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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Frequenzmesser-Generator-Takt auf MK AT89S8252. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Uhren, Timer, Relais, Lastschalter Das vorgeschlagene Gerät kann nicht nur die Frequenz und Periode von Signalen messen, sondern auch die Anzahl der Eingangsimpulse zählen, Rechteckimpulse erzeugen und auch die Funktionen einer Uhr mit Kalender und eines Weckers mit fünf Programmen ausführen. Das Gerät, dessen Schema in Abb. dargestellt ist. 1 ermöglicht es Ihnen, die Frequenz periodischer Signale mit TTL-Pegeln bis zu 110 MHz zu messen, Eingangsimpulse zu zählen, die Periode von Eingangssignalen zu messen und ein Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis von 2 und einer Frequenz von 1 Hz bis 3 MHz zu erzeugen , zeigt die aktuelle Uhrzeit, den Wochentag, das Datum, den Monat, das Jahr an und funktioniert auch als Wecker. Der vom Gerät aus einer Stromversorgung mit einer Spannung von 5 V ±10 % aufgenommene Strom überschreitet 30 mA nicht (bei ausgeschalteter Hintergrundbeleuchtung der Anzeige).
Die Basis des Geräts ist ein ATMEL AT89S8252 Mikrocontroller (MC). Es besteht aus einem 8-KB-ROM, einem 2-KB-EEPROM, einem 256-Byte-RAM, vier I/O-Ports, drei Timern/Zählern (T/CO-T/C2), einem Watchdog-Timer, einem Taktgenerator und anderen Komponenten. Bei Verwendung von T/C als Zähler externer Impulse darf die Zählfrequenz nicht mehr als 1/24 der Frequenz des Taktgenerators betragen. Es ist möglich, die Zählfrequenz beispielsweise durch Einschalten eines schnellen Teilers am Eingang zu erhöhen, dies erfordert jedoch die Einführung von Schaltknoten. In dem beschriebenen Gerät werden zur Erhöhung der Zählfrequenz am Eingang Hochgeschwindigkeitszähler der Serie KR1554 verwendet, wodurch sich die Zählfrequenz um das 256-fache erhöht und theoretisch 128 MHz erreichen kann (mit einem Quarzresonator bei einer Frequenz von 12 MHz). Bei Verwendung von KR1554IE18-Chips (DD2, DD3) beträgt die maximale Frequenz 110 MHz. Nachdem Eingang 9 von MK DD1 mit Strom versorgt wird, wird ein Reset-Signal erzeugt, dessen Dauer durch die Parameter der R1C3-Schaltung bestimmt wird. Die Diode VD1 dient dazu, den Kondensator C3 nach dem Ausschalten der Stromversorgung schnell zu entladen. Zu Beginn des Programms wird die HG1-Anzeige angepasst. In diesem Fall wird sein Puffer gelöscht, die Anzeige des Cursors und das Blinken sind verboten. Um die Anzahl der zum Schreiben von Informationen auf die Anzeige erforderlichen E/A-Leitungen zu reduzieren, ist die Busgröße auf 4 Bit eingestellt. Anschließend werden die Betriebsarten des T/C eingestellt, die notwendigen Unterbrechungen behoben und die Betriebsart und Frequenz des Generators wiederhergestellt, die vor der vorherigen Abschaltung des Gerätes waren. In allen Modi arbeitet T/CO als Timer. Es ist so programmiert, dass es 50 Mal pro Sekunde überläuft und abbricht. Während der Interrupt-Verarbeitung wird die Tastatur abgefragt und beispielhafte Signale generiert, damit das Gerät im Frequenzzählermodus arbeitet. Das Zurücksetzen der Zähler DD2, DD3 erfolgt synchron mit der Flanke des Signals am Eingang C auf der Ebene log. 0 am Eingang R. Dieser Umstand erfordert widersprüchliche Anforderungen an die Dauer des Reset-Signals. Um die Zählrate zu erhöhen, muss