Частотомер — цифровая шкала

Схема цифровой шкалы — частотомера

А. Денисов г. Тамбов (RA3RBE)

При работе на любительской радиостанции перед радиолюбителем часто встает необходимость точно знать частоту, на которую настроен его трансивер или приемник для того, чтобы не уйти за пределы диапазона или для точной настройки на заранее оговоренную частоту. Механические шкалы не дают такой возможности поэтому приходится конструировать электронные шкалы. В настоящее время разработано большое количество электронных шкал и частотомеров, при разработке которых используются микросхемы разной степени интеграции. Зачастую это сложные устройства, насчитывающие несколько десятков микросхем. Эти конструкции довольно сложны для повторения из-за того, что в сложной схеме гораздо выше возможность допустить ошибку на всех этапах – от публикации до монтажа.

Принципиальную схему частотомера можно предельно упростить, если построить ее на базе процессора PIC16F84 фирмы Microchip (http://www.microchip.com/). Этот процессор обладает высоким быстродействием, широкими функциональными возможностями. Встроенное энергонезависимое запоминающее устройство позволяет записывать и оперативно изменять величину промежуточной частоты цифровой шкалы.

При работе над своим частотомером я поставил перед собой задачу создания максимально простой конструкции, несложной в повторении, учитывающей ошибки и недочеты допущенные при конструировании аналогичных устройств.

Вашему вниманию предлагается частотомер – цифровая шкала, в котором вся работа по измерению, преобразованию и динамической индикации перенесена на программное обеспечение, а аппаратная часть содержит всего две микросхемы.

Устройство выполняет следующие функции:

  • Семиразрядного частотомера с индикацией частоты в десятках герц в младшем разряде индикатора
  • Цифровой шкалы радиолюбительского трансивера (приемника). В этом режиме к измеренному значению прибавляется или вычитается значение промежуточной частоты, записанное в энергонезависимую память PIC процессора.

1. Принципиальная схема.

2. Печатная плата. Конденсатор С1 — 47.0 мкф , С2 — 0.1 мкф

Максимальная измеряемая частота .………………30 мгц
Максимальное разрешение измеряемой частоты…10 Гц,
Чувствительность по входу………………………….250 мВ
Напряжение питания ………………………………. 8…12 В,
Потребляемый ток………………………………….. 35 мА,

Принципиальная схема частотомера — цифровой шкалы приведена на рис 1. Она состоит из:

  • формирователя входного сигнала, выполненного на транзисторе VT1. Сигнал измеряемой частоты, поданный на вход J5, ограничивается, усиливается и подается на вход PIC процессора для измерения;
  • центрального процессора U1, выполняющего функции измерения, расчета, преобразования, управления динамической индикацией и динамического опроса входных сигналов. Выводы J3 и J4 используются для выбора режима цифровой шкалы. Тактовая частота процессора определяется кварцевым резонатором Y1 и может изменяться в небольших пределах конденсаторами C3 и C4.
  • светодиодного индикатора U2 для отображения частоты.
  • микросхемы U3 – дешифратора позиции отображаемой цифры.
  • Интегрального стабилизатора питающего напряжения U4. Напряжение питания частотомера величиной 8..12 вольт подается на выводы J1(+) и J2(-)

Функции устройства реализованы следующим образом:

  • При отключенных выводах J3 и J4 работает как частотомер (режим измерения);
  • При подаче лог. “0” на вывод J3 складывает измеренные значения с заранее записанной в энергонезависимую память константой (цифровая шкала);
  • При подаче лог. “0” на вывод J4 вычитает по модулю эту константу из измеренного значения(цифровая шкала);
  • При подаче лог. “0” одновременно на выводы J3 и J4 через 1 сек. шкала перейдет в режим записи константы, отобразит на индикаторе букву «F» и измеренную частоту.
  • Повторная подача лог. «0» на J3 и J4 приведет к записи замеренного значения в энергонезависимую память процессора и возврату в режим измерения. После этого новая константа будет использоваться в качестве величины промежуточной частоты.
  • Данный режим сделан для того, чтобы пользователи могли сами устанавливать величину ПЧ в своей шкале без перепрограммирования PIC процессора. По умолчанию в тексте программы записана величина ПЧ равная 5.5 мгц.

Прим. логическому “0” соответствует потенциал 0 вольт (“земля”).

Конструкция выполнена на односторонней печатной плате размерами 57 х 67 мм. Эскиз печатной платы приведен на рис.2 , однако предельная простота конструкции позволяет легко повторить ее даже на макетнице.

Правильно собранный частотомер — цифровая шкала с правильно запрограммированным PIC процессором почти не требует настройки. Минимальная настройка заключается в подаче на вход частотомера эталонной частоты и подстройки конденсатора C3 до получения правильных показаний на индикаторе. При этом возможно потребуется корректировка емкости конденсатора C4.

Теперь немного информации для тех, кто не имеет большого опыта работы с PIC процессорами.

Для транслирования исходного текста программы в машинный код процессора использовался широко распространенный, бесплатный ассемблер MPASM, для программирования – программатор PIX, так же бесплатный и доступный на многих серверах. Сушествует много других ассемблеров и программаторов, однако эти наиболее доступны для пользователей с небольшим опытом. Их можно скачать с моей. Схемы аппаратной части программатора находятся в файле программатора PIX.

Архивы MPASM и PIX распаковываем в разных директориях MPASM и PIX соответственно, файл DIGSCAL.ASM с исходным текстом программы частотомера переписываем в директорию ассемблера MPASM.

1. Трансляция исходного текста

Набираем команду MPASM DIGISCAL.ASM. После выполнения программы на экране дисплея должно быть следующее:

MPASM 01.40 Released © 1993-96 Microchip Technology Ink./Byte Craft Limi

Checking c:MPASMDIGISCAL.ASM for symbols…
Assembling…
DIGISCAL.ASM 639
Building files…

Errors : 0
Warnings : 0 reported 0 suppressed
Messages : 0 reported 0 suppressed
Lines assembled : 638

Press any key to continue.

Отсутствие сообщения об ошибках и предупреждений говорит о том, что программа оттранслирована правильно. После трансляции в директории MPASM появятся несколько файлов с именем DIGISCAL и разными расширениями. Файл DIGISCAL.HEX и есть тот файл, который будет записан в PIC процессор.

