Wirtschaftlicher Frequenzmesser pic16f628a und Festplatten. Multifunktionaler Frequenzmesser auf PIC16F84A. Beginnen wir mit dem Zusammenbau
Frequenzzähler auf PIC16F628
Ein Frequenzmesser ist ein sehr beliebtes Gerät. Die bekannten Schaltungen von Frequenzmessern an Messgeräten sind sehr aufwendig, während ein solches Gerät durch die Verwendung eines Mikrocontrollers und eines LCD-Displays sehr kompakt und kostengünstig gebaut werden kann.
Die vorgeschlagene Frequenzmesserschaltung auf dem Mikrocontroller PIC16F628A ist eine der einfachsten, wenn man bedenkt, dass die angegebenen Parameter sehr beeindruckend sind: Der Bereich der gemessenen Frequenzen reicht von 1 Hz bis 60 MHz.
Laut Autor wurde die Firmware von einem anderen Mikrocontroller auf PIC16F628 umgestellt. Allerdings ist es nur wenigen gelungen, den Frequenzmesser mit der Original-Firmware zum Laufen zu bringen. Bei der Untersuchung stellte sich heraus, dass der Grund im RB6-Port lag, der repariert wurde, und die neue Firmware funktioniert einwandfrei.
zum Vergrößern anklicken):
Firmware für den Mikrocontroller PIC16F628A von Dmitry Mukhamedzhanov: Frequency.hex
Zum Programmieren des Mikrocontrollers können Sie einen Universalprogrammierer verwenden.
Wir haben den Eingabeteil des Frequenzmessers vereinfacht; diese Änderung ist im Diagramm rot markiert. Der ursprüngliche Teil im Diagramm bleibt ebenfalls erhalten.
Beim Einbau des Gerätes in ein Gehäuse ist es praktisch, den Frequenzmesser über ein Flachkabel mit dem LCD-Display zu verbinden. Sie können ein solches Kabel selbst herstellen. Zur Herstellung wird ein Stück FDD- oder HDD-Kabel der benötigten Länge genommen, die Enden der Drähte abisoliert und verzinnt und ein passender Stecker daran angelötet. Hier können Sie nicht nur Steckverbinder verwenden, die zum Anlöten an ein Kabel gedacht sind, sondern auch für die Montage auf einer Platine: Sie sind einfach zu löten.
Die Stelle, an der das Kabel mit dem Stecker verlötet wird, ist am anfälligsten für mechanische Belastungen und muss daher vor Biegung und Beschädigung geschützt werden. Hierfür reicht jeder dickflüssige Kleber aus.
In diesem Artikel wird beschrieben, wie Sie eine Flüssigkristallanzeige mit Zeichengenerator an einen Mikrocontroller anschließen. Die hier besprochenen Methoden und Schaltungen eignen sich zum Anschluss von LCDs mit eingebauten Controllern HD44780 (Hitachi), KS0070, KS0066 (Samsung), LC7985 (Sanyo), SED1278 (Epson) oder ähnlichen. Diese oder mit ihnen kompatible Controller werden in den meisten derzeit hergestellten zeichensynthetisierenden LCDs verwendet, beispielsweise in ACM0802, ACM1601, ACM1602, ACM1604, ACM2002, ACM2004, ACM2402, ACM4002, ACM4004 von Displaytronic, MT-10S1, MT - 16S2D von MELT, DV-0802, DV-16100, DV-16110, DV-16120, DV-16210, DV-16230, DV-16235, DV-16236, DV-16244, DV-16252, DV-16257, DV - 16275, DV-16276, DV-20100, DV-20200, DV-20210, DV-20211, DV-20220, DV-24200, DV-40200 von Data Vision, AC082A, AC161, AC162, AC164, AC202, AD202, AC204, AC242, AD242, AC402 von Ampire.
Im Allgemeinen besteht diese Aufgabe darin, den Datenaustausch zwischen dem angeschlossenen Controller und dem eingebauten LCD-Controller zu organisieren, da die Matrix selbst vom eingebauten Controller gesteuert wird. Wenn wir in Zukunft über den Anschluss an das LCD sprechen, sollten Sie verstehen, dass es sich um den Anschluss an den eingebauten Controller handelt. Die oben aufgeführten LCD-Controller verfügen über ähnliche Schnittstellen, Befehlssätze und Speicherzuweisungen, obwohl die Größe des integrierten ROM-Speichers, die Reihenfolge der Initialisierungsbefehle, die Befehlsausführungszeit und einige andere Parameter geringfügig abweichen können.
