Данная статья предназначена для тех, кто не хочет «заморачиваться» с МК.
Каждый радиолюбитель в процессе своей творческой деятельности сталкивается с необходимостью оборудования своей «лаборатории» необходимыми измерительными приборами.
Одним из приборов - это частотомер. У кого есть возможность, тот покупает готовый, а кто-то и собирает свою конструкцию, по своим возможностям.
Сейчас много различных конструкций, выполненных на МК, но встречаются и на цифровых микросхемах (как говорится «гугл в помощь!»).
После «ревизии» в своих закромах обнаружилось, что имеются в наличии цифровые микросхемы серий 155, 555, 1533, 176, 561, 514ИД1(2) (простая логика - ЛА, ЛЕ, ЛН, ТМ, средней сложности - ИЕ, ИР, ИД, еще 80-90 г.г. выпуска, выбрасывать их - «жаба» задавила!) на которых можно собрать не сложный приборчик, из тех компонентов, которые были под рукой в данный момент.
Захотелось просто творчества, поэтому приступил к разработке частотомера.
Рисунок 1.
Внешний вид частотомера.
Блок-схема частотомера:
Рисунок 2.
Блок-схема частотомера.
Входное устройство-формирователь.
Схему взял из журнала «Радио» 80-х годов (точно не помню, но вроде как частотомер Бирюкова). Ранее повторял её, работой был доволен. В формирователе использована К155ЛА8 (уверенно работает на частотах до 15-20 мГц). При использовании в частотомере микросхем 1533 серии (счётчики, входной формирователь) рабочая частота частотомера составляет 30-40 мГц.
Рисунок 3.
Входной формирователь и ЗГ измерительных интервалов.
Задающий генератор, формирователь измерительных интервалов.
Задающий генератор собран на часовой МС серии К176, изображён на рисунке №3 вместе с входным формирователем.
Включение МС К176ИЕ12 типовое, каких-либо отличий нет. Формируются частоты 32,768 кГц, 128 Гц, 1,024 кГц, 1 Гц. Используется в ЧС только 1 Гц. Для формирования управляющего сигнала для ВУ эта частота делится на 2 (0,5 Гц) МС К561ТМ2 (CD4013A) (используется один D-триггер).
Рисунок 4.
Сигналы интервалов.
Формирователь сигналов сброса счетчиков КР1533ИЕ2 и записи в регистры хранения К555ИР16
Собран на МС К555(155)АГ3 (два ждущих мультивибратора в одном корпусе), можно использовать и две МС К155АГ1 (смотри рис.№3).
По спаду управляющего сигнала МС АГ3 первый ж/м формирует импульс Rom - записи в регистры хранения. По спаду импульса Rom формируется вторым ж/м импульс сброса триггеров счетчиков КР1533ИЕ2 Reset.
Рисунок 5.
Сигнал сброса.
Для при измерении частоты собран блок на 2-х К555ИР16 и 4-х К555(155)ЛЕ1 (схемку нашел на просторах интернета, только немного подкорректировал под себя и имеющуюся элементарную базу).
Можно упростить частотомер и не собирать схему гашения незначащих нулей (на рисунке №9 изображена схема частотомера без схемы гашения незначащих нулей), в этом случае просто будут светиться все индикаторы, смотрите сами, как Вам лучше.
Я её собрал потому, что мне просто так приятнее смотреть на табло частотомера.
Рисунок 6.
Схема гашения незначащих нулей.
Включение счетчиков КР1533ИЕ2, регистров К555ИР16, дешифраторов КР514ИД2 типовое, согласно документации.
Рисунок 7.
Схема включения счётчиков и дешифраторов.
Весь ЧС собран на 5-х платах:
1, 2 - счетчики, регистры и дешифраторы (на каждой плате по 4-е декады);
3 - блок гашения незначащих нулей;
4 - задающий генератор, формирователь измерительных интервалов, формирователь сигналов Rom и Reset;
5 - блок питания.
Размеры плат: 1 и 2 - 70х105, 3 и 4 - 43х100; 5 - 50х110.
Рисунок 8.
Подключение схемы гашения незначащих нулей в частотомере.