2. Программирование PIC процессора

2.1. Переходим в директорию PIX, запускаем программу PIX.EXE, подключаем к разъему COM2 аппаратную часть программатора с вставленным PIC процессором (рис.3).

2.2. Даем команду F7 (Erase) – стираем ранее записанную информацию, т.к. новые микросхемы заполнены нулями, которые нужно «стереть». Микросхема без информации заполнена 3FFF, а ее энергонезависимая память FF. После стирания в этом можно убедиться, посмотрев содержимое памяти командой F4 (Read).

2.3. Даем команду F3 (File) и выбираем файл DIGISCAL.HEX из директории MPASM.

2.4. Последняя команда – F9 (Blow) – запись микросхемы.

После завершения процесса программирования появляется надпись “All loaded Areas Blown OK 1195 mSec”, последняя цифра может отличаться в зависимости от быстродействия компьютера.

2.5. Отключаем аппаратную часть программатора от порта COM2 и выгружаем программатор командой ALT-X.

Микросхема запрограммирована и готова к работе в частотомере.

Правильно собранный частотомер — цифровая шкала с запрограммированным PIC процессором почти не требует настройки. Минимальная настройка заключается в подаче на вход частотомера эталонной частоты и подстройки конденсатора C3 до получения правильных показаний на индикаторе. При этом возможно потребуется корректировка величины C4.

Программу для самостоятельного программирования PIC процессора можно взять здесь.

При разработке схемы и программного обеспечения использованы данные конструкции Peter Halicky OM3CPH.

Обо всех замеченных недостатках прошу сообщать по адресу

Частотомер — цифровая шкала с LCD индикатором 16×1

Этот цифровой частотомер разработан на основе моей старой конструкции Частотомер — цифровая шкала с LCD (ЖКИ). Прототип был изготовлен в далеком 2001 г., с тех пор его повторили и до сих пор используют многие радиолюбители. Несмотря на то, что за прошедшие годы появилось много новых разработок, прибор ничуть не устарел и по совокупности параметров вполне может конкурировать с любым современным частотомером своего класса.

А вернулся я к нему по одной простой причине. Дело в том, что LCD индикатор KO-4B, который я использовал, в настоящее время снят с производства и приобрести его очень сложно. А у меня возникла необходимость изготовить еще один экземпляр этого частотомера. Можно, конечно, собрать аналог индикатора на LED и AVR, но это как-то очень уж нерационально.

В общем, появилась новая разработка. В частотомере я использовал самый распространенный в настоящее время символьный индикатор WH1601A — 16 символов в 1 строке производства фирмы Winstar, но можно использовать и LCD индикатор 16 символов в 2 строки. Графические возможности этого индикатора гораздо больше, чем у KO-4B, было бы неразумно их не использовать.

Кроме того, за прошедшие годы радиотехника существенно продвинулась в сторону высоких частот. Поэтому я увеличил разрядность математики в программе, что позволило поднять верхнюю границу измеряемых частот до аппаратного предела, определяемого быстродействием PIC и внешнего СВЧ делителя. Быстродействие PIC, кстати, тоже выросло. Если внутренний счетчик PIC16F84 работал до частот, не более 40. 45 МГц, то в современном PIC16F628A он уверенно считает до 90. 95 МГц. Если использовать внешний СВЧ делитель на 256, верхняя измеряемая частота может быть более 20 ГГц!

Как и прототип, этот частотомер может быть использован как универсальный измерительный прибор или в качестве цифровой шкалы связной и радиоприемной аппаратуры всех типов. С прибором можно использовать до трех внешних делителей с различными коэффициентами деления в пределах 2. 256. Номер подключенного в данный момент делителя определяется автоматически.

При использовании частотомера в качестве цифровой шкалы в его энергонезависимую память можно записать до 3 значений промежуточных частот в диапазоне от 0 до 1 ГГц. Их значения вводятся с точностью до 10 Гц и в любой момент могут быть изменены пользователем с помощью 3-х кнопок, расположенных на передней панели прибора.

В частотомере предусмотрена возможность программной калибровки, что позволяет использовать любые кварцевые резонаторы в диапазоне 2. 20 МГц. Значения всех промежуточных частот, коэффициенты деления используемых внешних делителей, а также калибровочные константы могут изменяться пользователем без применения каких-либо дополнительных устройств. Принцип действия частотомера классический: измерение количества импульсов входного сигнала за определенный интервал времени.

Принципиальная схема прибора показана на рис.1. При использовании указанных на схеме деталей входной формирователь имеет полосу пропускания 1 Гц. 100 МГц, входное сопротивление 500 ком и чувствительность около 100 МВ.

Управление частотомером — цифровой шкалой осуществляется с помощью 3-х кнопок SB1 . SB3, размещенных на передней панели. Они служат для переключения времени измерения. При нажатии на SB1 включается предел 0,1 сек, а при нажатии на SB2 или SB3 — 1 cек или 10 сек соответственно.

С помощью этих же кнопок можно ввести коэффициенты деления до 3-х используемых с прибором делителей. Это может оказаться полезным при проведении измерений в широком диапазоне частот. Например, первый делитель работает в диапазоне 500 МГц. 2 ГГц, а второй — 30 МГц. 500 МГц и они имеют разный коэффициент деления. При смене делителя прибор автоматически будет учитывать смену его коэффициента деления при расчете показаний.

Для калибровки прибора достаточно просто ввести истинную частоту генерации кварца. В любительских условиях наибольшей точности можно добиться, если измерить ее с помощью SDR приемника. Достаточно поднести антенну приемника к кварцу. При этом влияние на частоту генерации кварца минимально, и точность измерения может достигать +/- 1 Гц, если приемник предварительно откалибровать по сигналам радиостанций, вещающих на эталонных частотах.

Долговременная точность и стабильность показаний будут определяться стабильностью частоты кварцевого генератора. Конечно, нельзя требовать от внутреннего генератора PIC контроллера «суперпараметров». Но ведь для любительских целей они чаще всего и не нужны. Однако, если необходима высокая точность измерений и долговременная стабильность, в качестве опорного лучше использовать внешний термостатированный генератор.