Lassen Sie uns zunächst verstehen, wie das LCD funktioniert.
1) Schnittstelle .
Typischerweise verfügt das LCD über 14 oder 16 Pins, deren Zweck in Tabelle 1 dargestellt ist:
TABELLE 1
| Kontaktnummer | Name | Beschreibung |
| 1 | Vss | GND – gemeinsamer Draht (Masse) |
| 2 | Vdd | Stromversorgung - +5V-Stromversorgung |
| 3 | Vo | Kontrast |
| 4 | R.S. | Registerauswahl - Registerauswahl |
| 5 | R/W | Lesen/Schreiben – Lesen/Schreiben |
| 6 | E | Aktivieren – Übertragung ein-/ausschalten |
| 7 | DB0 | Datenbit 0 |
| 8 | DB1 | Datenbit 1 |
| 9 | DB2 | Datenbit 2 |
| 10 | DB3 | Datenbit 3 |
| 11 | DB4 | Datenbit 4 |
| 12 | DB5 | Datenbit 5 |
| 13 | DB6 | Datenbit 6 |
| 14 | DB7 | Datenbit 7 |
| 15 | BL+ | Stromversorgung der Hintergrundbeleuchtung |
| 16 | BL- | gemeinsames Hintergrundbeleuchtungskabel |
Somit verfügt die Schnittstelle über acht Informationsleitungen: DB7..DB0 und drei Steuerleitungen: RS, R/W, E.
Die RS-Leitung bestimmt, auf welches Register des LCD-Controllers wir zugreifen wollen, also welche Informationen wir übertragen – Daten oder Befehle.
Die R/W-Leitung bestimmt die Richtung der Datenübertragung – Schreiben auf das LCD oder Lesen vom LCD.
Leitung E schaltet die Übertragung der auf den verbleibenden Schnittstellenleitungen erzeugten Informationen ein (wenn die Leitung hoch ist) oder aus (wenn die Leitung niedrig ist).
Die Schnittstelle funktioniert wie folgt: Zuerst werden auf den Schnittstellenleitungen DB7...DB0, RS, R/W die zu übertragenden Informationen erzeugt, dann für einige Zeit (>500 ns für f 0 = 270 kHz) ein High Der Pegel wird an die Leitung E angelegt (zu diesem Zeitpunkt liest das LCD die Informationen), woraufhin das E-Signal wieder auf einen niedrigen Pegelzustand umgeschaltet wird. f 0 ist die Frequenz, mit der der LCD-Controller arbeitet. Im Allgemeinen können LCD-Controller mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden (sie verfügen über Pins zum Anschluss eines externen Resonators), normalerweise wird jedoch ein interner Oszillator mit 270 kHz verwendet.
Nach dem Empfang jeder einzelnen Information benötigt der LCD-Controller einige Zeit, um diese zu verarbeiten, so dass es unmöglich ist, die Informationen nacheinander zu übertragen. Nach jedem Senden müssen Sie eine Weile warten, bis der LCD-Controller frei wird. Normalerweise gibt das Datenblatt an, welcher Befehl wie lange für die Ausführung benötigt. Darüber hinaus bietet der LCD-Controller die Möglichkeit, ein externes Gerät über seinen Status (BUSY/READY) zu informieren. Das heißt, Sie können beim Übertragen von Daten entweder den Zustand des LCD-Controllers analysieren und die nächste Datenmenge senden, sobald der LCD-Controller frei ist, oder einfach länger warten, als der Vorgang auf dem Controller abschließt Datenblatt und senden Sie dann den nächsten Teil der Daten.
Um die Anzahl der Leitungen vom LCD zu einem externen Gerät zu reduzieren, können Sie nicht 8, sondern 4 Informationssignale (DB7...DB4) verwenden. Alle betrachteten LCD-Controller ermöglichen diese Möglichkeit. In diesem Fall werden die Daten in zwei Schritten übertragen (mit Ausnahme des ersten Initialisierungsbefehls): 1) Steuerbits und das höchstwertige Halbbyte des Pakets werden übertragen. 2) Steuerbits und das niedrigstwertige Halbbyte des Pakets werden übertragen.