Блок питания. Собран на двух МС 7805. Включения типовое, как рекомендует завод-изготовитель. Для принятия решения по блоку питания были проведены замеры тока потребления ЧС, так же проверялось возможность применения ИБП и БП с ШИМ стабилизацией. Проверялись: ИБП собранный на TNY266PN (5В, 2А), БП с ШИМ на основе LM2576T-ADJ (5В, 1,5А). Общее замечания - ЧС работает не корректно, т.к. по цепи питания проходят импульсы с частотой работы драйверов (для TNY266PN около 130 кГц, для LM2576T-ADJ - 50 кГц). Применение фильтров большого изменения не выявили. Так, что остановился на обыкновенном БП - транс, диодный мост, электролиты и две МС 7805. Ток потребления всего ЧС (на индикаторах все «8») около 0,8А, когда индикаторы погашены - 0,4А.
Рисунок 9.
Схема частотомера без схемы гашения незначащих нулей.
В блоке питания использовал две МС 7805 для питания ЧС. Одна МС стабилизатора питает плату входного формирователя, блока управления дешифраторами (гашение незначащих нулей) и одной платы счетчиков-дешифраторов. Вторая МС 7805 - питает другую плату счетчиков-дешифраторов и индикаторы. Можно бп собрать и на одной 7805, но греться будет прилично, встанет проблема с отведением тепла. В ЧС можно применять МС серий 155, 555, 1533. Все зависит от возможностей….
Рисунок 10, 11, 12, 13.
Конструкция частотомера.
Возможная замена: К176ИЕ12 (MM5368) на К176ИЕ18, К176ИЕ5 (CD4033E); КР1533ИЕ2 на К155ИЕ2 (SN7490AN, SN7490AJ), К555ИЕ2 (SN74LS90); К555ИР16 (74LS295N) можно заменить на К155ИР1 (SN7495N, SN7495J) (отличаются одним выводом), или применить для хранения информации К555(155)ТМ5(7) (SN74LS77, SN74LS75); КР514ИД2 (MSD101) дешифратор для индикаторов с ОА, можно применить и КР514ИД1 (MSD047) дешифратор для индикаторов с ОК; К155ЛА8 (SN7403PC) 4 элемента 2И-НЕ с открытым коллектором - на К555ЛА8; К555АГ3 (SN74LS123) на К155АГ3 (SN74123N, SN74123J), или две К155АГ1 (SN74121); К561ТМ2 (CD4013A) на К176ТМ2 (CD4013E). К555ЛЕ1 (SN74LS02).
P.S. Можно использовать различные индикаторы с ОА, только ток потребления на один сегмент не должен превышать нагрузочной способности дешифратора по выходу.. Ограничительные резисторы зависят от типа применяемого индикатора (в моем случае 270 ом).
Ниже в архиве есть все необходимые файлы и материалы для сборки частотомера.
Удачи всем и всего наилучшего!
Параметры предлагаемого частотомера приведены в табл. 1.
Данный частотомер, на мои взгляд, обладает целым рядом преимуществ по сравнению с предшествующими:
Современная дешевая и легко доступная элементная база;
- максимальная измеряемая частота - 200 МГц;
- совмещение в одном приборе частотомера и цифровой шкалы;
- возможность увеличения максимальной измеряемой частоты до 1,2 ГГц при незначительной доработке входной части прибора;
- возможность коммутации во время работы до 4 ПЧ.
Измерение частоты осуществляется классическим способом: подсчет количества импульсов за фиксированный интервал времени.
Входной сигнал через конденсатор С4 поступает на базу транзистора VT1, который усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для нормальной работы микросхемы DD2. Микросхема DD2 193ИЕЗ представляет собой высокочастотный делитель частоты, коэффициент деления которого равен 10. Ввиду того что в используемое микроконтроллере К1816ВЕ31 максимальная частота счетного входа Т1 f=Fкв/24, где Fкв - частота используемого кварца, а в частотомере Fкв=8,8672 МГц, сигнал с высокочастотного делителя поступает на дополнительный делитель частоты, представляющий собой десятичный счетчик DD3. Процесс измерения частоты начинается с обнуления делителя DD3, сигнал сброса которого поступает с вывода 12 микроконтроллера DD4. Сигнал разрешения прохождения измеряемого сигнала на десятичный делитель поступает с вывода 13 DD4 через инвертор DD1.1 на вывод 12 DD1.3.