Читайте также  Как достать нужную информацию?

Более подробно особенности наладки и работы с прибором, а также методика калибровки описаны в подробном описании.

Частотомер — цифровая шкала

Прибор работает в режиме частотометра или цифровой шкалы приемника или трансивера. Максимальный диапазон измерения до 50 МГц. Индикация пятиразрядная с автоматическим выбором предела измерения. Выбор предела измерения сопровождается перемещением десятичной запятой. Индикация может быть как в «МГц» так и в «кГц». При индикации в «кГц» децимальная запятая мигает, при индикации в «МГц» — горит постоянно.

В режиме цифровой шкалы прибор может измерить значение промежуточной частоты, например, по измерению частоты опорного генератора SSB-формирователя или SSB-демодулятора. Затем это значение запоминается и может либо вычитаться из результата измерения частоты генератора плавного диапазона, либо складываться с ним. При работе с приемником прямого преобразования — режим работы как у простого частотомера.

Рис.1 Принципиальная схема частотомера

Принципиальная схема показана на рис1. Входной сигнал поступает на предварительный усилитель на VT1 и VT2. Полевой транзистор VT1 дает большое входное сопротивление, поэтому частоту можно подавать даже с колебательного контура генератора, -влияние минимально. Каскад на VT2 дает усиление по напряжению. Усилитель требует налаживания, — нужно чтобы напряжение на коллекторе VT2 было равно 2,5V. Его выставляют подбором сопротивления R3. При работе в качестве лабораторного частотомера нужно на входе поставить дополнительный диодный ограничитель.

Прибор сделан на основе микроконтроллера PIC16F628. Индикация осуществляется на пятиразрядном дисплее из пяти одноцифровых семисегментных светодиодных индикаторов с общим катодом. Индикация динамическая. Семисегментные коды с портов RB поступают на соединенные вместе сегментные выводы пяти индикаторов. Динамический опрос осуществляется с четырех портов RA0-RA3. Из-за недостатка портов дополнительный вывод на пятый индикатор образован при помощи транзистора VT3, резистора R6 и диодов VD1-VD4 , логика работы такова, что когда ни на одном из выходов RA0-RA3 не будет лог.0, , то есть, тогда, когда на всех портах RA0-RA3 есть логические единицы будет работать 5 индикатор.
Порт RA4 настроен как вход. Входом является и порт RA5, но это вход управления.

Там подключена кнопка S1 при помощи которой осуществляется ввод частоты, которую нужно вычитать или складывать с результатом измерения. При работе чисто как частотомер эту кнопку можно исключить.

Настройка цифровой шкалы

При работе в качестве цифровой шкалы требуется ввод значения ПЧ, на которую нужно делать поправку. Сначала нужно нажать кнопку S1 и удерживать её до тех пор пока не появится на дисплее «PROG». Затем отпустить кнопку. Управление меню осуществляется быстрыми (перемещение по меню) и продолжительными (выбор) нажатиями этой кнопки.
Есть несколько разделов меню: «OUT» — при его выборе прибор выходит из меню без изменений.
«ADD» — сохранение измеренной частоты на сложение.
«SUB» — сохранение измеренной частоты на вычитание.
«ZERO» — сброс частоты, прибор будет показывать частоту без коррекции на ПЧ.
И так, чтобы сделать коррекцию на ПЧ нужно сначала измерить эту ПЧ. То есть, подаете на вход прибора именно такую частоту, например, с опорного генератора или может быть с лабораторного генератора, на котором нужно установить частоту равную частоте ПЧ конкретного аппарата, в котором шкала будет работать.

И так, чтобы сделать коррекцию на ПЧ нужно сначала измерить эту ПЧ. То есть, подаете на вход прибора именно такую частоту, например, с опорного генератора или может быть с лабораторного генератора, на котором нужно установить частоту равную частоте ПЧ конкретного аппарата, в котором шкала будет работать.
Затем, нажимаете S1 продолжительно пока не появится «PROG». Далее короткими нажатиями переходите на «ADD» если данную частоту нужно прибавлять или на «SUB» если данную частоту нужно вычитывать. Длинным нажатием подтверждаете свой выбор. Вот и все. Теперь прибор при измерении будет делать поправку на ПЧ, которую вы задали.
Индикаторы можно применить любые, которые имеются в наличии. Нужны светодиодные семисегментные цифровые индикаторы с общим катодом. Резисторы R7-R14 необходимо подобрать по требуемой яркости индиуаторов.

Диапазон автоматического переключения измерения индикатора.

Частотный диапазон Отображение Время счета Десятичная запятая
0 . 9.999 кГц X.XXX 1 сек мигает (что означает «кГц»)
10 . 99.999 кГц XX.XXX 1/2 сек мигает
100 . 999.99 кГц XXX.XX 1/4 сек мигает
1 . 9.9999 МГц X.XXXX 1/4 сек горит постоянно (что означает «МГц»),
10 . 50.000 МГц XX.XXX 1/4 сек горит постоянно

Потребление.

С резисторами R7-R14 390 Ом устройство потребляет ток около 40 мА. С резисторами R7-R14 1 кОм (как указано на схеме) устройство потребляет менее 20 мА (Индикаторы SC39-11). Сам микроконтроллер потребляет около 4 мА.

Платы

Рис.2 Печатная плата частотомера

Внешний вид

Рис.3 Внешний вид частотомера

Литература

2. Горчук Н.В. Журнал Радиоконструктор, №2, 2011г

В архиве исходник и файлы прошивки. Так же имеется версия_1 для 4 индикаторов. (Наша прошивка — counter2.hex)

Частотомер — цифровая шкала

Частотомер – цифровая шкала с LCD (ЖКИ) индикатором 16×1 конструкции RA4NAL (есть возможность переключения режимов +ПЧ и -ПЧ от внешнего контакта)

Частотомер разработан радиолюбителем Николаем Петровичем Хлюпиным (RA4NAL) и заслуживает особого внимания. Подробное описание конструкции выложено на сайте автора здесь http://ra4nal.qrz.ru Кроме того, там Вы сможете найти информацию по другим его конструкциям. Данная конструкция опубликована с любезного разрешения автора и, надеюсь, заинтересует радиолюбителей. Его принципиальная схема приведена здесь и на чертеже ниже. Описание работы и последовательность настройки подробно описаны здесь и на сайте автора здесь.

