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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Frequenzzähler bis 1250 MHz. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Dieses Gerät verfügt nicht nur über eine große Obergrenze der gemessenen Frequenz, sondern auch über eine Reihe zusätzlicher Funktionen. Es misst die Frequenzabweichung vom Ausgangswert, die Dauer der Impulse und Pausen dazwischen und zählt die Anzahl der Impulse. Es kann auch als Frequenzteiler für das Eingangssignal verwendet werden, wobei der Teilungskoeffizient in einem weiten Bereich einstellbar ist. Der vorgeschlagene Frequenzmesser enthält sechs Mikroschaltungen – einen Spannungskomparator AD8611ARZ [1], einen Frequenzsynthesizer LMX2316TM [2], einen D-Trigger 74HC74D [3], einen Selektor-Multiplexer 74HC151D [4] und einen Mikrocontroller PIC16F873A-1/SP [ 5] und einem integrierten Spannungsregler TL7805. Es zeigt die Messergebnisse auf dem symbolischen LCD WH1602B [6] an. Wichtigste technische Merkmale
Beim Ausschalten des Geräts merkt sich der Mikrocontroller die eingestellten Betriebsmodi in seinem EEPROM und stellt sie beim Einschalten wieder her. Das Frequenzmesserdiagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Der Taktgenerator des DD3-Mikrocontrollers wird durch einen ZQ1-Quarzresonator stabilisiert. Mit dem Trimmerkondensator C13 können Sie die Taktfrequenz auf genau 4 MHz einstellen. Der +5-V-Spannungsregler ist auf dem DA2-Chip montiert. Der Trimmerwiderstand R23 passt die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung des LCD-Bildschirms HG1 an. Der optimale Bildkontrast wird über den Trimmwiderstand R21 eingestellt.
Die Tasten SB1-SB3 steuern das Gerät. Mit der Taste SB1 wird der gemessene Parameter ausgewählt. Wählen Sie mit der Taste SB2 den Anschluss aus, an dem das Messsignal eingespeist wird. Abhängig von der Frequenz und Form des Eingangssignals kann dies XW1 (Logikpegelimpulse mit einer Frequenz von 0,1 Hz...80 MHz), XW2 (analoge Arbitrary-Waveform-Signale mit einer Frequenz von 1 Hz...80 MHz) sein. oder XW3 (Signale mit einer Frequenz von 20...1250 MHz). Die Taste SB3 startet und stoppt die Messung in den Messmodi Impulszähler und Frequenzdrift. Durch langes Drücken (mehr als 1 s) auf diese Taste wird vom Frequenzmessmodus in den Frequenzteilungsmodus umgeschaltet und das Ergebnis an den XW1-Anschluss ausgegeben. Wenn die Tasten nicht gedrückt werden, halten die Widerstände R12-R14 hohe Pegel an den Mikrocontroller-Eingängen aufrecht, an die sie angeschlossen sind. Die Widerstände R4 und R6 erzeugen einen konstanten Offset von etwa 100 mV am nichtinvertierenden Eingang des Komparators DA1. Die Widerstände R5 und R7 sind eine positive Rückkopplungsschaltung, die notwendig ist, um eine Hysterese in der Schaltcharakteristik des Komparators zu erreichen. Die Dioden VD1 und VD2 bilden zusammen mit dem Widerstand R2 einen Zweiwege-Eingangsspannungsbegrenzer am invertierenden Eingang des Komparators. Der DD1-Chip, dessen Hauptzweck darin besteht, in Frequenzsynthesizern im 1,2-GHz-Bereich zu arbeiten, enthält zwei Frequenzteiler mit variablem Teilungskoeffizienten, die im beschriebenen Gerät zur Frequenzteilung der an den Anschlüssen XW2 und XW3 zugeführten Eingangssignale verwendet werden um eine bestimmte Anzahl von Malen. Der Mikrocontroller stellt die Teilungskoeffizienten und den Betriebsmodus dieser Mikroschaltung ein, indem er Befehle über seine serielle Schnittstelle (Takt-, Daten-, LE-Eingänge) sendet. Je nach eingestelltem Modus erhält der Fo/LD-Ausgang das Ergebnis eines dieser Teiler. Der Widerstand R19 und der Kondensator C19 bilden einen Leistungsfilter für die Mikroschaltung DD1, und die Dioden VD3 und VD4 schützen den Eingang eines seiner Frequenzteiler, der