Главная » Измерения
Призовой фонд
на июль 2019 г.
1. 1000 руб
Паяльник
2. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
3. 100 руб.
От пользователей

Многофункциональный частотомер из денисовского (переделка)

Как-то, давно, мне срочно понадобился частотомер и я собрал некогда  очень популярный  частотомер Денисова на  PIC16F84 и индикаторе АЛС318 , вернее, его клон на PIC16F628A авторства некоего Корабельникова. И вот, по прошествии многих лет, он попался мне на глаза. Лежит себе совершенно забытый, без дела. Признаться, с самого начала была мысль ввести в него более-менее приличный функционал и избавиться от этого раздражающего мерцания, но все руки не доходили.  И вот, на досуге, было решено переделать этот частотомер (жалко было выбрасывать, хотя, к тому времени я уже разработал и собрал многофункциональный частотомер похожей конструкции, который имеет несколько больший функционал, чем переделанный).

Эта статья рассчитана для тех, у кого есть частотомер подобной конструкции, и есть желание его усовершенствовать. Остальным рекомендую ознакомиться с подобным, но более совершенным прибором, который описан в моей ранее опубликованной статье. Итак, описание переделки.

Чтобы ввести режимы измерений периода и длительности импульсов, необходимо задействовать систему захвата (CCP) микроконтроллера (разумеется, если в приборе стоял PIC16F84, его придется поменять на PIC16F628A). Собственно, в основной схеме изменение только одно – поменяны местами всего два вывода МК – это выводы 2 (RA3) и 9 (RB3/CCP). Таким образом, в переделанной схеме входной сигнал подается на объединенные входы T0CKI и CCP1.  Запустить и проверить прибор (а для особо ленивых и остановиться на этом) можно уже после этого. Однако, для реального улучшения параметров, необходимо почти полностью заменить примитивный и схемотехнически, на мой взгляд, не совсем грамотный входной формирователь. Родной работает плохо как на очень низких, так и на высоких частотах. Для того, чтобы иметь возможность измерять длительности низкочастотных импульсов, необходим формирователь с высоким входным сопротивлением – применим достаточно хорошо себя зарекомендовавшую схему на двухзатворном транзисторе типа BF998.  Большинство деталей этого формирователя спаяны на печатной плате размерами 15х15 мм.

Схема многофункционального частотомера из денисовского

Для максимальной наглядности переделки привожу изначальные схему и печатную плату с первоисточника уже с нанесением всех произведенных изменений (полностью, конечная схема приведена во вложении).

И то же на печатной плате

Первым делом с платы выпаиваются зачеркнутые детали, потом в указанных местах прорезаются проводники. Вновь вводимые соединения производятся проводом МГТФ. Плата формирователя впаивается в нужные отверстия с помощью своих «выводов» изготовленных из кусков изолированного одножильного провода диаметром 0.4 мм. Входная цепочка формирователя (резистор 1 кОм и конденсатор 1 мкФ) припаяны непосредственно на входной разъем и, далее, соединены с платой формирователя экранированным проводом.

Несколько фото переделанного частотомера

Описываемый  прибор после переделки имеет следующие возможности: «обычное» измерение частоты путем счета количества импульсов в течении одной секунды; измерение частоты низкочастотных сигналов через измерение периода (F=1/T) с точностью 0.001 Гц; измерение периода сигнала, причем для высокочастотных сигналов через частоту (T=1/F); измерение длительности как положительных, так и отрицательных импульсов. 

Основные характеристики прибора:

  • Пределы измерения частоты ……………………..………….   0 – 40000000 Гц
  • Дискретность измерения частоты (обычный частотомер) ...   1 Гц
  • Дискретность измерения частоты («спец»-частотомер) …...  0.001 Гц
  • Пределы измерения периода …………………………….......   0.05 – 2000000 мкс.
  • Частота смены способа измерения (периода и частоты) …..  900 - 1000 Гц
  • Пределы измерения длительности импульсов
    (при периоде сигнала 8 – 2000000 мкс) ……………... 3 – 1000000 мкс.
  • Амплитуда измеряемого сигнала ……..……………………… 0.1 – 100 Вольт
  • Точность измерений (зависит от характеристик кварца) …..   0.00001+ед. мл. разр   
  • Период индикации (длительность, период и «спец»-частота) 0.5 с
  • Напряжение питания …………………………………………. 7 – 12 Вольт
  • Средний ток потребления …………………… ……………….. 20 – 30 мА

Пояснения работы устройства после переделки

Прежде всего, разумеется, не могло быть и речи об использовании примененной изначально в приборе ущербной организации динамической индикации в основном цикле с одновременным отсчетом интервала измерения 1 с. 