По окончании фиксированного интервала времени измерения на выводе 13 DD4 появляется высокий уровень, который через инвертор DD1.1 запрещает прохождение измеряемого сигнала на делитель DD3, и начинается процесс преобразования накопленных импульсов времени в частоту, а также подготовка данных для вывода на индикацию.
Данный прибор имеет возможность работы как в высокочастотном, так и в низкочастотном диапазонах. При работе в низкочастотном диапазоне переключатель S1 необходимо установить в верхнее положение и сигнал подавать на вход 2 (вывод 9) платы частотомера. Для измерения частоты от 1 Гц до 20 МГц необходимо использовать формирователь, предложенный в .
Программа работы микроконтроллера находится в ПЗУ DD8, микросхема DD5 используется для мультиплексирования адресов микроконтроллера. Прошивка ПЗУ для работы прибора в качестве частотомера приведена в табл.2.
Для получения максимальной эффективности использования микроконтроллера в приборе применена динамическая индикация.
При использовании данного прибора в качестве цифровой шкалы на вывод 22 DD8 необходимо с помощью переключателя S2.3 подать высокий уровень. Выбор значения ПЧ производится путем соединения выводов 10,11 микросхемы DD4 с землей. Вход 3 (вывод 5) платы частотомера предназначен для включения выбранной промежуточной частоты (например при переходе с приема на передачу). Во время работы прибора в режиме цифровой шкалы младшие разряды индикатора показывают сотни герц. Работе прибора в режиме цифровой шкалы соответствует иная прошивка ПЗУ.
Печатная плата (рис.2 , рис.3 , рис.4) изготовлена из двухстороннего стеклотекстолита размерами 100х130 мм. Индикатор крепится непосредственно на печатной плате двумя хомутами из обычного монтажного провода. Для установки микросхемы DD8 предусмотрена панелька. При разводке платы предусматривалась необходимость размещения транзистора VT1 в максимальной близости к DD2. Вокруг VT1 и DD2 оставлено возможно большее количество фольги с обеих сторон с целью экранирования высокочастотных цепей. В конструкции в качестве индикатора HL1 применен ИВ-18 как наиболее популярный в радиолюбительских конструкциях. В случае необходимости миниатюризации конструкции индикатор ИВ-18 может быть заменен на ИВ-21, который имеет значительно меньшие габаритные размеры. В этом случае необходимо уменьшить напряжение накала и отрицательное напряжение на катоде согласно паспортным данным. Микросхему DD1 желательно применять серии 1533 как более высокочастотную.
Для питания частотомера можно использовать блок питания, подробно описанный в . Нужно только увеличить напряжение от -20 В до -30 В и напряжение накала - до 4,8 В при использовании индикатора ИВ-18. В указанной схеме блока питания желательно диод КД503 заменить на стабилитрон КС133, что исключает ложную подсветку сегментов индикатора.
Наладку частотомера следует начинать с проверки на обрыв всех без исключения соединительных проводников печатной платы, затем проверить на отсутствие замыкания соседних на печатной плате соединительных проводников. Сразу же после подачи питания на частотомер проконтролируйте ток потребления по напряжению +5 В. Он не должен превышать 250 мА. Затем измерьте напряжение на коллекторе VT1, оно должно находиться в пределах 2,0 В...3,0 В. Установка указанного напряжения осуществляется подбором резистора R3. При безошибочном монтаже, исправных деталях и отсутствии ошибок в программе окончательное налаживание прибора заключается в точной установке частот задающего генератора микроконтроллера с помощью конденсатора С7 в соответствии с показаниями образцового частотомера.
Благодаря программно-управляемому процессу измерения можно путем незначительного изменения программы микроконтроллера применять недесятичные высокочастотные делители. Автором были опробованы в данном приборе микросхемы 193ПП1 (коэффициент деления - 704), 193ИЕ6 (коэффициент деления - 256). Испытания показали, что максимальная частота измеряемого сигнала достигает значения 1 ГГц. Наиболее предпочтительной оказалась микросхема 193ПЦ1,т.к. она имеет входной усилитель. Микроконтроллер К181ВЕ51 можно заменить на К1816ВЕ31, К1830ВЕ31, К1830ВЕ51 или их зарубежные аналоги - 8031, 80С31. При отсутствии микросхемы 193ИЕЗ можно заменить ее микросхемой К500ИЕ137, включив ее по типовой схеме.