Das erste, was Sie nach dem Einschalten des LCD tun müssen, ist die Initialisierung. Bei der Initialisierung werden mehrere Befehle in einer bestimmten Reihenfolge gesendet. Die Anzahl der Initialisierungsbefehle kann zwischen verschiedenen Controllern leicht variieren, dennoch ist unten der grundlegende Befehlssatz für Acht- und Vier-Bit-Schnittstellen aufgeführt, der für die meisten Controller geeignet ist.
Während der Initialisierung ist es besser, das BUSY-Flag nicht zu analysieren, sondern dummerweise die vorgegebene Zeit abzuwarten, bevor der nächste Befehl gesendet wird, da das Flag nicht sofort, sondern nach einem bestimmten Befehl gesetzt wird (siehe Datenblatt).
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Initialisierung für 8-Bit-Schnittstelle (f 0 =270 kHz) 1) Einschalten 2) Pause >30 ms
4) Pause >39 µs 5) AN/AUS-STEUERUNG DES DISPLAYS
6) Pause >39 µs 7) ANZEIGE KLAR
8) Pause >1,53 ms 9) EINGABEMODUS EINSTELLEN
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Initialisierung für Vier-Bit-Schnittstelle (f 0 =270 kHz) 1) Einschalten 2) Pause >30 ms
N=0 – einzeilige Anzeige, N=1 – zweizeilige Anzeige F=0 – Schriftart 5x8, F=1 – Schriftart 5x11 4) Pause >39 µs 5) AN/AUS-STEUERUNG DES DISPLAYS
D=0 – Display aus, D=1 – Display ein C=0 – Cursor deaktiviert, C=1 – Cursor aktiviert B=0 – Flackern aus, B=1 – Flackern an 6) Pause >39 µs 7) ANZEIGE KLAR
8) Pause >1,53 ms 9) EINGABEMODUS EINSTELLEN
I/D=0 – Verringern des Zeigers während einer Speicheroperation, I/D=1 – Erhöhen des Zeigers während einer Speicheroperation SH=0 – Anzeigeverschiebung deaktiviert, SH=1 – Anzeigeverschiebung aktiviert |
2) Erinnerung
Das LCD verfügt über zwei Speichertypen: DDRAM, CGRAM (CGROM).
DDRAM - Anzeigedaten-RAM (Anzeigespeicher) – was in diesem Speicher aufgezeichnet wird, wird direkt auf dem Display angezeigt. Dieser Speicher verfügt über folgenden Adressraum und entsprechende Anzeige (für 24x2-Anzeige):
Erste Zeile
| Anzeigeposition | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
| DDRAM-Adresse | 00h | 01h | 02h | 03h | 04h | 05h | 06h | 07h | 08h | 09h | 0Ah | 0Bh | 0Ch | 0Dh | 0Äh | 0Fh | 10h | 11 Uhr | 12h | 13 Uhr | 14h | 15h | 16 Uhr | 17 Uhr |
Zweite Zeile
| Anzeigeposition | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
| DDRAM-Adresse | 40h | 41h | 42h | 43h | 44h | 45h | 46h | 47h | 48h | 49h | 4Ah | 4Bh | 4Ch | 4Dh | 4Eh | 4Fh | 50h | 51h | 52h | 53h | 54h | 55h | 56h | 57h |
Das heißt, was an der Adresse beispielsweise 42h in DDRAM geschrieben wird, wird an dritter Stelle in der zweiten Zeile des Displays angezeigt. Bei anderen Displaygrößen ist der verfügbare DDRAM-Adressraum unterschiedlich (normalerweise sind die ersten 40-Stunden-Adressen die erste Zeile, die zweiten 40-Stunden-Adressen die zweite Zeile usw.).