Этот частотомер может быть использован как универсальный измерительный прибор или в качестве цифровой шкалы связной и радиоприемной аппаратуры всех типов. Быстродействие современных PIC контроллеров позволяет непосредственно измерять частоты до 90 МГц, даже чуть более. С внешним СВЧ делителем верхняя граничная частота может достигать 20 ГГц. С прибором можно использовать до трех внешних делителей с различными коэффициентами деления в пределах 2…256. Номер подключенного в данный момент делителя определяется автоматически. При использовании частотомера в качестве циф ровой шкалы в его энергонезависимую память можно записать до 3 значений промежуточных час тот в диапазоне от 0 до 1 ГГц. Их значения вводят ся с точностью до 10 Гц и в любой момент могут быть изменены пользователем с помощью 3-х кно пок, расположенных на передней панели прибора. При этом показания индикатора будут опреде ляться формулой:

Вычитание осуществляется по абсолютной величине, т.е. из большего значения вычитается мень шее. При использовании прибора в качестве циф ровой шкалы время измерения может быть 0,1 сек или 1 сек. Предел 10 сек предназначен для прове дения точных измерений относительно низких час тот. Для цифровой шкалы такая точность не нужна, поэтому показания на пределе 10 сек всегда опре деляются формулой: [Fвх*Кд]. В частотомере предусмотрена возможность про граммной калибровки, что позволяет использовать любые кварцевые резонаторы в диапазоне 2. 20 МГц. Значения всех промежуточных частот, коэф фициенты деления используемых внешних делите лей, а также калибровочные константы могут изме няться пользователем без применения каких-либо дополнительных устройств. Принцип действия час тотомера – классический: измерение количества импульсов входного сигнала за определенный ин тервал времени. Принципиальная схема прибора приведена на рисунке выше . При использовании указанных на схеме де талей входной формирователь имеет полосу про пускания 1 Гц. 100 МГц, входное сопротивление 500 ком и чувствительность около 100 мВ. Диоды VD2, VD3 защищают полевой транзистор от выхо да из строя при попадании на вход высокого на пряжения. Высокие параметры входного формиро вателя при сравнительно простой схеме и питании только от одного источника 5 В удалось получить благодаря применению КМОП триггера Шмитта DD2 типа 74AC14. Управление прибором осуществляется с помо щью 3-х кнопок SB1 . SB3, размещенных на печатной плате . Они служат для переключения вре мени измерения. При нажатии на SB1 включается предел 0,1 сек., а при нажатии на SB2 или SB3 – 1 cек. или 10 сек. соответственно. Новое значение на индикаторе появится через 0,1; 1 или 10 сек. после отпускания SB1, SB2 или SB3. Если нажать и удерживать одну из этих кнопок, текущее значение частоты зафиксируется на индикаторе. В приборе использован один из самых распространенных в настоящее время индикаторов типа WH1601A фирмы «Winstar». Он имеет одну строку 16 символов, но можно применить и WH1602A, в котором две строки по 16 символов, информация будет выводиться в верхнюю строку. Выводы RB0 и RB1 контроллера соединены с контактными площадками на плате. Они служат для выбора одного из 3 заранее запрограммированных значений ПЧ. Соответствующий номер ПЧ набирается в коде 1-2 соединением этих площадок с общим проводом. Если ни один из выводов RB0, RB1 не соединен с землей, ПЧ = 0 (режим частотомера). При необходимости на плату можно установить джамперы или DIP переключатели для выбора ПЧ. Выводы RB2 и RB3 подсоединены контактам 1 и 4 разъема X2, к которому подключается СВЧ делитель. На ответной части разъема между этими контактами и общим проводом могут быть установлены перемычки. Таким образом автоматически определяется подключение делителя и его номер. Разомкнутое состояние контактов 1 и 4 разъема X2 соответствует работе прибора без внешнего СВЧ делителя. Замыкая эти контакты с общим проводом (контакт 2) можно выбрать один из 3-х делителей. Это может оказаться полезным при проведении измерений в широком диапазоне частот. Например, первый делитель работает в диапазоне 500 МГц. 2 ГГц, а второй – 30 МГц. 500 МГц и они имеют разный коэффициент деления. При смене делителя прибор автоматически будет учитывать смену его коэффициента деления при расчете выводимых на дисплей показаний.
При использовании делителя меняется цена младшего разряда индикатора следующим образом:
Время измерения Без делителя Кд=1. 20 Кд=21. 256
0,1 сек 10 Гц 100 Гц 1 КГц
1 сек 1 Гц 10 Гц 100 Гц
10 сек 0,1 Гц 1 Гц 10 Гц
Транзистор VT1 — полевой с изолированным затвором, каналом n-типа и напряжением затвористок 0. 2 В при токе стока 5 МА — КП305А,Б,В; КП313А,Б; VT2, VT3 — КТ316, КТ368 и др. с граничной частотой не менее 600 МГц. DD1 – типа 74AC14. Неиспользуемые входы всех элементов DD1 подключены к +5 В. Применение ТТЛ аналогов в данной схеме недопустимо, т.к. это резко снизит верхнюю границу рабочих частот до 10. 15 МГц. Светодиоды HL1. HL3 красного цвета свечения. Для DA1 возможно потребуется небольшой радиатор.