Литература
1. Бирюков С. Цифровой частотомер//Радио. - 1981.-N10.-C.44.
2. Хлюпин Н. Цифровой частотомер//Радиолюби-тель.- 1994.- N 11.
3. Сташин В.В. Проектирование цифровых устройств. - 1990.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DD1 | Микросхема | К555ЛА3 | 1 | В блокнот | ||
| DD2 | Микросхема | К193ИЕ3 | 1 | В блокнот | ||
| DD3 | Логическая ИС | К555ИЕ19 | 1 | В блокнот | ||
| DD4 | Микросхема | КР1816ВЕ31 | 1 | В блокнот | ||
| DD5, DD7 | Микросхема | К555ИР22 | 2 | В блокнот | ||
| DD6 | Микросхема | К555ИД7 | 1 | В блокнот | ||
| DD8 | Микросхема | К573РФ2 | 1 | В блокнот | ||
| VT1 | Биполярный транзистор | КТ368А | 1 | В блокнот | ||
| VT2-VT17 | Биполярный транзистор | КТ361В | 16 | В блокнот | ||
| VD1 | Стабилитрон | КС113А | 1 | В блокнот | ||
| С1 | Конденсатор | 0.01 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| С2, С8 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| С3 | Конденсатор | 56 пФ | 1 | В блокнот | ||
| С4 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | В блокнот | ||
| С5 | Конденсатор | 22 пФ | 1 | В блокнот | ||
| С6 | Конденсатор | 12 пФ | 1 | В блокнот | ||
| С7 | Подстроечный конденсатор | 5-20 пФ | 1 | В блокнот | ||
| С9 | Электролитический конденсатор | 3.3 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 51 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R2, R25-R40 | Резистор | 68 кОм | 17 | R2 по ошибке в схеме указана как R3 | В блокнот | |
| R3 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R4, R6 | Резистор |
Прибор позволяет измерять частоту электрических колебаний в пределах 100...99999 Гц и может быть использован для настройки различных генераторов, электронных часов, устройств автоматики. Амплитуда входного сигнала — 1...30 В.
Рис. 130. Структурная схема цифрового частотомера
Структурная схема частотомера показана на рисунке 130. Его основные элементы: формирователь импульсного напряжения сигнала fх измеряемой частоты, генератор образцовой (эталонной) частоты, электронный ключ, счетчик импульсов с блоком цифровой индикации и управляющее устройство, организующее работу прибора. Принцип его действия основан на измерении числа импульсов, поступающих на вход счетчика в течение строго определенного времени, равного в данном приборе 1 с. Этот необходимый измерительный интервал времени формируется в блоке управления.
Сигнал fх, частоту которого надо измерить, подают на вход формирователя импульсного напряжения. Здесь он преобразуется в импульсы прямоугольной формы, частота следования которых соответствует частоте входного сигнала. Далее преобразованный сигнал поступает на один из входов электронного ключа, А на второй вход ключа подается сигнал измерительного интервала времени, удерживающий его в открытом состоянии в течение 1с.
В результате на выходе электронного ключа, а значит, и на входе счетчика появляется пачка импульсов. Логическое состояние счетчика, в котором он оказывается после закрывания ключа, отображает блок цифровой индикации в течение интервала времени, устанавливаемого устройством управления.
Принципиальная схема частотомера показана на рисунке 131. Кроме транзисторов, в частотомере используют восемь цифровых микросхем серии К176 и пять (по числу разрядов) семисегментных люминесцентных индикаторов типа ИВ-6. В микросхему К176ИЕ12 (D1), предназначаемую специально для электронных часов, входит генератор (условный символ G), рассчитанный на совместную работу с внешним кварцевым резонатором Z1 на частоту 32 768 Гц. Делители частоты микросхемы делят частоту генератора до 1 Гц. Эта частота, формируемая на соединенных вместе выводах 4 и 7 микросхемы, и является в частотомере образцовой.
