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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Frequenzmesser - Digitalwaage mit LCD-Anzeige. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Der Aufbau von Amateurfunkstrukturen ist ohne Messgeräte nicht möglich. Mit einem PIC-Controller kann ein einfacher digitaler Frequenzzähler aufgebaut werden. Die in diesem Artikel vorgeschlagene Version des Geräts ermöglicht die Verwendung als digitale Waage in Empfängern und Transceivern. Das Gerät wurde auf der Grundlage des vorherigen Entwurfs des Autors entwickelt, der in der Januar-Ausgabe 2002 der Zeitschrift Radio veröffentlicht wurde. Der Einsatz einer LCD-Anzeige in der neuen Geräteversion ermöglichte eine Reduzierung des Stromverbrauchs, eine Reduzierung der Störabstrahlung, eine Reduzierung der Abmessungen sowie eine Vereinfachung der Schaltung und des Gerätedesigns. Neben der Verbesserung der rein elektrischen Parameter wurden bei dieser Konstruktion auch die technischen verbessert. Durch die Befreiung des PIC-Controllers von der Routinearbeit des Scannens des Indikators konnte der Bereich zulässiger Frequenzen des Referenzkristalloszillators erweitert und der Kalibrierungsprozess erheblich vereinfacht werden. Die wichtigsten Parameter des Frequenzmessers im Vergleich zum Design der LED-Anzeige sind in der Tabelle aufgeführt. 1.
Frequenzen über 40 MHz können mit einem externen Mikrowellenteiler mit beliebigem Teilungsverhältnis (im Bereich von 2...255) gemessen werden. Beim Einsatz des Geräts als Digitalwaage können bis zu 15 Zwischenfrequenzen im Bereich von 0 bis 800 MHz im nichtflüchtigen Speicher aufgezeichnet werden. Ihre Werte werden mit einer Genauigkeit von bis zu 100 Hz eingegeben und können vom Benutzer jederzeit über drei Tasten auf der Vorderseite des Geräts geändert werden. In diesem Fall werden die Indikatorwerte durch die Formel bestimmt Fin Kd ±Fp wo Fin - Eingangsfrequenz; Kd – Teilungsfaktor des externen Teilers; Fp – Zwischenfrequenz. Beim Einsatz des Gerätes als Digitalwaage kann die Messzeit 0,1 oder 1 s betragen. Die 10-Sekunden-Grenze dient der genauen Messung relativ niedriger Frequenzen. Für eine digitale Waage ist eine solche Genauigkeit nicht erforderlich, daher werden die Messwerte an der Grenze von 10 s durch die Formel [Fin·Kd] bestimmt. Der Frequenzmesser bietet die Möglichkeit einer Softwarekalibrierung, die den Einsatz beliebiger Quarzresonatoren im Bereich von 1 ... 20 MHz ermöglicht. Die Werte aller Zwischenfrequenzen, der Teilungsfaktor des verwendeten externen Teilers sowie die Kalibrierkonstanten können vom Anwender ohne den Einsatz zusätzlicher Geräte geändert werden. Sie werden im nichtflüchtigen Speicher des Controllers abgelegt. Das Funktionsprinzip des Frequenzmessers ist klassisch: Messung der Anzahl der Impulse des Eingangssignals für ein bestimmtes Zeitintervall. Das schematische Diagramm des Geräts ist in Abb. dargestellt. 1. Der Eingangsformer hat eine Bandbreite von 10 Hz ... 100 MHz. Allerdings begrenzt die Geschwindigkeit des im DD2-Controller eingebauten Teilers die Obergrenze der gemessenen Frequenzen auf 40...50 MHz. Die untere Grenze für ein Sinussignal wird durch die Kapazität der Kondensatoren C1 und C5 bestimmt. Die Dioden VD1, VD2 schützen den Feldeffekttransistor vor einem Ausfall, wenn am Eingang Hochspannung anliegt. Dank der Verwendung des Schmitt-Triggers DD5 wurden hohe Parameter des Eingangstreibers mit einer relativ einfachen Schaltung und Stromversorgung aus nur einer 1.1-V-Quelle erreicht. Von seinem Ausgang werden die erzeugten Impulse an den PIC16CE625-Controller gesendet.