CGRAM (CGROM) – Zeichengenerator-RAM (ROM) – Zeichengeneratorspeicher. Der Speicher des Zeichengenerators ist unterteilt in CGRAM – verfügbar zum Schreiben/Lesen, Sie können hier 8 Ihrer eigenen Zeichen hochladen und CGROM – verfügbar für schreibgeschützte, vorgeflashte Schriftarten. In verschiedene LCDs können unterschiedliche Schriftarten eingefügt sein; dies muss im Dock überprüft werden, oder Sie können es selbst bestimmen, indem Sie die Anzeige aller eingefügten Zeichen nacheinander auf dem Display organisieren.
Beim Zugriff auf die ersten sechzehn Zeichen des Zeichengenerators wird auf das CGRAM zugegriffen; beim Zugriff auf Zeichen mit Zahlen über dem Sechzehntel wird auf das CGROM zugegriffen. Darüber hinaus gibt es nur 8 Benutzerzeichen, sodass die ersten acht Zeichen des Zeichengenerators auf dieselben Bereiche des CGRAM verweisen wie die zweiten acht Zeichen.
Manchmal werden möglicherweise nicht alle Zeichen ab dem siebzehnten in das CGROM eingefügt, aber beispielsweise beginnend mit der Nummer 21h und beim Zugriff auf Zeichen von 10h bis 21h wird auf dem Display allerlei Müll angezeigt. Es hängt von der Firmware ab.
Um ein Zeichen auf dem Bildschirm anzuzeigen, müssen Sie die folgenden Schritte ausführen:
1) Setzen Sie den Cursor mit dem Befehl „DDRAM-Adresse festlegen“ an die Position, an der wir das Symbol anzeigen möchten (Informationsbits geben die DDRAM-Adresse an, die der ausgewählten Position entspricht).
SET DDRAM ADDRESS (AC6...AC0 - Adresse der Cursorposition, die im Anzeigespeicher eingestellt werden soll)
| R.S. | R/W | DB7 | DB6 | DB5 | DB4 | DB3 | DB2 | DB1 | DB0 |
| 0 | 0 | 1 | AC6 | AC5 | AC4 | AC3 | AC2 | AC1 | AC0 |
2) Zeigen Sie das Symbol auf dem Bildschirm mit dem Befehl „Daten in RAM schreiben“ an, während die Informationsbits die Nummer des vom CGRAM/CGROM ausgegebenen Symbols angeben.
DATEN IN RAM SCHREIBEN (A7..A0 - Nummer des aus dem Speicher des Zeichengenerators ausgegebenen Zeichens)
| R.S. | R/W | DB7 | DB6 | DB5 | DB4 | DB3 | DB2 | DB1 | DB0 |
| 1 | 0 | A7 | A6 | A5 | A4 | A3 | A2 | A1 | A0 |
Eine vollständige Liste der Befehle für die Arbeit mit dem LCD und deren Ausführungszeit finden Sie, indem Sie das Datenblatt zu jedem der betrachteten LCD-Controller herunterladen (sie verfügen alle über die gleichen Befehlssätze).
Nachdem wir uns mit der Funktionsweise des LCD befasst haben, kehren wir zum Problem des Anschlusses an den Mikrocontroller zurück. Nehmen wir als Beispiel den PIC16F628A-Controller. Nachfolgend finden Sie Beispiele für Anschlusspläne für Acht-Bit- und Vier-Bit-Schnittstellen. Der Hintergrundbeleuchtungsanschluss ist in den Diagrammen nicht dargestellt, da die Polarität des Himanchmal durch Jumper auf der LCD-Platine bestimmt wird.
Das ist es! Damit die Schaltkreise funktionieren, muss lediglich ein Programm in den Mikrocontroller hochgeladen werden, das den Datenaustausch mit der LCD-Anzeige umsetzt.
Beispiel eines fertigen Geräts (8-Bit-Schnittstelle, LCD - PM1623):
Beispiele für Programme und vorgefertigte Firmware:
Leiterplatte herunterladen (AutoCAD2000i) Diese Platine ist für die Verwendung von SMD-Komponenten konzipiert. Wenn Sie andere Komponenten verwenden, muss die Platine neu gestaltet werden.