В микросхеме К176ЛЕ5 (D2) четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ, а в микросхеме К176ТМ1 (D3) —два D-триггера. Один из элементов 2ИЛИ-НЕ выполняет функцию электронного ключа (D2.4), а три других и оба D-триггера работают в устройстве управления.
Каждая из микросхем К176ИЕ4 (D4—D8) содержит декадный счетчик импульсов, т. е. счетчик до 10, и преобразователь (дешифратор) ее логического состояния в сигналы управления семи-сегментным индикатором. На выходах а—д этих микросхем формируются сигналы, обеспечивающие индикаторам Н1 — Н5 свечение цифр, значение которых соответствует логическому состоянию счетчиков. Микросхема D4 и индикатор H1 образуют младший счетный разряд, а микросхема D8 и индикатор Н5 — старший счетный разряд частотомера.
В конструкции прибора индикатор Н5 д6лжен быть крайним слева, а H1 — крайним справа.
Для питания микросхем, транзисторов и управляющих электродов индикаторов можно использовать две соединенные последовательно батареи 3336Л (GB1), а для питания нитей накала индикаторов — один элемент 343 или 373 (G1).
Формирователь импульсного напряжения образуют транзисторы V2—V5. Сигнал fx, поданный на его вход через гнездо X1, переключатель S1, конденсатор С1 и резистор R1, усиливается и ограничивается по амплитуде дифференциальным каскадом на транзисторах V2 и УЗ. С нагрузочного резистора R5 сигнал поступает на базу транзистора V4 второго каскада, работающего как инвертор. Резистор R8, создающий между этими каскадами положительную обратную связь, обеспечивает им триггерныи характер работы. При этом на коллекторе транзистора V4 формируются импульсы с крутыми фронтами и спадами, частота следования которых соответствует частоте исследуемого сигнала. Каскад на транзисторе V5 ограничивает напряжение импульсов до уровня, обеспечивающего микросхемам необходимый режим работы Далее преобразованный сигнал поступает на входной вывод 12 электронного ключа D2.4. Второй входной вывод ключа подключен к выходу формирователя измерительного интервала времени, равного 1 с. Поэтому число импульсов, прошедших за это время через электронный ключ к счетчику, высвечивается индикаторами в единицах Герц.
Рис. 132. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу управляющего устройства частотомера
Работу управляющего устройства иллюстрируют временные диаграммы (рис. 132).
На вход С (вывод 11) триггера D3.2 непрерывно поступают импульсы генератора образцовой частоты (рис. 132,а), а на такой же вход триггера D3.1 — импульсы генератора запуска, собранного на логических элементах D2.1 и D2.2 (рис. 132, б). За исходный примем случай, когда оба триггера находятся в нулевом состоянии. В это время напряжение высокого уровня, действующее на инверсном выходе триггера D3.2, поступает на входной вывод 13 электронного ключа D2.4 и закрывает его. С этого момента через ключ прекращается прохождение импульсов сигнала измеряемой частоты на вход счетчика. С появлением на входе С триггера D3.1 импульса генератора запуска этот триггер принимает единичное состояние и напряжением высокого уровня на прямом выходе подготавливает триггер D3.2 к дальнейшей работе. Одновременно на выводе 9 элемента D2.3, соединенном с инверсным выходом триггера D3.1, появляется напряжение низкого уровня. Очередной импульс генератора образцовой частоты переключает триггер D3.2 в единичное состояние. Теперь на его инверсном выходе и на выводе 13 элемента D2.4 будет напряжение низкого уровня, которое открывает электронный ключ и тем самым разрешает прохождение через него импульсов сигнала измеряемой частоты.
Прямой выход триггера D3.2 (вывод 13) соединен с R-входом (вывод 4) триггера D3.1. Следовательно, когда триггер D3.2 оказывается в единичном состоянии, он, воздействуя напряжением высокого уровня на прямом выходе переключает триггер D3.1 в нулевое состояние. Этот триггер находится в нулевом, состоянии до тех пор, пока сохраняется интервал измерительного времени. Очередной импульс генератора образцовой частоты на входе С триггера D3.2 переключает его в нулевое состояние и напряжением высокого уровня на инверсном выходе закрывает электронный ключ. В результате прекращается прохождение импульсов сигнала измеряемой частоты к счетчику и начинается цифровая индикация результатов измерения (рас 132,(5, ж).