Динамическая индикация, как говорилось выше, происходит в прерываниях от TMR2 с интервалом 2 мс так, что обновление индикатора происходит с частотой примерно 63Гц. В данном случае обеспечивается ровное без мерцаний свечение индикатора во всех режимах прибора. Отсчет интервала 1 сек. так же происходит в этих прерываниях.

Сигнал с входного усилителя поступает на объединенные выводы T0CKI и CCP1 (выводы 3 и 9 MK DD2). В режиме обычного частотомера по выводу 3 производится счет импульсов, а вывод 9 (в данном случае он установлен как вход/выход RB3) – для открытия-закрытия входа и последующего «досчета». При измерении периода и длительности эти выводы включены собственно как входы T0CKI и CCP1. При этом используется оригинальный алгоритм с «захватом» значения TMR1 по фронтам сигнала и вычислением времени между захватами, а так же контролем корректности результата путем анализа содержимого таймера TMR0. Идея здесь заключается в том, что сигнал подается на объединенные входы захвата и таймера-счетчика МК, что позволяет по числу фронтов импульсов, зарегистрированных таймером, судить, не пропущены ли системой захвата искомые перепады сигнала по причине недостатка быстродействия МК.

Настройка

При использовании указанных на схеме элементов и достаточно качественного кварцевого резонатора вышеуказанные характеристики прибора обеспечиваются без всякой регулировки. Если имеется высокоточный образцовый частотомер, имеет смысл, подав на вход прибора сигнал с частотой порядка 5-30 МГц и контролируя его значение по образцовому частотомеру, регулируя С2 добиться возможно близких показаний приборов. Так же желательно, при необходимости, подбором сопротивления R2 установить напряжение на коллекторе VT1 (нумерация элементов согласно исходной схеме) в пределах 2-3 Вольта.

Работа с устройством

При включении прибора, после вывода приветствия, на индикаторе высвечиваются показания «обычного» частотомера  (далее исходное состояние). При нажатии кнопки S1, на индикаторе появляется название текущего режима (в большинстве случаев - сразу, но редко, при измерении низкочастотных сигналов, может потребоваться удерживать кнопку до 2 с). При последующих отпускании и нажатии кнопки, названия индицируемых режимов меняются по кругу в порядке: частотомер (на индикаторе Freq_St) – спец.частотомер (Freq_SP) – измерение периода ( Period ) – измерение длительности положительного импульса (t __|-|__) - измерение длительности отрицательного импульса (t --|_|--) – частотомер … . Нажатие кнопки S2 во время индикации на дисплее какого-либо режима приводит к переходу прибора в исходное состояние с соответствующей сменой режима. В случае же отсутствия нажатия любой кнопки в течении времени ожидания – 8 сек., прибор переходит в исходное состояние с прежним (до нажатия S1) режимом.

Описание работы прибора в разных режимах

Обычный частотомер

Работа в этом режиме стандартная – подсчет импульсов таймером TMR0, следует только отметить, что отсчет времени счета (1 секунда) происходит в прерываниях от таймера TMR2 с интервалом в 2 мс, в которых так же происходит динамическая индикация. 

Во время измерения признак режима – знак “F.” в старшем разряде (не индицируется при частоте более 9999999 Гц).

Частотомер специальный

В этом режиме при измерении частоты до 1000 Гц собственно измеряется период сигнала, а частота вычисляется по формуле F=1000000000/T, где T - в микросекундах, а F – в тысячных долях герца (светится запятая в 4-м разряде справа). Если частота окажется более 1000 Гц, измерение производится аналогично обычному частотомеру (обратное переключение происходит при частоте менее 900 Гц). Данный режим позволяет для низкочастотных сигналов уменьшить дискретность измерения с 1Гц до 0.001Гц, а значит и точность (на индикаторе не менее 3-х значащих разрядов).