direkt mit dem Anschluss XW3 verbunden ist, vor Überlastung. Auf dem DD4.1-Trigger ist ein Einzelvibrator montiert, der aus den Ausgangssignalen der Frequenzteiler Impulse mit einer Dauer von 0,5 μs erzeugt. Sein Zeitschaltkreis besteht aus dem Widerstand R17 und dem Kondensator C10. Der dem Anschluss XW1 zugeführte Impulsformer ist am Transistor VT1 mit einer Kollektorlast - Widerstand R8 - montiert. Es funktioniert, wenn der RC5-Ausgang des Mikrocontrollers auf einen hohen Logikpegel eingestellt ist. Andernfalls wird der Treiber ausgeschaltet und hat keinen Einfluss auf die externen Signale, die an den XW1-Anschluss geliefert werden. Daher kann der Anschluss Der Widerstand R1 dient dazu, den Eingang 11 des Selektor-Multiplexers DD0 vor versehentlich an den Anschluss XW2 angelegten Signalen mit hoher Amplitude zu schützen. Der Selektor-Multiplexer liefert gemäß den Befehlen des Mikrocontrollers an seine Eingänge, die zur Messung der Frequenz und Dauer von Impulsen bestimmt sind, entweder Impulse mit TTL-Pegel vom Anschluss XW1 oder am Anschluss XW2 empfangene und vom Komparator DA1 in solche Impulse umgewandelte Signale. oder Signale, die am Anschluss XW3 empfangen und durch den Frequenzteiler des DD1-Chips geleitet werden. Der Mikrocontroller führt die grundlegenden Operationen der Messung von Frequenz, Dauer und Zählimpulsen durch. Außerdem zeigt es Messergebnisse auf dem HG1-LCD an und steuert den Betrieb des gesamten Geräts. Das Mikrocontroller-Programm ist in der Assemblersprache MASM geschrieben, die Teil der Programmentwicklungsumgebung MPLAB IDEv7.5 ist. Im Frequenzmessmodus zählt der Mikrocontroller die am T0CKI-Eingang empfangenen Impulse während eines vom Benutzer ausgewählten Messintervalls (0,01, 0,1, 1 oder 10 s). Bei der Messung der Frequenz eines an den Anschluss XW3 angelegten Signals wird dessen Frequenz zunächst durch einen der Teiler des DD1000-Chips durch 1 geteilt. Bei der Messung der Dauer von Impulsen mit hohem Logikpegel beginnt der Mikrocontroller, basierend auf der ansteigenden Flanke des gemessenen Impulses am INT-Eingang, Impulse mit einer Frequenz von 1 MHz zu zählen, die durch Teilen seiner Taktfrequenz erhalten wird. Es stoppt diese Zählung an der fallenden Flanke des gemessenen Impulses. Bei der Messung der Dauer eines Low-Pegel-Impulses beginnt die Zählung mit der fallenden Flanke und endet mit der steigenden Flanke. Sobald der Frequenzdrift-Messmodus aktiviert ist, führt der Mikrocontroller eine erste Messung der Frequenz des Eingangssignals durch und wiederholt diese Messungen dann regelmäßig. Das Programm subtrahiert das Ergebnis der ersten Messung von jeder weiteren Messung und zeigt die aktuelle Differenz auf dem Indikator an. Nach dem Beenden dieses Modus zeigt das LCD die maximal aufgezeichneten Frequenzabweichungen nach unten und oben gegenüber der ursprünglich während der Messung aufgezeichneten Abweichung an. Um die Wiederholungsrate logischer Impulse mit TTL-Pegeln zu messen, wählen Sie mit der Taste SB2 den Eingangsanschluss XW1 aus. Der Mikrocontroller generiert den Code 0 an den Ausgängen RC2-RC000 und versetzt dadurch den Selektor DD2 in einen Zustand, in dem das Signal vom Stecker XW1 zum Messen der Frequenz an den TOSK1-Eingang des Mikrocontrollers und zum Messen der Impulsdauer an seinen INT-Eingang gesendet wird. Das Programm zeigt die Messergebnisse auf dem HG1-LCD an (Abb. 2), und die Dauer der Impulse mit hohem (H) und niedrigem (L) Pegel wechselt auf dem Bildschirm. Der Code auf der rechten Seite der oberen Zeile bedeutet die angegebene Zählzeit: „10“ – 10 s, „1“ – 1 s, „.1“ – 0,1 s und „.01“ – 0,01 s. Das Symbol des ausgewählten Eingangsanschlusses wird auf der rechten Seite der unteren Zeile angezeigt: TTL – XW1, VHF – XW2, UHF – XW3.
