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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medidor de frequência - balança digital com display LCD. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O estabelecimento de estruturas de rádio amador é impossível sem equipamentos de medição. Um contador de frequência digital simples pode ser montado usando um controlador PIC. A versão do dispositivo proposta neste artigo permite utilizá-lo como balança digital em receptores e transceptores. O dispositivo foi desenvolvido com base no projeto anterior do autor, publicado na edição de janeiro de 2002 da revista Radio. A utilização de um indicador LCD na nova versão do aparelho possibilitou reduzir o consumo de corrente, diminuir o nível de interferência irradiada, reduzir as dimensões, além de simplificar o circuito e o design do aparelho. Além de melhorar os parâmetros puramente elétricos neste projeto, os técnicos também foram aprimorados. Ao liberar o controlador PIC do trabalho rotineiro de varredura do indicador, foi possível expandir a faixa de frequências permitidas do oscilador de cristal de referência e simplificar significativamente o processo de calibração. Os principais parâmetros do medidor de frequência, em comparação com o design do indicador LED, são fornecidos na Tabela. 1.
Frequências acima de 40 MHz podem ser medidas usando um divisor de microondas externo com qualquer taxa de divisão (na faixa de 2...255). Ao utilizar o aparelho como balança digital, podem ser gravadas em sua memória não volátil até 15 frequências intermediárias na faixa de 0 a 800 MHz. Seus valores são inseridos com precisão de até 100 Hz e podem ser alterados pelo usuário a qualquer momento por meio de três botões localizados no painel frontal do aparelho. Neste caso, as leituras do indicador serão determinadas pela fórmula Fin Kd ± Fp onde Fin - frequência de entrada; Kd - fator de divisão do divisor externo; Fp - frequência intermediária. Ao utilizar o aparelho como balança digital, o tempo de medição pode ser de 0,1 ou 1 s. O limite de 10 s é para medições precisas de frequências relativamente baixas. Para uma balança digital, tal precisão não é necessária, portanto, as leituras no limite de 10 s são determinadas pela fórmula [Fin·Kd]. O frequencímetro oferece a possibilidade de calibração por software, que permite o uso de qualquer ressonador de quartzo na faixa de 1 ... 20 MHz. Os valores de todas as frequências intermediárias, o fator de divisão do divisor externo utilizado, bem como as constantes de calibração podem ser alterados pelo usuário sem a utilização de quaisquer dispositivos adicionais. Eles são armazenados na memória não volátil do controlador. O princípio de operação do frequencímetro é clássico: medir o número de pulsos do sinal de entrada em um determinado intervalo de tempo. O diagrama esquemático do dispositivo é mostrado na fig. 1. O modelador de entrada tem uma largura de banda de 10 Hz ... 100 MHz. No entanto, a velocidade do divisor embutido no controlador DD2 limita o limite superior das frequências medidas a 40...50 MHz. O limite inferior para um sinal senoidal é determinado pela capacitância dos capacitores C1 e C5. Os diodos VD1, VD2 protegem o transistor de efeito de campo contra falha quando alta tensão entra na entrada. Altos parâmetros do driver de entrada com um circuito relativamente simples e fonte de alimentação de apenas uma fonte de 5 V foram obtidos graças ao uso do gatilho Schmitt DD1.1. A partir de sua saída, os pulsos gerados são enviados ao controlador PIC16CE625.
O dispositivo é controlado por três botões exibidos no painel frontal e cinco interruptores. Os botões SB1 - SB3 são usados para alternar o tempo de medição. Ao pressionar SB1, o limite é de 0,1 s, e ao pressionar SB2 ou SB3 - 1 ou 10 s, respectivamente. O novo valor aparecerá no indicador após 0,1; 1 ou 10 s após liberar SB1, SB2 ou SB3. Se você pressionar e segurar um desses botões, o valor da frequência atual será fixado no indicador. O frequencímetro usa um indicador LCD do tipo KO-4V do telefone PANA-PHONE. É feito com base no controlador NT1613 "Holtek" e é produzido pela empresa Zelenograd "Telesystems". Junto com suas vantagens - 10 dígitos, eficiência, facilidade de gerenciamento, também apresenta desvantagens significativas - pode exibir apenas 16 caracteres e não possui casas decimais. Portanto, para facilitar a percepção das informações exibidas, centenas de hertz no indicador são separadas de unidades de kilohertz por uma familiaridade vazia. Três LEDs HL1 - HL3 indicam o limite de medição incluído e o LED HL4 é usado como um diodo zener de 1,5 V. O estado fechado da chave SA5 corresponde à operação do dispositivo com um divisor de micro-ondas externo e o estado aberto - sem. Ao usar um divisor, o preço do dígito menos significativo muda de acordo com a Tabela. 2.