Разъемы X2 и X3 крепятся на корпусе прибора. X2 – типа СШ5, такие разъемы широко применялись в бытовой радиоаппаратуре конца прошлого века. Сейчас они редко используются. А зря, хорошие были разъемы… X3 – стандартный, типа BNC. Печатная плата частотомера показана на фото. Большая часть пассивных компонентов это выводные детали, а для поверхностного монтажа типоразмеров 1206. Индикатор HG1, кнопки SB1. SB3 и светодиоды индикации предела HL1. HL3 размещаются со стороны монтажа. Несмотря на малый уровень помех, излучаемых прибором, его все же желательно экранировать, особенно если он будет использоваться в качестве цифровой шкалы совместно с приемником. В качестве блока питания можно использовать любой не стабилизированный источник напряжением 7,5. 14 В и током до 200 мА. Импульсный или бестрансформаторный блок питания применять не рекомендуется. В контроллер должен быть запрограммирован файл chlcd16x1.hex, если используется индикатор 16 символов, 1 строка или chlcd16x2.hex для индикатора 16 символов, 2строки. Слово конфигурации включено в прошивку.
Налаживание частотомера заключается в установке оптимальной контрастности символов на индикаторе вращением движка R20 и необходимой яркости подсветки подбором номинала R19. Ток через светодиоды подсветки не должен превышать 100 мА, в современных индикаторах достаточно 30…50 мА. Во входном формирователе нужно установить ток транзисторов VT1, VT2 около 5 мА. Этого добиваются подбором номинала R2 или R3. Напряжение на коллекторе VT2 должно быть примерно +3,6 В. Затем резистором R7 добиваются максимальной чувствительности прибора на высоких частотах. Напряжение на коллекторе VT3 должно быть при этом около 2,5 В. После После изготовления и проверки работоспособности частотомера необходимо выставить все необходимые значения его параметров. Они устанавливаются в сервисном режиме кнопками SB1. SB3. Для входа в этот режим следует нажать эти 3 кнопки одновременно. При этом на индикаторе появится значение времени измерения, которое будет выбираться по умолчанию при включении прибора. Нажимая на кнопку SB1 или SB2, можно выбрать одно из 3-х значений 0,1 sec; 1 seс или 10 sec. После этого следует нажать SB3. При этом выбранное значение заносится в энергонезависимую память, а на индикаторе появляется номер и значение коэффициента деления СВЧ делителя, если он подключен к прибору. Изменить коэффициент деления можно, нажимая SB1 или SB2. Затем нужно подтвердить выбор, нажав SB3. Для программирования Кд делителя с другим номером следует выйти и вновь войти в сервисный режим, предварительно подключив другой делитель. Если один или оба вывода контроллера RB0, RB1 соединены с «землей», на индикаторе появляется знак и номер включенной ПЧ. Выбор знака производится SB1 или SB2, нажатие SB3 подтверждает выбор и на индикатор выводится значение ПЧ, которое можно изменять, нажимая опять же SB1 или SB2. Скорость изменения будет увеличиваться в зависимости от времени нажатия на кнопку, т.е. чем дольше держать нажатой кнопку, тем быстрее будут изменяться показания Подтверждение выбора аналогично предыдущим режимам — нажатие SB3.После этого на индикаторе появляется «—- SETUP ——».
Если не нажимать ни одну из кнопок, примерно через 3 сек прибор перейдет в режим измерения с вновь выбранными параметрами. Для входа в режим калибровки следует в течение этих 3-х секунд нажать кнопку SB3. Для калибровки прибора достаточно просто ввести истинную частоту генерации кварца, нажимая на кнопки SB1 или SB2, аналогично вводу значений промежуточных частот, описанному выше. Выставив нужное значение, следует нажать SB3. При этом прибор перейдет в режим измерения. Частотомер способен работать практически с любым кварцевым резонатором, однако оптимальным является значение около 4 МГц. На меньшей частоте снижается быстродействие PIC контроллера, а повышение тактовой частоты увеличивает потребляемый ток, не давая особых преимуществ. Определить истинную частоту генерации кварца можно, подключив через конденсатор минимальной емкости образцовый частотомер к выводу 15 контроллера. При этом с помощью конденсатора С11 частоту генерации нужно выставить кратно 40Гц, например, 4.000.000, 4.000.040, 4.000.080 и т.д. В любительских условиях наибольшей точности можно добиться, если в качестве образцового частотомера использовать SDR приемник. Достаточно просто поднести антенну приемника к кварцу. При этом влияние на частоту кварца минимально, и точность измерения может достигать +/- 1 Гц, если приемник предварительно откалибровать по сигналам радиостанций, передающих на эталонных частотах. Долговременная точность и стабильность показаний будут определяться стабильностью частоты кварцевого генератора. Конечно, нельзя требовать от внутреннего генератора PIC контроллера «суперпараметров». Но ведь для любительских целей они чаще всего и не нужны. Однако, если необходима высокая точность измерений и долговременная стабильность, в качестве опорного лучше использовать внешний термостатированный генератор. В режиме измерения частоты для удобства восприятия герцы, килогерцы, мегагерцы и гигагерцы на индикаторе разделяются точками, а десятые доли герц или килогерц отделяются запятой. В двух крайних правых знакоместах выводится буквенное обозначение старшей цифры измеряемой частоты – GH, MH, KH или Hz для ГГц, МГц, КГц и Гц соответственно.

Например, при времени измерения 1 сек и частоте 10 МГц показания будут: 10.000.000 MH. При 0,1 сек и 100 кГц на индикаторе будет: 100,00 KH. Соединительный кабель должен иметь минимальную длину, желательно не более 0,5 м. При большей длине вследствие широкой полосы пропускания, высокого входного сопротивления и относительно большой чувствительности входного формирователя, возможна паразитная генерация. Она проявляется в хаотичном изменении показаний при отсутствии входного сигнала. Я обычно вообще не использую кабель, а подключаю прибор к нужной точке схемы с помощью жесткого острозаточенного отрезка проволоки длиной 5…10 см, припаянной непосредственно к ответной части входного разъема BNC. Туда же подпаян и общий провод, который заканчивается разъемом типа «крокодил». Он соединяется с «землей» налаживаемого устройства.

Читайте также  Система доступа на rfid картах

• Пределы измерения . 1 Гц – 90 МГц
• С внешним делителем . до 20 ГГц
• Внешний делитель . 1/2 – 1/256
• Чувствительность . 75 – 150 mВ
• Время измерения . 0,1 – 1 – 10 сек
• Допустимые значения ПЧ . 0 – 1 ГГц
• Частота опорного кварца . 2 – 20 МГц
• Напряжение питания . 7,5 – 15 В
• Потребляемый ток . не более 100 mА
• Габариты . 106 x 38 x 30 мм

Видео работы прибора от автора:

Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: 60 грн.