Die Steuerung des Geräts erfolgt über drei auf der Vorderseite angezeigte Tasten und fünf Schalter. Mit den Tasten SB1 – SB3 wird die Messzeit umgeschaltet. Wenn Sie SB1 drücken, beträgt die Grenze 0,1 s, und wenn Sie SB2 oder SB3 drücken, beträgt sie 1 bzw. 10 s. Der neue Wert erscheint nach 0,1 auf dem Indikator; 1 oder 10 s nach Freigabe von SB1, SB2 oder SB3. Wenn Sie eine dieser Tasten gedrückt halten, wird der aktuelle Frequenzwert auf der Anzeige fixiert. Der Frequenzmesser verwendet eine LCD-Anzeige vom Typ KO-4V aus dem PANA-PHONE-Telefon. Es basiert auf dem Controller NT1613 „Holtek“ und wird von der Zelenograder Firma „Telesystems“ hergestellt. Neben seinen Vorteilen – 10 Ziffern, Effizienz, einfache Verwaltung – weist es auch erhebliche Nachteile auf: Es kann nur 16 Zeichen anzeigen und verfügt über keine Dezimalstellen. Um die Wahrnehmung der angezeigten Informationen zu erleichtern, werden daher Hunderte von Hertz auf dem Indikator von Kilohertz-Einheiten durch eine leere Vertrautheit getrennt. Drei LEDs HL1 – HL3 zeigen die enthaltene Messgrenze an, und die HL4-LED wird als 1,5-V-Zenerdiode verwendet. Der geschlossene Zustand des Schalters SA5 entspricht dem Betrieb des Geräts mit externem Mikrowellenteiler und der offene Zustand – ohne. Bei Verwendung eines Dividierers ändert sich der Preis der niedrigstwertigen Ziffer gemäß Tabelle. 2.
Mit den Schaltern SA1 – SA4 wird einer der 15 vorprogrammierten IF-Werte ausgewählt. Die entsprechende IF-Nummer wird im Code 1-2-4-8 gewählt. Wenn die Schalter SA1 - SA4 geöffnet sind, ist das IF 0 (Frequenzzählermodus). Die SA5-Leitungen werden an die freien Kontakte des Steckers angeschlossen, der einen Mikrowellenteiler enthält. Zwischen diesen Kontakten ist am Gegenstück des Steckers eine Brücke angebracht. Somit wird der Anschluss des Teilers automatisch ermittelt. Bei Bedarf können DIP-Schalter auf der Platine installiert werden, um Wechselrichter und Teiler auszuwählen. Transistor VT1 – Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate, n-Typ-Kanal und einer Gate-Source-Spannung von 0 V bei einem Drain-Strom von 2 mA – KP5A – V; KP305 ZA.B; VT31, VT2 - KT3, KT316 usw. mit einer Grenzfrequenz von mindestens 368 MHz. DD600 - 1AC74 kann durch KR14TL1554 oder TLZ ersetzt werden. Im letzteren Fall müssen Sie die Zeichnung der Leiterplatte korrigieren. Unbenutzte Eingänge aller DD2-Elemente sollten an den +1-V-Bus angeschlossen werden. Die Verwendung von TTL-Analoga in dieser Schaltung ist unerwünscht, da dadurch die Obergrenze der Betriebsfrequenzen (bis zu 5 ... 10 MHz) stark reduziert wird. Eine Zeichnung der Leiterplatte des Frequenzmessers ist in Abb. dargestellt. 2. Der Anzeiger HG1, die Taster SB1 - SB3 und die Grenzwertanzeige-LEDs HL1 - HL3 sind seitlich an den Leitern angebracht. Die Schalter SA1 - SA5 können sowohl auf der Seite der Teile als auch auf der Seite der Leiter installiert werden. Trotz der geringen Störaussendung des Geräts ist es dennoch wünschenswert, es abzuschirmen, insbesondere wenn es als digitale Waage in Verbindung mit dem Empfänger verwendet wird. Als Stromversorgung können Sie jede unstabilisierte Quelle mit einer Spannung von 7,5 ... 14 V und einem Strom von bis zu 50 mA verwenden. Eine schaltbare oder transformatorlose Stromversorgung wird nicht empfohlen.