Каждому интервалу измерительного времени предшествует появление на выводах 5 R-входов микросхем D4—D8 кратковременного импульса положительной полярности (рис. 132, г), сбрасывающего триггеры счетчика в нулевое состояние. С этого момента и начинается цикл счет — индикация работы частотомера. Формирование импульсов сброса происходит на выходе логического элемента D2.3 в моменты совпадения на его входах напряжений низкого уровня. Время индикации можно плавно изменять в пределах 2...5 с резистором R17 генератора импульсов запуска.
Светодиод V7 в коллекторной цепи транзистора V6, работающего в режиме ключа, служит для визуального наблюдения, за длительностью времени индикации.
В частотомере предусмотрена возможность контроля его работоспособности. Для этого переключатель S1 переводят в положение «Контроль», при котором входная цепь прибора оказывается соединенной с выводом 14 микросхемы D1 генератора образцовой частоты. При исправной работе частотомера индикаторы должны высвечивать частоту 32 769 Гц.
Рис. 133. Внешний вид частотомера
Внешний вид описанного частотомера показан на рисунке 133. Через удлиненное прямоугольное отверстие в лицевой стенке корпуса, прикрытое пластинкой зеленого органического стекла, хо-
рошо видны светящиеся цифры индикаторов. Слева от отверстия расположен «глазок» светодиодного индикатора V7. Под ним находится переменный резистор R17 установки длительности индикации результата измерения и входное гнездо X1. Слева от них —выключатель питания S2 («Я») и двухсекционный переключатель S1 «Измерение-контроль». При нажатии на кнопку «K» (контроль) вход формирователя импульсного напряжения подключается к генератору образцовой частоты, а при нажатии на кнопку «И» (измерение) — к входному гнезду X1.
Другие детали частотомера смонтированы на двух печатных платах размерами 115X60 мм, выполненных из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. На одной из них (рис. 134, а) находятся детали формирователя импульсного напряжения, генератора образцовой частоты и устройства управления, на другой (рис 134, б)—микросхемы D4—D8 и цифровые индикаторы H1— Н5. Все постоянные резисторы типа МЛТ. Подстроечный резистор R3 — СПЗ-16, переменный R17 может быть любого типа. Оксидные конденсаторы СЗ и С5— К50-6 или К53-1А, неполярные С1 и С8 — К53-7 (можно заменить наборами конденсаторов типа К73-17). Конденсаторы С2, С4 могут быть типа КЛС или К73-17, С6 — керамический КТ-1, КМ, подстроечный конденсатор С7— КПК-МП. Переключатель S1 «Измерение-контроль» образуют два кнопочных переключателя П2К с зависимой фиксацией в нажатом положении; выключатель питания S2 — тоже П2К, но без фиксации, т. е. с возвратом в исходное положение при повторном нажатии на кнопку.
Микросхему К176ИЕ12 можно заменить на подобную ей микросхему К176ИЕ5, скорректировав соответственно печатные проводники монтажной платы. Цифровые индикаторы могут быть типа ИВ-3А (вместо ИВ-6), но тогда в цепь питания их нитей накала надо будет включить резистор сопротивлением 2 Ом на мощность рассеяния 0,5 Вт.
Налаживание безошибочно смонтированного частотомера сводится в основном к установке наилучшей чувствительности формирователя импульсного напряжения и, если надо, к подстройке генератора образцовой частоты. При установке необходимой чувствительности на вход частотомера подают от генератора 34 сигнал с амплитудой 1 В, к выходу электронного ключа D2.4 подключают осциллограф и подстроечный резистором R3 добиваются появления на экране осциллографа пачек импульсов. Подстройку образцовой частоты генератора производят: грубо — подбором конденсатора С6, точно — подстроечный конденсатором С7. Точность настройки контролируют по образцовому частотомеру, подключенному к выводу 14 микросхемы D1.
В.Г. Борисов. Кружок радиотехнического конструирования
Схема очень простого цифрового частотомера на зарубежной элементной базе
Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “
В этой статье на сайте Радиолюбитель мы рассмотрим очередную простую радиолюбительскую схему – частотомер . Частотомер собран на зарубежной элементной базе, которая подчас бывает доступнее отечественной. Схема проста и доступна для повторения начинающему радиолюбителю .
