conector do frequencímetro. Depois de ligar o dispositivo, você deve primeiro girar o controle deslizante do resistor R6 para a posição extrema esquerda e, em seguida, girar lentamente o controle deslizante para a direita até que a mensagem "SEM SINAL" apareça no indicador. Abaixo está uma descrição dos modos de operação do contador de frequência. Modo de balança digital O botão "MODE" define o modo "DIGITAL SCALE". O botão "PARAMETER" seleciona o parâmetro de modo - a frequência do caminho IF. Esta frequência pode ser selecionada entre os seguintes valores: +455 kHz; -455 kHz; +465 kHz; -465 kHz; +500 kHz; -500 kHz. O sinal antes do valor digital Ff indica a operação que o frequencímetro realiza. Se o sinal for “+”, então a frequência Ff é adicionada à frequência medida, se o sinal for “-”, então é subtraído. O tempo de medição de frequência neste modo é de 0,1 s. Vista do indicador do medidor de frequência no modo de operação: Medindo a frequência do sinal de entrada O botão "MODE" define o modo "FREQUENCY" e o botão "PARAMETER" seleciona o parâmetro de modo - o tempo de medição. O parâmetro em segundos pode assumir um dos seguintes valores: 0,1 s, 1 s; 10 seg. Aproximadamente 1 s após soltar o botão, o frequencímetro mudará automaticamente para o modo de medição. A seleção de um novo parâmetro interrompe o ciclo de medição atual e inicia um novo com o novo valor do parâmetro. As unidades de frequência (Hz, kHz, MHz) são determinadas automaticamente, dependendo da frequência do sinal de entrada. Visualização do indicador do medidor de frequência no modo de operação: com uma frequência de sinal de entrada de até 1 kHz na frequência do sinal de entrada até 1 MHz a uma frequência de sinal de entrada igual ou superior a 1 MHz, O símbolo ">" aqui e abaixo significa que o frequencímetro está no modo de contagem de pulsos. Ou seja, o resultado da medição, que está presente no indicador, refere-se ao ciclo de medição anterior. Medindo o período do sinal de entrada Use o botão "MODE" para selecionar o modo "SIGNAL PERIOD". Não há parâmetros para este modo. Aproximadamente 1 s após soltar o botão, o frequencímetro mudará automaticamente para o modo de medição. O período T do sinal de entrada é o recíproco de sua frequência F. Portanto, o medidor de frequência primeiro mede a frequência do sinal de entrada em um tempo de medição de 1 s e, após os cálculos, exibe o resultado no indicador. Vista do indicador do medidor de frequência no modo de operação: Medição de desvio de frequência Use o botão "MODE" para selecionar o modo "DEVIATION". Não há parâmetros para este modo. Aproximadamente 1 s após soltar o botão, o frequencímetro mudará automaticamente para o modo de medição. O desvio (ou partida) é definido como a diferença entre a frequência atual e a frequência que estava no início da medição neste modo. Nesse caso, o desvio (desvio) da frequência pode ser tanto positivo quanto negativo. Portanto, o valor do desvio é exibido no indicador com um sinal. Para iniciar um novo rastreamento de drift, você precisa pressionar o botão "PARAMETER". Vista do indicador do medidor de frequência no modo de operação: Medindo a duração do pulso de polaridade positiva Use o botão "MODE" para selecionar o modo "IMPULSION". Use o botão "PARAMETER" para selecionar o parâmetro de modo - polaridade do pulso. Para um pulso positivo, sua duração é indicada por "P" e o intervalo entre pulsos é indicado por "0". Aproximadamente 1 s após soltar o botão, o frequencímetro mudará automaticamente para o modo de medição. Vista do indicador do medidor de frequência no modo de operação: Medição de capacitância Se você tiver um acessório para o medidor de frequência que mede o período, poderá medir a capacitância de qualquer capacitor na faixa de 10 pF a centenas de microfarads. Seu esquema é mostrado na Fig. 4.