Dieser digitale Frequenzmesser wurde auf Basis meines alten Frequenzmesser-Designs entwickelt – Digitalwaage mit LCD (LCD). Der Prototyp wurde bereits 2001 hergestellt, seitdem wiederholt und wird immer noch von vielen Funkamateuren verwendet. Trotz der vielen Neuentwicklungen in den letzten Jahren ist das Gerät keineswegs veraltet und kann in allen Parametern problemlos mit jedem modernen Frequenzmesser seiner Klasse mithalten.
Und ich bin aus einem einfachen Grund zu ihm zurückgekehrt. Tatsache ist, dass der KO-4B LCD-Indikator, den ich verwendet habe, derzeit nicht mehr produziert wird und sehr schwer zu erwerben ist. Und ich musste eine weitere Kopie dieses Frequenzmessers anfertigen. Sie können natürlich ein Analogon der Anzeige auf LED und AVR zusammenstellen, aber das ist irgendwie sehr irrational.
Generell zeichnet sich eine neue Entwicklung ab. Als Frequenzmesser habe ich den derzeit gebräuchlichsten Zeichenanzeiger WH1601A – 16 Zeichen in 1 Zeile von Winstar verwendet, Sie können aber auch einen LCD-Anzeiger mit 16 Zeichen in 2 Zeilen verwenden. Die grafischen Fähigkeiten dieses Indikators sind viel größer als die von KO-4B; es wäre unklug, sie nicht zu verwenden.
Darüber hinaus hat sich die Funktechnik in den letzten Jahren deutlich in Richtung hoher Frequenzen weiterentwickelt. Daher habe ich die Bittiefe der Mathematik im Programm erhöht, was es ermöglichte, die Obergrenze der gemessenen Frequenzen auf die Hardwaregrenze anzuheben, die durch die Geschwindigkeit des PIC und des externen Mikrowellenteilers bestimmt wird. Übrigens ist auch die PIC-Leistung gestiegen. Arbeitete der interne Zähler des PIC16F84 bis zu Frequenzen von maximal 40...45 MHz, so zählt er im modernen PIC16F628A souverän bis 90...95 MHz. Wenn Sie einen externen Mikrowellenteiler um 256 verwenden, kann die obere gemessene Frequenz mehr als 20 GHz betragen!
Dieser Frequenzmesser kann wie das Vorbild als Universalmessgerät oder als Digitalwaage für Kommunikations- und Funkempfangsgeräte aller Art eingesetzt werden. Das Gerät kann bis zu drei externe Teiler mit unterschiedlichen Teilungsverhältnissen von 2...256 nutzen. Die Nummer des aktuell angeschlossenen Teilers wird automatisch ermittelt.
Bei Verwendung des Frequenzmessers als digitale Waage können bis zu 3 Werte von Zwischenfrequenzen im Bereich von 0 bis 1 GHz in seinen nichtflüchtigen Speicher geschrieben werden. Ihre Werte werden mit einer Genauigkeit von 10 Hz eingegeben und können vom Benutzer jederzeit über 3 Tasten auf der Vorderseite des Geräts geändert werden.
Der Frequenzmesser bietet die Möglichkeit einer Softwarekalibrierung, die den Einsatz beliebiger Quarzresonatoren im Bereich von 2...20 MHz ermöglicht. Die Werte aller Zwischenfrequenzen, Teilungskoeffizienten der verwendeten externen Teiler sowie Kalibrierkonstanten können vom Anwender ohne den Einsatz zusätzlicher Geräte geändert werden. Das Funktionsprinzip des Frequenzmessers ist klassisch: Messung der Anzahl der Eingangssignalimpulse über ein bestimmtes Zeitintervall.
Das schematische Diagramm des Geräts ist in Abb. 1 dargestellt. Bei Verwendung der im Diagramm angegebenen Teile hat der Eingangstreiber eine Bandbreite von 1 Hz...100 MHz, eine Eingangsimpedanz von 500 kΩ und eine Empfindlichkeit von etwa 100 MV.
Die Frequenzmesser-Digitalwaage wird über 3 Tasten SB1 ... SB3 auf der Frontplatte gesteuert. Sie dienen der Umschaltung der Messzeit. Wenn Sie SB1 drücken, beträgt die Grenze 0,1 Sek., und wenn Sie SB2 oder SB3 drücken, beträgt die Grenze 1 Sek. bzw. 10 Sek.