Схема частотомера :
Частотомер выполнен на измерительных счетчиках HFC4026BEY, микросхемах серии CD40 и семисегментных светодиодных индикаторах с общим катодом HDSP-H211H. При напряжении источника питания 12 вольт частотомер может измерять частоту от 1 Гц до 10 МГц.
Микросхема HFC4026BEY является представителем высокоскоростной КМОП логики и содержит десятичный счетчик и дешифратор для семисегментного светодиодного индикатора с общим катодом. Входные импульсы подаются на вход “С”, который имеет триггер Шмитта, что позволяет значительно упростить схему входного формирователя импульсов. Кроме того, вход счетчика “С” можно закрыть подав логическую единицу на вывод 2 микросхемы. Таким образом отпадает надобность во внешнем ключевом устройстве пропускающим импульсы на вход счетчика в период измерения. Выключить индикацию можно подав логический ноль на вывод 3. Все это упрощает схему управления частотомера.
Входной усилитель выполнен на транзисторе VT1 по схеме ключа. Он преобразует входной сигнал в импульсы произвольной формы. Прямоугольность импульсам придает триггер Шмитта, имеющийся на входе “С” микросхемы. Диоды VD1- VD4 ограничивают величину амплитуды входного сигнала. Генератор опорных сигналов выполнен на микросхеме CD4060B. В случае использования кварцевого резонатора на частоту 32768 Гц с вывода 2 микросхемы снимается частота 4 Гц, которая поступает на схему управления состоящего из десятичного счетчика D2 и двух RS триггеров на микросхеме D3. В случае использования резонатора на 16384 Гц (с китайских будильников) частоту 4 Гц нужно будет снимать не со 2 вывода микросхемы, а с 1-го.
Микросхему CD4060B можно заменить другим аналогом типа хх4060 (например NJM4060). Микросхему CD4017B можно заменить также другим аналогом типа хх4017, либо отечественной микросхемой К561 ИЕ8, К176 ИЕ8. Микросхема CD4001B прямой аналог наших микросхем К561ИЕ5, К176ИЕ5. Микросхему HFC4026BEY можно заменить ее полным аналогом CD4026, но при этом максимальная измеряемая частота будет 2 МГц. Схема входного ула частотомера примитивная, ее можно заменить каким-то более совершенным узлом.
Первой конструкцией на цифровых ИС, которую изготовляли радиолюбители в 80-90 годах, как правило, были электронные часы или частотомер.
Такой частотомер и сегодня можно применять при градировке приборов, или использовать в качестве отсчетного устройства в генераторах и любительских передатчиках, при налаживании различных радиоэлектронных устройств. Прибор может заинтересовать тех, у кого без дела лежат микросхемы серии К155, либо начинающих знакомиться с устройствами автоматики и вычислительной техники.
Описываемый прибор позволяет измерять частоту электрических колебаний, период и длительность импульсов, а также может работать как счетчик импульсов. Рабочая частота от единиц Герц до нескольких десятков МГц при входном напряжении до 50 мВ. Предельная частота работы счетчиков на интегральных микросхемах К155ИЕ2 — около 15 МГц. Однако следует иметь в виду, что фактическое быстродействие триггеров и счетчиков превышает указанное значение 1,5... 2 раза, поэтому отдельные экземпляры TTL микросхем допускают работу на более высоких частотах.
Минимальная цена младшего разряда составляет 0,1 Гц при измерении частоты и 0,1 мкс при измерении периода и длительности.
Принцип действия частотомера основан на измерении числа импульсов, поступающих на вход счетчика в течение строго определенного времени.
Принципиальная схема показана на рис.1
Исследуемый сигнал через разъем X1 и конденсатор С1 поступает на вход формирователя прямоугольных импульсов.
Широкополосный усилитель-ограничитель собран на транзисторах V1, V2 и V3. Полевой транзистор V1 обеспечивает прибору высокое входное сопротивление. Диоды V1 и V2 предохраняют транзистор V1 от повреждения при случайном попадании на вход прибора высокого напряжения. Цепочкой C2-R2 осуществляют частотную коррекцию входа усилителя.