diese einerseits ausreichend klein sein, andererseits darf es bei einer solchen Dauer nicht zu einem Reset bei niedriger Frequenz des Eingangssignals kommen. Um diesen Widerspruch bei diesem Gerät zu beseitigen, wurde beschlossen, vollständig auf das Reset-Signal zu verzichten. Nach jeder Messung werden die Zustände der Zähler gespeichert und vom Ergebnis der Folgemessung abgezogen. Die T/C1-Betriebsmodi hängen vom Betriebsmodus des Instruments ab und werden unten beschrieben. Der Wecker ist auf einem DD4-Chip aufgebaut. Es enthält alle Knoten, die zum Zählen von Stunden, Minuten, Sekunden, Wochentagen, Tagen, Monaten und Jahren erforderlich sind. Außerdem stehen 56 Byte RAM zum Schreiben und Lesen zur Verfügung. Bei angeschlossenem G1-Element (z. B. CR2032) kann die Mikroschaltung bis zu 10 Jahre lang arbeiten und alle aufgezeichneten Daten im Speicher behalten. Die erforderliche Genauigkeit der Uhr wird durch einen Abstimmkondensator C4 eingestellt, der Kontrast der auf dem Display angezeigten Informationen wird durch einen Abstimmwiderstand R5 eingestellt. Mit der Taste SB 17 wird die LED-Hintergrundbeleuchtung des Displays bei Dunkelheit eingeschaltet. Durch Drücken der „F“-Taste wird das Gerät in den Frequenzmessmodus geschaltet, Periodenmessungen – durch die „P“-Taste, Generator – durch die „G“-Taste. Mit denselben Tasten schalten sie beim Drücken der Taste „S“ jeweils die Modi zum Zählen der Eingangsimpulse, die Uhr und den Wecker ein. Sowohl beim Drücken der Taste als auch beim Auslösen des Alarms ertönt vom BQ1-Sender ein akustisches Signal. Das beim Drücken der Taste erzeugte Signal wird durch die Trennung von Pin 4 des DD1-Chips ausgeschaltet, und das Signal, das ertönt, wenn der Alarm ausgelöst wird, ist Pin 3. Betrachten Sie den Betrieb des Geräts in verschiedenen Modi genauer. Das Gerät wechselt in den Frequenzmessmodus, wenn der Strom eingeschaltet wird und wie erwähnt auch nach Drücken der Taste SB13 („F“). In diesem Modus ist der T/C1 so programmiert, dass er als Eingangsimpulszähler fungiert. Nach 1 s wird das Zählergebnis in der oberen Zeile des Displays angezeigt (Abb. 2a). Gleichzeitig wird die Signalperiode berechnet und das Ergebnis in der unteren Zeile angezeigt.
Manchmal, zum Beispiel beim Abstimmen eines Oszillators mit sanfter Abstimmung auf eine bestimmte Frequenz, ist es zweckmäßig, mehr als einmal pro Sekunde, aber häufiger, zu messen. Dieses Gerät verfügt über einen Modus, in dem Messungen zehnmal häufiger durchgeführt werden (alle 10 s). Das Messergebnis wird fünfmal pro Sekunde angezeigt. Die Auflösung reduziert sich in diesem Fall auf 0,1 Hz. Der Übergang in diesen Modus erfolgt durch Drücken der Taste SB10 („R“). In diesem Fall wird anstelle der letzten Ziffer des gemessenen Frequenzwerts das Zeichen „*“ angezeigt. Um zum normalen Frequenzmessmodus zurückzukehren, drücken Sie die Taste SB12 („B“). Die Reaktionszeit auf einen Interrupt hängt vom ausgeführten Befehl ab und kann mehrere Mikrosekunden erreichen. Um den daraus resultierenden Fehler zu beheben, wird der MC nach Durchführung der aktuellen Aktionen in einen Modus mit reduziertem Stromverbrauch überführt. In diesem Modus stoppt der Prozessor, aber alle Peripheriegeräte funktionieren weiterhin. Wenn ein Interrupt auftritt, werden alle notwendigen Aktionen ausgeführt und der MK wird wieder in den Energiesparmodus versetzt. Die Interrupt-Reaktionszeit ist in diesem Fall immer gleich und kann bei der Bildung von Zeitintervallen problemlos berücksichtigt werden. Im Periodenmessmodus ist der Timer/Zähler T/C1 so programmiert, dass er die vom internen Teiler kommenden Impulse zählt. Ihre Wiederholrate beträgt V12 der Generatorfrequenz, also 1 MHz. Die Auflösung des Kontos erfolgt aus dem Eingang INT1 (vyv. 13) DD1: mit einem Protokoll. 