Die Einrichtung eines Frequenzmessers besteht darin, den Strom der Transistoren VT1, VT2 auf etwa 5 mA einzustellen. Die Einstellung erfolgt durch Auswahl des Widerstands R2. Die Spannung am VT2-Kollektor sollte etwa 3,6 V betragen. Dann wird mit einem abgestimmten Widerstand R7 die maximale Empfindlichkeit des Geräts bei hohen Frequenzen erreicht. Die Spannung am VT3-Kollektor sollte etwa 2,5 V betragen. Nach der Herstellung und Überprüfung der Leistung des Frequenzmessers müssen alle erforderlichen Werte seiner Parameter eingestellt werden. Die Einstellung erfolgt im Servicemodus mit den Tasten SB1 - SB3. Um in diesen Modus zu gelangen, drücken Sie diese drei Tasten gleichzeitig. In diesem Fall zeigt die Anzeige den Wert der Messzeit an, der beim Einschalten des Geräts standardmäßig ausgewählt wird. Durch Drücken der Taste SB1 oder SB2 können Sie einen von drei Werten auswählen – 0,1; 1 oder 10 s. Drücken Sie danach SB3. In diesem Fall wird der ausgewählte Wert in den nichtflüchtigen Speicher eingegeben und die Anzeige zeigt den Wert des Teilungsfaktors des Mikrowellenteilers an, der mit dem Gerät verwendet wird. Sie können den Wert durch Drücken von SB1 oder SB2 ändern und die Auswahl anschließend durch Drücken von SB3 bestätigen. Wenn einer oder mehrere der Schalter SA1 - SA4 geschlossen sind, erscheint die Nummer des aktivierten Wechselrichters und sein Vorzeichen (stilisiertes + oder -) auf der Anzeige. Die Auswahl des Vorzeichens erfolgt über SB1 oder SB2, durch Drücken von SB3 wird die Auswahl bestätigt und der IF-Wert wird auf dem Indikator angezeigt, der durch erneutes Drücken von SB1 oder SB2 geändert werden kann. Die Änderungsgeschwindigkeit erhöht sich mit der Zeit, die die Taste gedrückt wird, d. h. je länger die Taste gedrückt gehalten wird, desto schneller ändert sich der Messwert. Der Preis des niedrigstwertigen Bits beträgt 100 Hz. Die Bestätigung der Auswahl erfolgt ähnlich wie in den vorherigen Modi – durch Drücken von SB3. Danach erscheinen auf der Anzeige die Symbole „------“. Wenn Sie keine der Tasten drücken, wechselt das Gerät nach ca. 3 Sekunden in den Messmodus mit den neu gewählten Parametern. Um in den Kalibrierungsmodus zu gelangen, drücken Sie innerhalb dieser drei Sekunden die Taste SB3. Der Kalibrierungsprozess ist bei diesem Design extrem vereinfacht. Geben Sie dazu einfach die wahre Frequenz der Quarzgeneration ein, indem Sie die Tasten SB1 oder SB2 drücken, genau wie bei der Eingabe der oben beschriebenen Zwischenfrequenzwerte. In diesem Modus beträgt nur der Preis der niedrigstwertigen Ziffer des Indikators 1 Hz. Nachdem Sie den gewünschten Wert eingestellt haben, sollten Sie die Taste SB3 drücken. Der Frequenzmesser kann mit fast jedem Quarzresonator arbeiten, optimal ist jedoch ein Wert von etwa 4 MHz. Bei einer niedrigeren Frequenz nimmt die Leistung des PIC-Controllers ab und eine Erhöhung der Taktfrequenz erhöht den Stromverbrauch, ohne dass sich dadurch große Vorteile ergeben. Es ist zu beachten, dass Quarz in dieser Schaltung mit einer Parallelresonanzfrequenz angeregt wird und bei Haushaltsresonatoren üblicherweise eine Serienresonanzfrequenz angegeben wird, die um mehrere Kilohertz abweichen kann. Sie können die wahre Erzeugungsfrequenz eines Quarzresonators bestimmen, indem Sie einen beispielhaften Frequenzmesser an Punkt XN1 anschließen. In diesem Fall sollte sich der Kondensator C8 in der Mittelstellung befinden. Der Messwert wird auf das nächste Vielfache von 40 Hz gerundet, z. B. 4, 000, 000 usw. Nach der Kalibrierung sollten dieses Gerät und ein Referenzfrequenzmesser an einen Signalgenerator mit einer Frequenz von 20 ... 40 MHz und einer Amplitude von 0,2 ... 0,5 V angeschlossen werden. Durch Justierung wird schließlich die genaue Übereinstimmung der Frequenzmesswerte erreicht der Kondensator C8. Wenn der Änderungsbereich nicht ausreicht, wurde die Frequenz des Quarzes falsch eingegeben und sie sollte wie oben beschrieben geändert werden. Autor: Nikolai Khlyupin (RA4NAL), Kirow
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