Транзистор V4, включенный как эмитерный повторитель, согласует выход усилителя-ограничителя с входом логического элемента D6,1 микросхемы D6, обеспечивающей дальнейшее формирование прямоугольных импульсов, которые через электронный ключ поступают на устройство управления на микросхеме D9, сюда же поступают и импульсы образцовой частоты, открывающие ключ на определенное время. На выходе этого ключа появляется пачка импульсов. Число импульсов в пачке подсчитывает двоично-десятичный счетчик, его состояние после закрывания ключа отображает блок цифровой индикации.
В режиме счета импульсов управляющее устройство блокирует источник образцовой частоты, двоично-десятичный счетчик ведет непрерывный счет поступающих на его вход импульсов, а блок цифровой индикации отображает результаты счета. Показания счетчика сбрасываются нажатием кнопки «Сброс».
Задающий тактовый генератор собран на микросхеме D1 (ЛА3) и кварцевом резонаторе Z1 на частоту 1024 кГц. Делитель частоты собран на микросхемах К155ИЕ8; К155ИЕ5 и четырех К155ИЕ1. В режиме измерения точность установки «МГц», «кГц» и «Гц» задается кнопочными переключателями SA4 и SA5.
Блок питания частотомера (рис.3) состоит из трансформатора Т1, с обмотки II которого после выпрямителя VDS1, стабилизатора напряжения на микросхеме DА1 и фильтра на конденсаторах С4 - С11, напряжение +5V подается для питания микросхем.
Напряжение 170V с обмотки III трансформатора Тр1 через диод VD5 используется для питания газоразрядных цифровых индикаторов Н1..H6.
В формирователе импульсов полевой транзистор КП303Д (V3) можно заменить на КП303 или КП307 с любым буквенным индексом, транзистор КТ347 (V5) —на КТ326, а КТ368 (V6, V7) — на КТ306.
Дроссель L1 типа Д-0,1 или самодельный — 45 витков провода ПЭВ-2 0,17, намотанных на каркасе диаметром 8 мм. Все переключатели типа П2К.
Налаживание прибора сводится к проверке правильности монтажа и измерении питающих напряжений. Правильно собранный частотомер уверенно выполняет свои функции, «капризным» узлом является лишь входной формирователь, настройке которого надо уделить максимум старания. Заменив R3 и R4 переменными резисторами 2,2 кОм и 100 Ом, надо на резисторе R5 установить напряжение примерно 0,1...0,2V. Подав от генератора сигналов на вход формирователя синусоидальное напряжение амплитудой около 0,5V, и заменив резистор R6 переменным резистором с номиналом 2,2 кОм, надо его подстроить так, чтобы на выходе элемента D6.1 появились прямоугольные импульсы. Постепенно понижая входной уровень и повышая частоту, надо подбором элементов R6 и СЗ добиться устойчивой работы формирователя во всем рабочем диапазоне. Возможно, при этом придется подобрать сопротивление резистора R9. В процессе налаживания все переменные резисторы должны иметь выводы длиной не более 1...2 см.
Когда налаживание будет завершено, следует их выпаивать по одному и заменять постоянными резисторами подходящего номинала, каждый раз проверяя работу формирователя.
В конструкции вместо индикаторов ИН-17 можно применить газоразрядные индикаторы ИН-8-2, ИН-12 и т. п.
В формирователе импульсов транзисторы КТ368 можно заменить на КТ316 или ГТ311, вместо КТ347 можно использовать КТ363, ГТ313 или ГТ328. Диоды V1, V2 и V4 можно заменить на КД521, КД522.
* Данная схема была собрана мной в далеком 1988 году в одном корпусе со звуковым генератором и использовалась как цифровая шкала.
Как самостоятельный прибор оформлен недавно, поэтому возможно, где-то в схему и рисунок печатной платы могла закрасться ошибка..
Список Литературы:
В помощь радиолюбителю №084, 1983 г.
Цифровые Устройства на Интегральных Микросхемах — Издательство «Радио и связь», 1984.
Журнал «Радио»: 1977, № 5, № 9, № 10; 1978, № 5; 1980, № 1; 1981, № 10; 1982, № 1, № 11; № 12.
Радиолюбительские цифровые устройства. — М.: Радио и связь, 1982.