As chaves SA1 - SA4 são usadas para selecionar um dos 15 valores IF pré-programados. O número IF correspondente é discado no código 1-2-4-8. Se as chaves SA1 - SA4 estiverem abertas, o IF é 0 (modo de contador de frequência). Os cabos SA5 são conectados aos contatos livres do conector, que inclui um divisor de micro-ondas. Um jumper é instalado na parte correspondente do conector entre esses contatos. Assim, a conexão do divisor é determinada automaticamente. Se necessário, chaves DIP podem ser instaladas na placa para selecionar o inversor e o divisor. Transistor VT1 - efeito de campo com uma porta isolada, um canal tipo n e uma tensão porta-fonte de 0.. .2 V a uma corrente de dreno de 5 mA - KP305A - V; KP31 ZA.B; VT2, VT3 - KT316, KT368, etc. com uma frequência de corte de pelo menos 600 MHz. DD1 - 74AC14 pode ser substituído por KR1554TL2 ou TLZ. Neste último caso, será necessário corrigir o desenho da placa de circuito impresso. As entradas não utilizadas de todos os elementos DD1 devem ser conectadas ao barramento +5 V. O uso de analógicos TTL neste circuito é indesejável, pois reduz drasticamente o limite superior das frequências de operação (até 10 ... 15 MHz). Um desenho da placa de circuito impresso do frequencímetro é mostrado na fig. 2. O indicador HG1, os botões SB1 - SB3 e os LEDs de indicação de limite HL1 - HL3 são colocados na lateral dos condutores. As chaves SA1 - SA5 podem ser instaladas tanto na lateral das peças quanto na lateral dos condutores. Apesar do baixo nível de interferência emitido pelo aparelho, ainda é desejável blindá-lo, principalmente se for utilizado como balança digital em conjunto com o receptor. Como fonte de alimentação, você pode usar qualquer fonte não estabilizada com tensão de 7,5 ... 14 V e corrente de até 50 mA. Fonte de alimentação comutada ou sem transformador não é recomendada.
Estabelecer um medidor de frequência consiste em definir a corrente dos transistores VT1, VT2 para cerca de 5 mA. É definido selecionando o resistor R2. A tensão no coletor VT2 deve ser de aproximadamente 3,6 V. Então, com um resistor sintonizado R7, é alcançada a sensibilidade máxima do dispositivo em altas frequências. A tensão no coletor VT3 deve ser de cerca de 2,5 V. Após a fabricação e verificação do desempenho do frequencímetro, é necessário definir todos os valores necessários de seus parâmetros. Eles são definidos no modo de serviço com os botões SB1 - SB3. Para entrar neste modo, pressione estes três botões ao mesmo tempo. Nesse caso, o indicador exibirá o valor do tempo de medição, que será selecionado por padrão quando o dispositivo for ligado. Ao pressionar o botão SB1 ou SB2, você pode selecionar um dos três valores - 0,1; 1 ou 10 seg. Depois disso, pressione SB3. Neste caso, o valor selecionado é armazenado em memória não volátil, e o indicador mostra o valor do fator de divisão do divisor de micro-ondas, que será utilizado com o aparelho. Você pode alterar seu valor pressionando SB1 ou SB2 e, em seguida, confirmar a seleção pressionando SB3. Se uma ou mais das chaves SA1 - SA4 estiverem fechadas, o número do inversor habilitado e seu sinal (estilizado + ou -) aparecem no indicador. A escolha do sinal é feita por SB1 ou SB2, pressionando SB3 confirma a escolha, e o valor do IF é exibido no indicador, que pode ser alterado pressionando novamente SB1 ou SB2. A taxa de alteração aumentará com o tempo que o botão for pressionado, ou seja, quanto mais tempo o botão for pressionado, mais rapidamente a leitura mudará. O preço do bit menos significativo é 100 Hz. A confirmação da escolha é semelhante aos modos anteriores - pressionando SB3. Depois disso, os símbolos "------" aparecem no indicador. Se você não pressionar nenhum dos botões, após cerca de 3 segundos, o dispositivo mudará para o modo de medição com os parâmetros recém-selecionados. Para entrar no modo de calibração, pressione o botão SB3 dentro desses três segundos. O processo de calibração neste projeto é extremamente simplificado. Para fazer isso, basta inserir a frequência real da geração de quartzo pressionando os botões SB1 ou SB2 da mesma forma que inseriu os valores de frequência intermediária descritos acima. Apenas o preço do dígito menos significativo do indicador neste modo é de 1 Hz. Definido o valor desejado, você deve pressionar o botão SB3. O medidor de frequência pode funcionar com quase qualquer ressonador de quartzo, no entanto, um valor de cerca de 4 MHz é ideal. Em uma frequência menor, o desempenho do controlador PIC diminui, e aumentando a frequência do clock aumenta o consumo de corrente, sem dar muita vantagem. Deve-se ter em mente que neste circuito o quartzo é excitado em uma frequência de ressonância paralela e, em ressonadores domésticos, geralmente é indicada uma frequência de ressonância em série, que pode diferir em vários quilohertz. Você pode determinar a verdadeira frequência de geração de um ressonador de quartzo conectando um medidor de frequência exemplar ao ponto XN1. Nesse caso, o capacitor C8 deve estar na posição intermediária. O valor medido é arredondado para o múltiplo mais próximo de 40 Hz, por exemplo, 4, 000, 000, etc. Após a calibração, este dispositivo e um medidor de frequência de referência devem ser conectados a um gerador de sinal com uma frequência de 20 ... 40 MHz e uma amplitude de 0,2 ... 0,5 V. A correspondência exata das leituras de frequência é finalmente alcançada ajustando o capacitor C8. Se o intervalo de sua alteração não for suficiente, a frequência do quartzo foi inserida incorretamente e deve ser alterada conforme descrito acima. Autor: Nikolai Khlyupin (RA4NAL), Kirov
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