Mit denselben Tasten können Sie Teilungskoeffizienten für bis zu 3 Teiler eingeben, die mit dem Gerät verwendet werden. Dies kann bei Messungen über einen großen Frequenzbereich nützlich sein. Beispielsweise arbeitet der erste Teiler im Bereich von 500 MHz bis 2 GHz und der zweite im Bereich von 30 MHz bis 500 MHz und sie haben unterschiedliche Teilungsverhältnisse. Bei einer Änderung des Teilers berücksichtigt das Gerät automatisch die Änderung seines Teilerkoeffizienten bei der Berechnung der Messwerte.
Um das Gerät zu kalibrieren, geben Sie einfach die tatsächliche Quarzerzeugungsfrequenz ein. Unter Amateurbedingungen kann die größte Genauigkeit erreicht werden, wenn die Messung mit einem SDR-Empfänger erfolgt. Es reicht aus, die Empfangsantenne an den Quarz zu bringen. In diesem Fall ist die Auswirkung auf die Quarzerzeugungsfrequenz minimal und die Messgenauigkeit kann +/- 1 Hz erreichen, wenn der Empfänger mit Signalen von Radiosendern, die auf Referenzfrequenzen senden, vorkalibriert wird.
Die langfristige Genauigkeit und Stabilität der Messwerte wird durch die Stabilität der Quarzoszillatorfrequenz bestimmt. Natürlich kann man vom internen Generator des PIC-Controllers keine „Superparameter“ verlangen. Für Amateurzwecke werden sie jedoch meist nicht benötigt. Wenn jedoch eine hohe Messgenauigkeit und Langzeitstabilität erforderlich sind, ist es besser, einen externen thermostatisierten Generator als Referenz zu verwenden.
Die Einrichtungs- und Bedienungsmerkmale des Gerätes sowie die Kalibrierungsmethode werden in der Detailbeschreibung näher beschrieben.
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Es war einmal, als ich einen damals sehr beliebten Denisov-Frequenzmesser zusammenbaute, oder besser gesagt, seinen Klon auf einem PIC16F628A und einem ALS318-Indikator. Und dann, nach vielen Jahren, erregte er meine Aufmerksamkeit. Es scheint die Frequenz richtig zu messen, aber es ist zu primitiv und außerdem flackern die Messwerte ständig. In meiner Freizeit wurde beschlossen, auf der Grundlage dieser Schaltung (die Verbindung zweier Mikrocontroller-Pins, Eingangskreise und Stromkreise wurden geändert) ein modernes, hochwertiges, aber sehr kostengünstiges Gerät ohne seine Mängel zu schaffen Prototyp und zusätzlich um viele Funktionen und Modi ergänzt.
Das nachfolgend beschriebene Gerät verfügt über folgende Fähigkeiten: „normale“ Frequenzmessung durch Zählen der Anzahl der Impulse innerhalb einer Sekunde; Messung der Frequenz niederfrequenter Signale durch Periodendauermessung (F=1/T) mit einer Genauigkeit von 0,001 Hz; Messung der Signalperiode und bei Hochfrequenzsignalen über die Frequenz (T=1/F); Messung der Dauer sowohl positiver als auch negativer Impulse. Es ist auch möglich, für jeden Modus einen Messwert im nichtflüchtigen Speicher zu speichern und ihn bei Bedarf später anzuzeigen. Es ist möglich, eine Reihe von Geräteeinstellungen schnell zu ändern und das Gerät automatisch auszuschalten, wenn es für eine bestimmte Zeit keine Auswirkungen auf das Gerät gibt.
Hauptmerkmale des Geräts:
- Frequenzmessgrenzen……………………..……....……. 0 – 40000000 Hz
- Auflösung der Frequenzmessung (konventionelles Frequenzmessgerät) ... 1 Hz
- Auflösung der Frequenzmessung („spezieller“ Frequenzmesser) ...... 0,001 Hz
- Periodenmessgrenzen…………………………….........0,05 – 2000000 µs.