Bei der Messung der Frequenz analoger Signale (bis 80 MHz) wählen Sie mit der Taste SB2 den Eingang XW2 aus. An den RC0-RC2-Ausgängen generiert der Mikrocontroller den Code 001 und bewegt den DD2-Multiplexer in eine Position, in der das Signal vom XW2-Anschluss, vom DA1-Komparator in Rechteckimpulse umgewandelt, dem TOCKI-Eingang des Mikrocontrollers zugeführt wird. Das Programm misst die Signalfrequenz und zeigt das Ergebnis auf dem LCD an (Abb. 3).
Um HF-Signale mit Frequenzen bis zu 1250 MHz zu messen, wählen Sie mit der Taste SB2 den Eingangsanschluss XW3 aus. Das Signal von dort geht an den Eingang fIN Frequenzteiler im DD1-Chip vorhanden. Der Teilungskoeffizient wird vom Mikrocontroller auf 1000 eingestellt. Das Signal vom Ausgang des Frequenzteilers, das durch einen One-Shot des DD0,5-Triggers in Impulse mit einer Dauer von etwa 4.1 μs umgewandelt wird, wird über den DD2-Multiplexer zugeführt den TOCKI-Eingang des Mikrocontrollers. Der Multiplexer wird durch den Code 010 an den Ausgängen RC0-RC2 des Mikrocontrollers in den dafür erforderlichen Zustand versetzt. Das Mikrocontroller-Programm misst die Frequenz und zeigt das Ergebnis unter Berücksichtigung des Teilungskoeffizienten auf dem LCD an (Abb. 4).
Die zu zählenden Impulse werden dem Eingangsstecker XW1 oder XW2 zugeführt. Verwenden Sie die Taste SB2, um einen dieser Eingänge auszuwählen, und die Taste SB1, um den COUNTER-Modus auszuwählen (Abb. 5). Die Zählung wird durch Drücken der Taste SB3 gestartet, was mit der Ersetzung der OFF-Markierung auf dem Bildschirm durch die ON-Markierung einhergeht. Um den Zählvorgang zu stoppen, wird die Taste SB3 erneut gedrückt und die Beschriftung „ON“ wird durch die Beschriftung „OFF“ ersetzt. Das Programm zeigt die Anzahl der während der Zeit vom Start bis zum Stopp akkumulierten Impulse auf dem LCD an.
Um die Frequenzdrift zu messen, wird das Signal (abhängig von seiner Form und Frequenz) einem der Eingangsanschlüsse XW1-XW3 zugeführt, dieser Anschluss wird mit der SB2-Taste ausgewählt und die Funktion „+/-FREQUENCV“ (ihr Name ist (begleitet von der Markierung OFF) wird mit der Taste SB1 ausgewählt. Beginnen Sie mit dem Drücken der Taste SB3, wobei die Markierung OFF durch die Markierung ON ersetzt wird. Das Gerät misst die Frequenzdrift und zeigt seinen aktuellen Wert auf dem LCD an (Abb. 6). . Nach erneutem Drücken der SB3-Taste und Stoppen der Messung erscheinen auf dem LCD die während der Messung aufgezeichneten Maximalwerte mit einer Frequenzbewegung nach oben und unten vom Original (Abb. 7).
Um die Frequenz eines analogen Signals mit einer Frequenz von bis zu 80 MHz zu teilen, wählen Sie mit der Taste SB2 den Eingangsanschluss XW2 aus und legen dort ein Signal an, dessen Frequenz geteilt werden soll. Vom Ausgang des Komparators DA1 geht es zum OSCIN-Eingang des Frequenzteilers R_Counter des DD1-Chips. Der Mikrocontroller stellt über die serielle Schnittstelle den erforderlichen Teilungskoeffizienten dieses Teilers ein und verbindet seinen Ausgang mit dem Fo/LD-Ausgang der Mikroschaltung. Durch Drücken der Taste SB1 wird der Teilungskoeffizient verringert und durch Drücken der Taste SB2 erhöht. Je länger die Taste gedrückt wird, desto schneller ändert sich der Koeffizient. Der Mikrocontroller setzt den RC5-Ausgang auf High und schaltet den XW1-Anschluss in den Ausgangsmodus. An seinen Ausgängen RC0-RC2 generiert der Mikrocontroller den Code 000, sodass das am Stecker ausgegebene Signal auch an den T0SCI-Eingang des Mikrocontrollers zur Frequenzmessung gelangt. Die Pulsdauer wird in diesem Modus nicht gemessen.