Стоимость набора для сборки измерительного прибора: 440 грн.

Стоимость собранной и проверенной платы прибора: 540 грн.

Краткое описание, инструкция по сборке, схема и состав набора находится здесь >>>

Для заказа устройства просьба обращаться сюда >>> или сюда >>>

Частотометр-цифровая шкала, с самодельным семисегментным индикатором

При конструировании любительского КВ трансивера на диапазон 160м, была задача, как то ориентироваться при настройке. Достаточно точная, удобная и симпатичная механическая шкала показалась на тот момент неоправданно сложной в изготовлении и было принято волевое решение изготовить шкалу цифровую. Таковая, кроме отсутствия довольно точной механики, занимала мало места, хорошо вписывалась в переднюю панель предполагаемого устройства и была практически не критична к месту установки в корпусе прибора, что существенно упрощало компоновку устройства.

— Профессор, конечно, лопух, но аппаратура при нём-мм, при нём-мм! Как слышно?

«Операция «Ы» и другие приключения Шурика»

В настоящее время разработано большое количество электронных шкал и частотомеров, при разработке которых используются микросхемы разной степени интеграции. Зачастую это сложные устройства, насчитывающие несколько десятков микросхем. Эти конструкции довольно сложны для повторения из-за того, что в сложной схеме гораздо выше возможность допустить ошибку на всех этапах – от разработки до монтажа. Внимание было сосредоточено на приборах выполненных на базе современных микроконтроллеров (их довольно просто программировать).

Были изучены возможные варианты, доступные в сети интернет, из них, подобрался вариант, подходящий по доступности радиоэлементов и сложности. Им оказалась, довольно известная конструкция частотометра-цифровой шкалы А.Денисова. Взглянем на нее.

Сердцем схемы, является центральный процессор U1, выполняющий функции измерения, расчета, преобразования, управления динамической индикацией и динамического опроса входных сигналов. Выводы J3 и J4 используются для выбора режима цифровой шкалы. Тактовая частота процессора определяется кварцевым резонатором Y1 и может изменяться в небольших пределах конденсаторами C3 и C4.

Микросхема U3 – дешифратор позиции отображаемой цифры.

Формирователь входного сигнала, выполнен на транзисторе VT1. Сигнал измеряемой частоты, поданный на вход J5, ограничивается, усиливается и подается на вход PIC процессора для измерения.

Максимальная измеряемая частота .………………30 мгц
Максимальное разрешение измеряемой частоты…10 Гц,
Чувствительность по входу………………………….250 мВ
Напряжение питания ………………………………. 8…12 В,
Потребляемый ток………………………………….. 35 мА,

Функции устройства реализованы следующим образом:

При отключенных выводах J3 и J4 работает как частотомер (режим измерения);

При подаче лог. “0” на вывод J3 складывает измеренные значения с заранее записанной в энергонезависимую память константой (цифровая шкала);

При подаче лог. “0” на вывод J4 вычитает по модулю эту константу из измеренного значения(цифровая шкала);

При подаче лог. “0” одновременно на выводы J3 и J4 через 1 сек. шкала перейдет в режим записи константы, отобразит на индикаторе букву «F» и измеренную частоту.

Повторная подача лог. «0» на J3 и J4 приведет к записи замеренного значения в энергонезависимую память процессора и возврату в режим измерения. После этого новая константа будет использоваться в качестве величины промежуточной частоты.

Данный режим сделан для того, чтобы пользователи могли сами устанавливать величину ПЧ в своей шкале без перепрограммирования PIC процессора. По умолчанию в тексте программы записана величина ПЧ равная 5.5 мгц.

Прим. логическому “0” соответствует потенциал 0 вольт (“земля”).

Что было использовано.

Инструменты.
Паяльник с принадлежностями. Инструмент для радиомонтажа. Инструменты для рисования печатных плат. Нечто для сверления, в том числе тонких (0,8мм) отверстий. Мультиметр. Необходим доступ к компьютеру. Пользовался термоклеем.

Материалы.
Кроме радиоэлементов, понадобился кусочек фольгированного стеклотекстолита, монтажный провод, химикаты для изготовления печатных плат.

В схеме был применен неплохой, но устаревший индикатор АЛС-318. Индикатор был специально создан для применения с микросхемами, имеющими маленький ток выхода. Цифры там были крохотные и ему хватало. Чтобы цифры можно было разглядеть, над каждой была пластиковая линза. Видно было нормально, но угол поля зрения, конечно невелик. Специфический такой индикатор. АЛС-318 это блок из 9 таких циферок. Уже давно не выпускается.

Пришлось искать ему замену. К несчастью, в местном горе-магазине радиотоваров, семисегментные индикаторы были не то чтобы редкостью, но вот хотя бы 4 одинаковых… Справившись с некоторым унынием, решил изготовить такие индикаторы самостоятельно – светодиодов предлагалось, целая витрина. Среди них оказались вполне подходящие для составления циферок, с прямоугольным вытянутым корпусом. Но и тут вышла накладка, зеленых оказалось недостаточно для восьми цифр, пришлось, махнув рукой на эстетику, добирать красными, но и их не хватило. Заручившись клятвами продавцов, что «уж никак не позже понедельника» привезут самосвал таких же, поехал к себе, заниматься нанотехнологиями.

В любимом Автокаде, были вычерчены несколько вариантов «начертания» циферок составленных из светодиодов. Выбран самый симпатичный.

Печатная плату самого частотометра, решено было оставить авторскую, а плату с индикаторами, учитывая установку на переднюю стенку прибора, вычертил в том же Автокаде.

Ах да, микросхема двоичного дешифратора имеет ток выходов, всего 8 мА, пришлось возиться с транзисторыми ключами.
Восемь транзисторов КТ361, по штуке на каждый разряд, чтобы не переделывать авторскую плату частотометра, установлены на плате индикаторов, со стороны дорожек. К ним выведены контактные площадки.

Плата частотометра крепилась к индикаторам на стоечках выполненных из винтов М3, этаким бутербродом. На чертеже выше, это синий контур.

Был собран и настроен программатор для PIC контроллеров. Остановился на варианте, где для программирования подается «высокое» напряжение (13В). Подключается к параллельному порту компьютера.