- Häufigkeit des Wechsels der Messmethode (Periode und Frequenz) ..... 900 - 1000 Hz
- Grenzwerte für die Messung der Impulsdauer
(bei einer Signalperiode von 2 – 2000000 µs) …………............ 1 – 1000000 µs. - Amplitude des gemessenen Signals……..………………....……… 0,1 – 100 Volt
- Messgenauigkeit (abhängig von den Eigenschaften des Quarzes) ..... 0,00001+2 Einheiten. ml. Größe
- Anzeigezeitraum (Dauer, Periode und „besondere“ Häufigkeit) 0,25; 0,5; 1; 2 Sek.
- Zeit ohne Belichtung vor dem Ausschalten des Geräts …………… 8; 16; 32; 64 Min.
- Anzahl der gespeicherten Messwerte…………………. 5
- Behält alle Parameter bei, wenn der Strom ausgeschaltet wird.....ja
- Versorgungsspannung…………………………………………………….....…. 5,5 – 10 Volt
- Durchschnittlicher Stromverbrauch im Betriebsmodus……………….. 15 – 25 mA
- Stromverbrauch im Schlafmodus nicht mehr als ………………... 10 µA
Schauen wir uns die Arbeit mit dem Gerät genauer an (wir schauen uns das Diagramm und das Design unten an).
Wenn Sie das Gerät einschalten, zeigt der Indikator nach der Anzeige der Begrüßungsnachricht die Messwerte entsprechend dem zuvor ausgewählten Grenzwert an (im Folgenden als Ausgangszustand bezeichnet). Wenn Sie die Taste S1 drücken, erscheint der Name des aktuellen Modus auf der Anzeige (in den meisten Fällen sofort, aber selten, bei der Messung niederfrequenter Signale müssen Sie die Taste möglicherweise bis zu 2 s lang gedrückt halten). Wenn Sie anschließend die Taste loslassen und drücken, ändern sich die Namen der angezeigten Modi in einem Kreis in der Reihenfolge: Frequenzmesser (auf der Anzeige Freq_St) – Spezialfrequenzmesser (Freq_SP) – Periodenmessung (Period) – Messung der positiven Impulsdauer ( t __|. - |__) - Messung der negativen Impulsdauer (t -- |_| --) – Frequenzmesser... . Das Drücken der S2-Taste während der Anzeige eines beliebigen Modus auf dem Display führt dazu, dass das Gerät in den Ausgangszustand zurückkehrt und den entsprechenden Modus wechselt. Wird während der Wartezeit (3-10 Sekunden – operativ einstellbar) keine Taste gedrückt, kehrt das Gerät in den Ausgangszustand mit dem vorherigen Modus (vor dem Drücken von S1) zurück.
Wenn Sie, nachdem der Modusname auf der Anzeige erscheint, die Taste S1 3 Sekunden lang gedrückt halten, erscheint die Aufschrift „to_SLEEP“ auf der Anzeige. In diesem Fall wird das Gerät durch Drücken der S2-Taste sowie durch Nichtbetätigen der Tasten während der Wartezeit in den Schlafmodus versetzt, der durch Drücken einer beliebigen Taste verlassen werden kann. Das Drücken der S1-Taste in diesem Modus (natürlich nach dem Loslassen) führt dazu, dass abwechselnd die Aufschriften „to_SLEEP“ und „SETTINGS“ auf dem Display erscheinen. Durch Drücken der Taste S2 im Punkt „EINSTELLUNGEN“ gelangen Sie in das Untermenü „Einstellungen“. Dabei ist „P_IND x.xx“ die Anzeigedauer, „t_butt xx“ die Wartezeit für das Drücken der Tasten in Sekunden, „t_OFF xx“ die Zeit vor dem Ausschalten in Minuten und xx der unmittelbar aktuelle Wert des Parameters (blinkt zur Sichtbarkeit). An dieser Stelle werden durch Drücken von S1 auch die Unterelemente nacheinander umgeschaltet, und durch Drücken der Taste S2 wird der aktuelle Parameter geändert (der neue Wert wird sofort angezeigt). Beenden mit Speichern aktueller Parameter – nach Ablauf der Wartezeit ohne Betätigung einer Taste.