1 an diesem Eingang ist die Impulszählung mit Protokollierung aktiviert. 0 – deaktiviert. Im Moment des Pegelunterschieds von 1 auf 0 wird ein Interrupt generiert, bei dessen Verarbeitung das Zählergebnis in der unteren Zeile des Displays angezeigt wird (Abb. 2, b). Gleichzeitig wird die Frequenz des Signals berechnet (auf Tausendstel genau) und das Ergebnis in der oberen Zeile des Displays angezeigt. Es wird nicht empfohlen, am Eingang des Geräts ein Signal mit einer Frequenz von mehr als 10 kHz anzulegen, da die Interrupt-Verarbeitung vom INT1-Eingang fast die ganze Zeit in Anspruch nimmt und keine Zeit mehr für die Ergebnisverarbeitung und Abfrage bleibt die Tastatur. Im Eingangsimpulszählmodus ist der T/C1 auch so programmiert, dass er als externer Impulszähler arbeitet. Das Zählergebnis (Abb. 2c) wird 50 Mal pro Sekunde auf dem Bildschirm angezeigt. Durch Drücken der Taste SB8 („B“) stoppen Sie ggf. die Impulszählung (in diesem Fall erlischt das „>“-Zeichen). Durch erneutes Drücken der SB8-Taste wird die Abrechnung fortgesetzt. Um den Zähler zurückzusetzen, verwenden Sie die Taste SB12 („R“). Es ist zu berücksichtigen, dass die Reaktion auf das Drücken einer beliebigen Taste nach 100 ms erfolgt (die Zeit, die zur Unterdrückung des Kontaktprellens benötigt wird). Der Wert der Frequenz der erzeugten Impulse wird über die digitalen Tasten „0“ – „9“ eingegeben. Durch Drücken der Taste SB8 („B“) wird die Ziffer ganz rechts entfernt. Die obere Zeile des Indikators (Abb. 2d) zeigt die gewählte Frequenz an, die untere Zeile zeigt die tatsächliche Frequenz des Generators, die durch die Formel 3000000/T bestimmt wird (T variiert von 1 bis 65535). Wenn wir also beispielsweise die Zahl 55000 eingeben, erhalten wir tatsächlich 55555.555 (3000000/54). Wenn Sie die Taste SB12 („R“) drücken, ändert sich die Generatorfrequenz. Bei einer Frequenz von 46 Hz bis 3 MHz arbeitet T/C2 im Generatorbetrieb. Sein Ausgang ist mit Pin 1 DD1 verbunden. T/C2-Überlauf-Interrupts sind deaktiviert. Bei niedrigeren Frequenzen (1 bis 45 Hz) wird T/C2 als Timer mit aktivierten Interrupts verwendet. Ihre Frequenz hängt von der eingestellten Frequenz des Generators ab und liegt im Bereich 16...90 Hz. Im Bereich von 8 ... 45 Hz wird das Signal an Pin P1.0 bei jedem Überlauf von T / C2 invertiert (die Ausgangssignalfrequenz ist zweimal niedriger als die Unterbrechungsfrequenz). Bei Frequenzen von 1 ... 7 Hz wird das Signal je nach Frequenz 2, 3, 5 oder 8 Mal invertiert. Der Interrupt von T/C2 hat eine niedrige Priorität, da sonst der Fehler zunimmt, wenn das Gerät im Frequenzzählermodus arbeitet. Dabei kann die Periode des Ausgangssignals geringfügig (um einige Mikrosekunden) vom berechneten Wert abweichen. Das Signal am Ausgang des Generators liegt unabhängig von der Betriebsart des Gerätes an. Wenn die Frequenz auf 0 Hz eingestellt ist, wird der Generator ausgeschaltet. Die aktuelle Uhrzeit wird mit den Tasten „1“ (Stunden), „2“ (Minuten), „3“ (null Sekunden), „4“ (Wochentag), „5“ (Tag), „6“ eingestellt. (Monat) und „7“ (Jahr), während Sie die Taste „B“ (wenn die Messwerte erhöht werden müssen) oder „R“ (wenn sie verringert werden müssen) drücken. Die Anzeige im Uhrmodus ist in Abb. dargestellt. 