Практика показала его надежность и хорошую работу.
Итак, наш контроллер PIC16F84 был благополучно «прошит». Собраны платы, самого блока управления и не полностью – индикатора. Все соединения сделаны на живую нитку, попробовать.

Ожил, как миленький. Правда, вначале вообще ничего ни понял, индикаторы считываются, мягко говоря, не слишком хорошо, но понять все же можно. Да и «помигивание» их постоянное, несколько смутило.

Сигнал подается со звуковой карты компьютера. Работает программа программного генератора. На индикаторе 178 Гц. С «помигиванием», увы, ничего не сделать – динамическая индикация.

Плохая читаемость, происходит, отчасти из-за видимости не светящихся сегментов цифры, отчасти из за засвечивания светящимся сегментом соседних. Первое, нейтрализуется классически – достаточно плотным светофильтром. Например, лист принтерной бумаги положенный поверх светодиодов индикатора, практически устраняет эту неприятность.

При очередном наезде в город, было приобретено недостающее количество светодиодов и установлены, на плату индикатора.
От засвечивания-же, решено было избавиться более радикально.

Читайте также  Включение трехфазного электродвигателя в однофазную сеть

В начале, светодиоды индикатора покрасил черным битумным лаком. Не очень понравилось, да и просвечивал лак. Оттер его растворителем, по возможности и залил пространство между светодиодами, черным термоклеем. О, вот это, другое дело! Никаких тебе просвечиваний. Подтёки застывшего клея, обрезал острым ножом под линеечку.

Торчащие светодиоды опилены крупной шкуркой наклеенной на брусок. Это, кроме внешнего вида, дало еще и матовую поверхность торцов «сегментов», что привело к значительно более равномерному свечению. Словом, стало, совсем хорошо.

Была выполнена настройка частотометра, заключающаяся в подаче на вход прибора, более или менее точной частоты и подстройке конденсатора С3, до получения правильных показаний на индикаторе. Одним подстроечным конденсатором дело не обошлось, пришлось еще менять емкости С4, С5.

Плата управления закреплена на большой «индикаторной», по месту уточнены длины соединяющих проводов. «Тактовые» кнопки управления режимами, приклеены на заднюю стенку платы индикатора термоклеем.

Частотометр установлен на переднюю стенку собираемого трансивера. Изнутри. Снаружи, цифры прикрыты широкой пластинкой из тонкого рифленого оргстекла (кусочек лотка принтера), чуть подкрашенного разбавленным асфальтным лаком. Под светофильтром находится слой толстой латунной фольги с прорезанным прямоугольным окошком напротив цифр. К слову, при работе в составе трансивера, последние две цифры отличающегося цвета оказались весьма удобными. Важными при настройке, были первые пять цифр, а две последних – сотни и десятки герц, нет. И при разных их цветах, хватало короткого взгляда на индикатор, чтобы понять его показания.

На стабилизатор 7805 установлен алюминиевый радиатор.

Трансивер некоторое время работал в режиме «радио», с не настроенной передающей частью (у меня пока нет позывного), потом его цифровая шкала была модернизирована.

Заключалась модернизация, прежде всего в замене процессора с PIC16F84 на PIC16F628A (1, см.рис.) и введением нового несложного входного формирователя на двухзатворном полевом транзисторе, плюс несколько несложных перекоммутаций (2, см.рис.) на основной плате и понятно, «прошивка» нового процессора .

После всех эволюций, частотометр, кроме прочего, еще может измерять период и длительность импульсов. Да, самое, на мой вкус, приятное – практически исчезло несколько раздражающее моргание индикатора.

Необходимость в радио отпала, и было решено сделать для частотометра отдельный корпус, тем более, он у нас теперь такой могучий.

Корпус выполнен из фанеры 8мм, передняя панель – отпечатана на цветном принтере, на плотной фотобумаге, поверх нее наложена прозрачная пластинка тонкого оргстекла. Светофильтр на индикаторах – два слоя пластика, вырезанного из темной одноразовой баклажечки.
Входной формирователь закреплен позади входного гнезда и заключен в коробочку, спаянную из листовой меди, для экранирования. С основной платой, он соединен тонким коаксильным кабелем. Кроме основного блока питания со стабилизатором +5 В, внутри корпуса находится еще один небольшой трансформатор с выпрямителем и стабилизатором +12 В, на КРЕН. Предназначен он, для питания различных приставок к частотометру – измерение резонансных частот контуров, измерение индуктивности, емкости, температуры, напряжения.

Файлы с более подробным описанием частотометра, его доработки и программатора находится в архиве.

Частотомер — цифровая шкала

Я использовал ЖКИ модуль HY-1602H7, но подойдет и любой другой тип двухстрочника 16х2 (2 строки по 16 символов в каждой), на основе того же HD44780.
Обращаю Ваше внимание на то, что данное устройство не есть «продукт деятельности кустаря-одиночки», а к этому «приложил руку» интернациональный коллектив разработчиков (Alberto Sineluk — Аргентина, я — Россия и Сергей Губарь — Белоруссия).
Подробное и детальное описание всего «многоступенчатого» процесса конструирования этого устройства, а также и тексты программ (для каждой «ступени» конструирования), с подробными комментариями на русском языке, «лежат» в моем «Самоучителе. «, и за этим стоит, без всякого преувеличения, огромный труд (и не только мой).
Смею Вас заверить, что программа, созданная под эту «железяку» не есть халтура.
В «Самоучителе. » она буквально, публично «вылизана, как у кота одно место» (в смысле ее точностных показателей, оптимальной функциональности, надежности, долговечности работы и минимально возможного количества программного «мусора»).
Мои коллеги, перед которыми я публично «разложил эту программу на молекулы», соврать не дадут.
Надеюсь, что это устройство сослужит хорошую службу многим людям.
Само по себе (в смысле схемотехники) устройство очень простое, и собрать его под силу даже начинающему (это и есть «сверхзадача» любого конструктора).