In Abb. Abbildung 8 zeigt das Ergebnis der Division der Frequenz des an den XW19,706-Anschluss gelieferten 2-MHz-Signals durch 100. In diesem Fall folgen am XW1-Ausgang Impulse mit hohem Logikpegel und einer Dauer von 197,06 μs mit einer Frequenz von 0,5 kHz. Signale mit Frequenzen von 50 bis 1200 MHz werden zur Teilung dem XW3-Anschluss zugeführt. Sie werden auf ähnliche Weise verarbeitet, der einzige Unterschied besteht darin, dass die Operation einen N-Counter-Frequenzteiler mit höherer Frequenz des DD1-Chips beinhaltet. In Abb. Abbildung 9 zeigt das Ergebnis der Division der Frequenz von 200,26 MHz durch 2000. Die Ausgangsfrequenz beträgt 100,13 kHz.
Der Frequenzmesser ist auf einer beidseitig 1 mm dicken Leiterplatte aus Glasfaserfolie montiert. Seine Zeichnung ist in Abb. dargestellt. 10, und die Platzierung der Elemente ist in Abb. 11. Festwiderstände und die meisten Kondensatoren haben die Größe 0805 für die Oberflächenmontage. Trimmerwiderstände R21 und R23 – SH-655MCL, Trimmerkondensator C13 – TZC3P300A110R00. Die Oxidkondensatoren C4 und C6 bestehen aus Aluminium mit Drahtleitungen.
Anschlüsse XW1-XW3 - 24_BNC-50-2-20/133_N [7]. Sie sind über etwa 50 mm lange Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 100 Ohm mit der Platine verbunden. Tasten SB1-SB3 - TS-A3PG-130. Der HG1-Indikator wird mit M10-Schrauben auf 3 mm hohen Ständern über der Platine montiert. Das Gerät ist in einem Kunststoffgehäuse Z-28 [8] montiert. Auf seiner Frontplatte wurde ein rechteckiges Loch von 70x25 mm für den LCD-Bildschirm ausgeschnitten und drei Löcher mit einem Durchmesser von 3 mm für die Tasten gebohrt. Die Tasten selbst sind auf einer Glasfaserplatte mit den Maßen 100x12x1,5 mm montiert und auf der Rückseite mit M3-Schrauben an der Frontplatte befestigt. Auf der linken Seite des Gehäuses befindet sich eine Steckdose und auf der rechten Seite ein Netzschalter. Eingangsbajonettanschlüsse befinden sich an der Gehäuserückwand. Das Einrichten eines Frequenzzählers ist wie folgt: - Stellen Sie den Abstimmwiderstand R21 auf den optimalen Bildkontrast auf dem LCD-Bildschirm ein; - Stellen Sie mit dem Trimmwiderstand R23 die gewünschte Helligkeit der LCD-Hintergrundbeleuchtung ein; - Mit dem Abstimmkondensator C13 die Taktfrequenz des Mikrocontrollers exakt auf 4 MHz einstellen. Schließen Sie dazu einen digitalen Frequenzmesser (Ch1-3 oder ein anderer) an den Anschluss XW63 an, schalten Sie das einzustellende Gerät mit gedrückter SB3-Taste ein (in diesem Fall sollte die Aufschrift „TEST“ auf dem LCD erscheinen) und Durch Drehen des Rotors des Abstimmkondensators C13 erhalten Sie Messwerte vom externen Frequenzmesser, deren Maximum nahe bei 100000 Hz liegt. Vergessen Sie nicht, dass sich der Fehler beim Einstellen dieser Frequenz direkt auf den Fehler des einzustellenden Geräts auswirkt. Eine Leiterplattenzeichnung im Sprint Layout 5.0-Format und ein Mikrocontroller-Programm können von ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/02/f_metr.zip heruntergeladen werden. Literatur
Autor: V. Turtschaninow
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