Признак режима – вывод “F.- ” в старших 2-х разрядах (последовательно “затираются” индицируемым значением при измерении больших частот).

Измерение периода

Режим аналогичен специальному частотомеру. В данном режиме происходит непосредственное измерение периода (таймером TMR1, тактируемым частотой 1МГц от внутреннего генератора) для сигналов с периодом более 1000 мкс, а для меньшего периода – через измерение частоты по формуле T=1000000000/F, где F - в герцах, а T – в наносекундах. На индикаторе при этом светится запятая в 3-м разряде, что позволяет считывать показания в микросекундах в обоих случаях с тремя значащими разрядами минимум. 

Признак режима – вывод “P.” в старшем разряде (при вычислении периода через частоту – добавляется верхняя черта в следующем разряде).

Измерение длительности импульсов (положительных и отрицательных)

Эти два режима аналогичны и отличаются только полярностью измеряемых импульсов. Измерение производится путем прямого подсчета длительности таймером TMR1, тактируемым от внутреннего генератора (период 1 мкс) в течении входного импульса.  При этом, обеспечивается достоверность измерения длительностей от 12 мкс, для более коротких импульсов длительность измеряется косвенными методами и достоверность результата снижается. Данное обстоятельство (косвенное измерение длительности) индицируется путем «зажигания» точки в младшем разряде.

Признак режима – вывод “t” в старшем разряде плюс верхний или нижний сегмент следующего разряда, в зависимости от режима регистрации положительных или отрицательных импульсов.

Следует отметить, что из-за несимметричности входной части прибора, а так же наличия на входе CCP микроконтроллера триггера Шмитта, при измерении длительности сигналов с пологими фронтами может появиться значительная погрешность. Этот эффект уменьшается при увеличении амплитуды входного сигнала.  Попытка измерения сигналов с амплитудой значительно ниже 0.1 Вольт  в любом режиме, может привести к индикации показаний, не соответствующих действительности (впрочем, это относится и к другим подобным приборам). При заведомо стабильном входном сигнале, косвенным признаком недостаточной амплитуды может быть большая нестабильность показаний прибора.

В случае, если временные параметры входного сигнала не позволяют данному прибору их измерить (при измерении периода и длительности), на индикаторе отображаются следующие показания:  “F.too_hi” – слишком высокая частота, “P.too_big” – слишком большой период, “NO_SIG.” – нет сигнала.

Во вложенном файле, кроме вышеуказанной схемы, имеются: исходный код в Ассемблере, прошивка – HEX, Proteus – модель, плата формирователя в формате LAY.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Список элементов входного формирователя
VT1 MOSFET-транзистор
BF998
1 Поиск в Utsource В блокнот
D1, D2 Выпрямительный диод
1N4148
1 КД521Поиск в Utsource В блокнот
R15 Резистор
1 МОм
1 SMDПоиск в Utsource В блокнот
R17 Резистор
10 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R18 Резистор
1 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
C5-C8 Конденсатор100 нФ1 Поиск в Utsource В блокнот
C9 Электролитический конденсатор470 мкФ 6.3В1 Поиск в Utsource В блокнот
C10 Конденсатор10 нФ1 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (27) | Я собрал (0) | Подписаться