Прибор может работать в 2-х основных режимах работы: в режиме частотомера и в режиме цифровой шкалы.
Прибор имеет энергонезависимую память настроек, что обеспечивает начало работы прибора в том режиме (а также и подрежиме), в котором происходила работа на момент предшествующего выключения питания (по аналогии с предыдущими конструкциями ЧМ/ЦШ).
Количество диапазонов измерения — три: 0,1/1/10c. c погрешностью 10/1/0,1Гц. соответственно.
Если энергонезависимая память запомнила режим ЧМ, то после включения питания, по умолчанию, выставится предел измерения 1с. (самый ходовой).
Если энергонезависимая память запомнила режим ЦШ, она также запоминает и установленный подрежим: +ПЧ или -ПЧ.
Таким образом, в случае запоминания режима ЦШ, после включения питания, будет выставлен именно этот режим, с учетом установленного ранее (до последнего выключения питания) подрежима (+ПЧ или -ПЧ).
После включения питания, работа устройства начинается с так называемой «инициализации» ЖКИ модуля — подготовка к работе ( верхнее фото).

Эти, так называемые тестовые надписи будут «высвечиваться» примерно 1 секунду (программа «наводит порядок» в «хозяйстве» ЖКИ модуля), после чего ЧМ/ЦШ перейдет в текущий (ранее запомненный) режим.
Управление режимами и подрежимами: всего 2 кнопки (клавиатура) без фиксации (Кн1 и Кн2).
Так как переключений нужно обеспечить много, то клавиатура имеет 2 «раскладки» — для режима ЧМ и для режима ЦШ.

— нажатие на Кн1 — переход на предел измерения 0,1c., Это выглядит так:

— нажатие на Кн2 — переход на предел измерения 1с., Это выглядит так:

— одновременное нажатие Кн1 и Кн2 — переход на предел измерения 10с. Это выглядит так:

— нажатие на Кн1 — переход в подрежим «-ПЧ» (вычитание из результата измерения значения промежуточной частоты). Для Fпч=, например, 1Мгц. и, для случая замера частоты величиной 10,7 Мгц., это выглядит так:

Справа, во 2-й строке, «высвечивается» признак подрежима «-F»

— нажатие на Кн2 — переход в подрежим «+ПЧ» (суммирование результата измерения и значения промежуточной частоты).
Для Fпч=, например, 1Мгц. и, для случая замера частоты величиной 10,7 Мгц., это выглядит так:

Справа, во 2-й строке, «высвечивается» признак подрежима «+F»

— одновременное нажатие Кн1 и Кн2 — переход в подрежим установки значения ПЧ пользователем (значение ПЧ определяет пользователь).
После их нажатия, по центру 1-й строки «высвечивается» слово «WRITE», а во 2-й строке, «высвечивается» значение частоты, поданной на вход ЧМ/ЦШ, например, от ГСС (или другого источника сигнала).
Для значения ПЧ, устанавливаемой пользователем, равной, например, 1Мгц., это выглядит так:

После отпускания кнопок, происходит автоматическая запись значения индицируемой частоты в энергонезависимую память ПИКа, после чего именно это значение ПЧ и будет использоваться в работе цифровой шкалы.
При первом (после «прошивки» ПИКа) включении питания, будет выставлено значение ПЧ, по умолчанию, равное 10,7 Мгц.
Естественно, пользователь, в любой момент, может это значение изменить (выставить вместо него то значение, которое ему нужно).

Смены «раскладок» клавиатуры осуществляются долговременным удержанием кнопки Кн1 в нажатом состоянии, до момента смены визуальных признаков режимов в ЖКИ дисплее, после чего кнопка Кн1 отпускается, и в дальнейшем, происходит работа в пределах выбранной «раскладки» клавиатуры (выбранного режима: ЧМ или ЦШ).
Если производится смена подрежимов цифровой шкалы, то кнопки Кн1 или Кн2, для гарантированного запоминания подрежима, должны удерживаться в нажатом состоянии не менее 6 сек. (это связано с экономией ресурса EEPROM памяти данных ПИКа).
В простейшем случае, при смене режимов и подрежимов, нужно просто удерживать кнопку (кнопки) в нажатом состоянии до тех пор, пока на дисплее ЖКИ модуля не произойдет изменение.
По ходу работы с прибором, Вы без проблем разберетесь с этим.
Срок бессбойной работы EEPROM памяти данных ПИКа — не менее 10-ти лет (при условии работы по 4 часа каждые сутки). Потребляемый ток — не более 12 мА. (с входным формирователем, но без буферного устройства.
Если будет применяться буферное устройство, то это еще, примерно 5 мА.
Таким образом, можно запитать ЧМ/ЦШ, например, от «Кроны» или от малогабаритных аккумуляторов.
Так как любой ЖКИ модуль со встроенным м/контроллером имеет оперативную память данных и скорость заполнения знакомест символами высока (глазом не ощущается), то такой «беды», как мерцания (это особенно проявляется при динамической индикации), просто нет.
Имеет место быть только естественная смена показаний при переходе от одного цикла измерения к другому, без чего никак не обойтись.
Все незначащие нули автоматически «гасятся» программой.

О подстроечном резисторе R3 (22к.).
После включения питания устройства, нужно произвести им регулировку «яркости высвечивания» знакомест, не занятых выведенными на индикацию символами (в случае, если устройство собрано правильно и нормально работает).
В одном из крайних положений R3, в этих знакоместах обеих строк будут «высвечиваться» черные прямоугольники.
После этого, нужно «прокрутить» движок R3 в обратную сторону до их «исчезновения» (но не далее этого).
Вот и вся регулировка (делается 1 раз).
Лично я, нашел малогабаритный подстроечник и просто распаял его непосредственно на печатной плате ЖКИ модуля.

Схема частотомера — цифровой шкалы приведена на рисунке:

ВНИМАНИЕ! Некоторые типы ЖКИ модулей могут иметь обратный порядок подключения питания (2-й вывод — Vcc, 1-й вывод — GND). Просьба «держать ушки на макушке».

Печатные платы
от Дмитрия Караулова в увеличенном виде:

Базовый блок (для тех, кто желает использовать свои внешние устройства):

Базовый блок в «комплекте» с буферным устройством и входным формирователем с наложением всех слоев (Звездочками помечены радиодетали базового блока):

Прошивки для микроконтроллера PIC16F84A Скачать