O multivibrador montado no amplificador operacional DA1 gera pulsos com período proporcional à capacitância Cx. Isso é descrito pela expressão Тх= 2CхRэ-lп[(R4+R4')/(R4-R4')]. Aqui o valor de R4' corresponde à resistência de uma parte do resistor de sintonia entre o motor e a saída inferior de acordo com o circuito. Se o controle deslizante do resistor R4 for definido de forma que ln[(R4 + R4 ') / (R4-R4 ')] - 0,5, então Tx \u1d CxRe e em Re \u10d 10 MΩ, o valor da capacitância de 10 pF corresponde à duração do período dos pulsos gerados, igual a 1 μs, e em Re = 10000 kΩ, o valor de XNUMX μF corresponde a uma duração de XNUMX μs. O prefixo contém um capacitor de referência Ce (3000 ... 10000 pF), que permite calibrar o prefixo, bem como medir capacitâncias menores que 10 pF. É desejável selecionar a precisão do capacitor de referência com um erro não superior a 0,5 ... 1%. A calibração do prefixo consiste em definir o valor do capacitor de referência no medidor de frequência com um resistor de ajuste R2 (10 kOhm). Te no medidor de frequência deve ser igual a 1 μs (Fe = 1 MHz). Devido aos pickups, os dígitos menos significativos podem mudar seu valor periodicamente. Mas, na maioria dos casos, a precisão da medição de capacitância é bastante satisfatória. Para medir a capacitância, use o botão "MODE" para selecionar o modo "capacidade". Este modo não tem opções. Aproximadamente 1 s após soltar o botão, o frequencímetro mudará automaticamente para o modo de medição. Vista do indicador do medidor de frequência no modo de operação: Medição de indutância Na presença de um prefixo (seu diagrama é mostrado na Fig. 5), é possível medir indutâncias na faixa de 1 μH ... 2 H.
O princípio de medição baseado na relação do período de oscilações harmônicas com a indutância e capacitância do circuito oscilatório do gerador no anexo: T2 = LC/25330, onde T está em segundos, L está em µH, C está em pF. Portanto, se usarmos a capacitância do loop igual a 25330 pF, o valor numérico da indutância é calculado a partir da seguinte relação: L \u2d T1 \u2d XNUMX / FXNUMX, onde F é a frequência de oscilação. Para medir a indutância com um frequencímetro com prefixo, o botão "MODE" seleciona o modo "INDUCTION". Aproximadamente 1 s após soltar o botão, o frequencímetro mudará automaticamente para o modo de medição. Os valores numéricos das leituras correspondem à indutância em µH. Vista do indicador do medidor de frequência no modo de operação: O prefixo consiste em um gerador de medição (VT1-VT5), cuja frequência é determinada pela capacitância dos capacitores C1, C2 (a capacitância total é de cerca de 25330 pF) e a indutância conectada aos terminais de entrada da bobina. Para gerar um sinal com um nível TTL, um gatilho Schmitt (VT6, VT7) é usado. A amplitude de oscilação é estabilizada por um circuito baseado nos diodos VD1, VD2 e transistores VT4, VT5, conectados ao gerador através de um seguidor de emissor em um transistor VT3. Com o valor especificado da capacitância C1, C2 e a indutância medida igual a 1 μH, a frequência de geração será de 1 MHz. Com uma indutância de 2 H - 700 Hz. Para cobrir esta faixa, especialmente na região de alta frequência, é necessário selecionar os transistores VT1, VT2 com um coeficiente de transferência de corrente base de pelo menos 150. Capacitores C1, C2 - K73-17 ou similar com um pequeno TKE. No total, sua capacidade não deve diferir da indicada em mais de 1 ... 2%. A largura da faixa de medição também é afetada pelo transistor VT5, ou melhor, seu coeficiente de transferência de corrente base. Os melhores resultados foram obtidos ao usar transistores GT311 com ganho de 30...50. O prefixo geralmente não requer configuração se os requisitos especificados forem atendidos. Software para o microcontrolador Adaptador para microcontrolador AT89C52-24JC Autores: S. Zorin, N. Koroleva, Izhevsk
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