2, d. Im beschriebenen Gerät befinden sich fünf Wecker. Für jeden von ihnen können Sie die Stunde, die Minute und den Wochentag einstellen. Wechseln Sie den Alarm, indem Sie die Taste „0“ drücken. Die Eingabe der Betriebszeit erfolgt auf die gleiche Weise wie oben beim Einstellen der Uhr beschrieben. Der Wochentag wird mit den Tasten „3“ – „9“ eingestellt („3“ – Montag, „4“ – Dienstag, ... „9“ – Sonntag). Bei erneutem Drücken der Taste verschwindet das Symbol des entsprechenden Tages aus der Anzeige. Beispiele für die Einstellung von Alarmen sind in Abb. 2 dargestellt. 1, f-h. Im ersten Fall ertönt Alarm 6 wochentags um 30:2 Uhr, im zweiten (Alarm 8) – am Wochenende um 00:3 Uhr, im dritten (Alarm 18) – täglich um 42:17 Uhr. Bitte beachten Sie, dass Alarme nur funktionieren, wenn sich das Gerät im Uhrmodus befindet. Sie können das Tonsignal durch Drücken einer beliebigen Taste ausschalten (außer natürlich SBXNUMX). Tabelle mit Codes "Firmware" ROM MK im Hex-Format Ein paar Worte zu den Details. Die Mikroschaltungen KR1554IE18 sind durch ihre Gegenstücke der Serien K555, KR1533 und bei entsprechender Änderung der Schaltung auch durch andere Zähler der Serien K555, KR1533, K531, KR1554 austauschbar. Abhängig von den verwendeten Zählern liegt die maximale Zählfrequenz im Bereich von 20 ... 128 MHz. Anstelle der im Diagramm angegebenen kann auch der Indikator DV16252 verwendet werden. Der Zweck seiner Pins ist der gleiche wie beim DV16230S1FBLY/R, es ist lediglich notwendig, die Power-Pins 1 und 2 zu vertauschen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Instrument zu kalibrieren. 1. Nachdem Sie das Gerät in den Frequenzmessmodus geschaltet haben, legen Sie ein bekanntes Frequenzsignal an den Eingang an und stellen Sie diesen Wert mit einem Abstimmkondensator C1 auf der Anzeige ein. Je höher die Frequenz des Eingangssignals ist, desto genauer wird das Gerät abgestimmt. 2. Nachdem Sie einen beispielhaften Frequenzmesser parallel zum Eingang des Geräts angeschlossen und in den Frequenzmessmodus gewechselt haben, legen Sie ein Signal an den Eingang an. Stellen Sie durch Ändern der Kapazität des Kondensators C1 sicher, dass die Messwerte der Instrumente übereinstimmen. Wie im ersten Fall gilt: Je höher die Frequenz des Eingangssignals, desto genauer können Sie das Gerät abstimmen. 3. Schalten Sie das Gerät in den Periodenmessmodus, legen Sie ein bekanntes Frequenzsignal an den Eingang an und stellen Sie mit dem Kondensator C1 den gewünschten Wert ein. Je länger die Periode des Eingangssignals ist, desto genauer ist die Geräteeinstellung. Bei dieser Kalibrierung ist es zweckmäßig, ein 1-Hz-Signal einer elektronischen Uhr zu verwenden. 4. Nachdem Sie am Ausgang des Generators eine Frequenz von 3 MHz eingestellt haben, legen Sie ein Signal an den Eingang des beispielhaften Frequenzmessers an. Stellen Sie die Frequenz durch Ändern der Kapazität des Kondensators C1 auf 3 MHz ein. Autor: A. Piskaev, Orel
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