0
dkg10 #
А R5-R12 нельзя поднять до 1 КОм? По паспорту у АЛС318 на сегмент - 5 мА, а по факту хватает 2--3мА. Можно было бы сэкономить на потреблении...
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
Значение на схеме мне кажется оптимальным учитывая еще и малый размер знаков, но если Вам достаточно яркости, конечно же можно и поднять. Восприятие яркости субъективно.
Ответить
0
Тм #
Объясните пожалуйста, откуда у вас взялось высокое входное сопротивление?
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
Уважаемый Тм, резистор 1 кОм на входе не определяет входное сопротивление устройства, он нужен для ограничения тока через защитные диоды. Входное сопротивление складывается из суммы сопротивлений: резистора 1 ком, реактивного сопротивления входного конденсатора 1 мкФ, параллельно включенных резистора 1 МОм и сопротивления затвора транзистора. Как результат, в первом приближении, оно примерно равно сопротивлению R15, то есть 1 МОм (в данном случае, под высоким подразумевается сопротивление 1 МОм).
Ответить
0
Андрей #
На входе частотомера, между затвором и истоком VT1 стоит пара диодов, включённых встречно-параллельно, без балластных резисторов и без конденсатора. Вопрос: а при каком напряжении на входе эти диоды сгорят?
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
Ничего там не сгорит. Вам стоит внимательно рассмотреть подключение адаптера к печатной палате - там есть и резистор и конденсатор!
Ответить
0
Андрей #
Это Вы про вход на 1-м затворе BF998?
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
Это я про то, что платка со входным усилителем подключается ко входному гнезду НЕ НАПРЯМУЮ. Смотрите иллюстрации!
Ответить
0
Андрей #
Посмотрел, понял: 1мк и 1 к, а потом диоды.
Ответить
0
hector #
Частотомер с прошивкой автора меряет неточно. Частоту кварцевого генератора 50MHz отображает как 50064998. С прошивкой Корабельникова - 49999465. Не рекомендую.
Ответить
0
YI #
Ну Вы бы ещё мерили гигагерц - почитайте внимательно заявленные параметры (40 Мгц - верхняя граница и связано это с микро контроллером - почитайте его датшит)
Ответить
0
hector #
Вы поняли, что я написал? С прошивкой Корабельникова отображает достоверно. Кинуть скрин с SDS 1152CML+ ? При 5-ти вольтовом питании пики меряют до 80MHz.
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
Для подобного утверждения, как минимум, требуется измерение эталонным частотомером этой частоты и (особенно) частоты кварца самого прибора. Мое мнение: возможно, кварцевый генератор частотомера подстроен под прежнюю прошивку либо случайная погрешность кварца (в экземплярах из Китая доходило до 1%).
Ответить
0
hector #
Нет. Это всего лишь "кривая" прошивка. Все частоты соответствуют номиналу: частота кварца в приборе, частота кварцевого генератора. Только частотометр с прошивкой из статьи начинает безбожно врать. Для исключения влияния входного усилителя кварцевый генератор подключен через резистор напрямую к микроконтроллеру.
Прикрепленный файл: 3.jpg
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
А какова точность измерения частоты этого осциллографа? И почему на 4Мгц каракули при том, что на 50Мгц четкая синусоида?
В прошивке ошибок нет - проверено многократно, хотя куда нам до Вашего "гуру" Корабельникова!
Ответить
0
hector #
Восстановил разводку платы, залил прошивку "гуру" Корабельникова и все ок!
Не наступайте на мои грабли, не тратьте зря время (и не режьте зря дорожки) ради этой прошивки!
Видно, что тестировалась она только в воображении автора!
Всем добра.
Прикрепленный файл: IMG_20190116_124139.jpg
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
Хозяин - барин, как говорится. Прошивка тестировалась на разных частотах до 40Мгц (кстати, я в спецификации и указал максимальную частоту 40МГц). На данный момент располагаю генератором максимально на 2МГц. Фото в архиве. Общая погрешность без калибровки - около 0.00001, как и обещано. В режиме частотомера прибор подсчитывает импульсы за 1 сек. При таком алгоритме при увеличении частоты в рабочем диапазоне погрешность не может существенно возрасти, кто разбирается поймет.
Переделка несложная, и пусть каждый решает по результату, оставить так или вернуться к моргаюшему индикатором "чуду" с минимальным функционалом.
Отредактирован 16.01.2019 22:21
Прикрепленный файл: 20190116_205552.rar
Ответить
0
hector #
"Чудо" это как раз ваша прошивка. (Не хочу обидеть, ничего личного). И "чудо" её заключается в том, что из точного прибора она делает показометр с погрешностью стрелочного индикатора класса 0.5. Мой частотометр (что на фото) я собирал в 2009 году. Постоянно его использую по работе. Измеряет он точно (кварц у меня в нем термостатирован). Черт дёрнул перешить на эту прошивку, потратил пол дня...
Правда сегодня только почитал комментарии из параллельной ветки про ещё один ваш частотомер. Несколько комментариев убедили меня в том, что тот такая-же никуда не пригодная для точных измерений поделка. Человек вам прямо написал - попробуйте им измерить точные 1MHz, 10MHz. Вы бы лучше глянули, где баг в прошивке, а не советуете людям кварцы менять...
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
Никакого бага нет! Измерение 1МГц (В упомянутой Вами статье) и 2МГц я выкладывал. Работу прибора можно проверить и в Proteus, модель имеется. На этом дискуссию завершаю.

P.S. Передайте мои извинения "гуру" за то, что посягнул на "святое".
Ответить
0
hector #
Ваше измерение 1MHz и 2MHz - курам на смех.
Живо представил, как вы "калибровали" свой показометр (методом насилования кварца на 4MHz, что описывал в комментариях "дед") для того, что-бы получить правдоподобное отображение этой несчастной 1MHz.
Мое мнение: кварц вашего частотомера подстроен под вашу же прошивку, но никак не на 4MHz. Это мракобесие в чистом виде.
И да, какова точность вашего генератора?
Фраза: "Cлучайная погрешность кварца (в экземплярах из Китая доходило до 1%) "- очередная ничем не подтвержденная ложь.
Видящий да увидит. Я людей предупредил, да-бы зря не тратили время.
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
Вот теперь Вы, наконец, перешли от искусно разыгрываемого нейтрального тона к истинной своей цели, а именно дискредитации статьи. И даже косвенно признались, как добивались своих показаний. По себе судите?
Я не знаю и не хочу знать в чем Ваша заинтересованность (обидно за "гуру" или Вы он и есть...), но Вам я ничего не собираюсь доказывать. Остальным я все сказал.
Не понимаю, в чем проблема?! Вы "открыли людям глаза" и остались со своим "чудом". Так пусть люди сами все проверят и решат! Почему Вы так боитесь, что кто-то сам все проверит?
Как бы то ни было, себя считаю человеком воспитанным и состязаться в оскорблениях с Вами смысла не вижу и отвечать на подобный бред больше не буду. Удачи!

P.S. Попробуйте получать удовольствие от создания чего-то своего, а не от критики чужого, если сможете.
Ответить
0

[Автор]
diogen_b #
Уважаемые пользователи сайта! Не надо НИКОМУ верить на слово, лучше все проверить самому! И для этого не требуется собирать или переделывать что-то. К статье проложена модель в Proteus. Если он у Вас установлен, запустите модель и проверьте все сами. Преимущества моделирования: не надо ничего паять; если кварц 4МГц, то это точно 4МГц;
сигнал на входе какой установите, такой и будет. Никто ничего не подтасует! Только компьютер желательно быстрый - при входном сигнале 1МГц и выше моделирование у меня идет гораздо медленнее, чем в реальном времени, не хватает быстродействия старенького Пентиума 4.
Как-то так... Всем всех благ!
Отредактирован 21.01.2019 09:19
Ответить
0
shumadan #
Сделал данный приборчик с нуля. Только входной усилитель на полевом транзисторе странно работает. С пальца показывает частоту 50 гц. Втыкаешь НЧ генератор - частоту показывает только выставив амплитуду не менее 1 вольт. При увеличении до 50 кгц, приходится увеличивать амплитуду до 3 вольт иначе показания неверные. Как проверить режимы полевика? На коллекторе КТ315 выставлено 2.2 вольта
Ответить
0
Заглянувший #
Думаю стоит зашунтировать кондером 100пФ входной резистор 1кОм (тот, что вне платки усилителя).
Ответить
0
shumadan #
А что это даст?
Ответить
0
shumadan #
Ничего не могу понять - каскад на полевике не работает. После полевика сигнал теряет амплитуду до уровня помех. Полевик в корпусе SOT143 подключен правильно. Поменял на новый, результат тот же. Подключаю сигнал генератора на базу следующего транзистора - частота есть, индицирует правильно. То ли полевые транзисторы все дохлые, то ли подделка. Хотя брал в ЧипДипе
Ответить
0
shumadan #
Как я лоханулся. В истоке транзистора вместо 270 Ом поставил 270 ком. SMD резисторы, плохо видно. У одного маркировка 274, у другого - 271. Поменял, все работает.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Мультиметр Mastech MS8239C
Мультиметр Mastech MS8239C
Мини гравер 125 Ватт Печатная плата для усилителя "LM3886 + AD825"
вверх