Das Drücken der S2-Taste im Ausgangszustand (in einigen Modi auch, wie oben erwähnt, für bis zu 2 Sekunden) führt dazu, dass auf dem Display die Aufschrift „LOAD“ erscheint. Durch Loslassen der Taste unmittelbar nach Erscheinen des Schriftzuges wird der zuvor gespeicherte Messwert für 8 Sekunden auf dem Display angezeigt (blinkt zur Unterscheidung vom aktuellen Messwert). Wenn bei Erscheinen der Aufschrift „LOAD“ bei gedrückt gehaltener Taste S2 die Taste S1 gedrückt wird, wird der aktuelle Messwert in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben, was durch das Erscheinen der blinkenden Aufschrift „SAVE“ bestätigt wird der Indikator.
Der Übergang in den Schlafmodus erfolgt auch, wenn im Ausgangszustand 8 – 64 Minuten lang keine Tastenbetätigung erfolgt (kann zeitnah geändert werden).
Beschreibung der Funktionsweise des Geräts in verschiedenen Modi
Normaler Frequenzmesser
Der Betrieb in diesem Modus ist Standard – Zählen der Impulse mit dem TMR0-Timer. Es ist lediglich zu beachten, dass die Zählzeit (1 Sekunde) in Interrupts vom TMR2-Timer im Abstand von 2 ms gezählt wird, wobei auch eine dynamische Anzeige erfolgt.
Während der Messung ist das Moduszeichen das „F“. in der höchstwertigen Ziffer (wird bei einer Frequenz über 9999999 Hz nicht angezeigt).
Spezieller Frequenzmesser
In diesem Modus wird bei der Messung von Frequenzen bis zu 1000 Hz die Signalperiode tatsächlich gemessen und die Frequenz anhand der Formel F = 1000000000/T berechnet, wobei T in Mikrosekunden und F in Tausendstel Hertz (dem Komma) angegeben ist in der 4. Ziffer rechts leuchtet). Beträgt die Frequenz mehr als 1000 Hz, erfolgt die Messung wie bei einem herkömmlichen Frequenzmesser (bei einer Frequenz kleiner 900 Hz erfolgt die Rückschaltung). Dieser Modus ermöglicht bei niederfrequenten Signalen eine Reduzierung der Messauflösung von 1 Hz auf 0,001 Hz und damit der Genauigkeit (mindestens 3 signifikante Stellen auf dem Indikator).
Vorzeichen des Modus – Ausgabe „F. - ” in den höchsten 2 Ziffern (bei der Messung hoher Frequenzen stets durch den angezeigten Wert „überschrieben“).
Periodenmessung
Der Modus ähnelt einem speziellen Frequenzmesser. In diesem Modus wird die Periode direkt gemessen (vom TMR1-Timer, getaktet mit einer Frequenz von 1 MHz vom internen Oszillator) für Signale mit einer Periode von mehr als 1000 μs und für eine kleinere Periode – durch Frequenzmessung mit der Formel T = 1000000000/F, wobei F in Hertz und T in Nanosekunden angegeben ist. Gleichzeitig leuchtet auf der Anzeige ein Komma in der 3. Ziffer auf, wodurch Sie in beiden Fällen mit mindestens drei signifikanten Ziffern die Messwerte in Mikrosekunden ablesen können.
Vorzeichen des Modus – Ausgang „P.“ in der höchstwertigen Ziffer (bei der Berechnung der Periode durch die Frequenz wird die obere Zeile in der nächsten Ziffer hinzugefügt).
Pulsdauermessung (positiv und negativ)
Diese beiden Modi sind ähnlich und unterscheiden sich lediglich in der Polarität der gemessenen Impulse. Die Messung erfolgt durch direktes Zählen der Dauer des TMR1-Timers, der während des Eingangsimpulses vom internen Oszillator getaktet wird (Periode 0,25 μs). Gleichzeitig ist die Zuverlässigkeit von Messdauern ab 3 μs gewährleistet, bei kürzeren Impulsen wird die Dauer mit indirekten Methoden gemessen und die Zuverlässigkeit des Ergebnisses verringert. Dieser Umstand (indirekte Messung der Dauer) wird durch das Blinken des Buchstabens „t“ auf der Anzeige angezeigt.
Bei einem Signal mit einer Dauer von weniger als 32768 μs wird das Ergebnis mit einer Genauigkeit von 0,25 μs angezeigt, ansonsten beträgt die Genauigkeit (Diskretheit) 1 μs.
Das Vorzeichen des Modus ist das ausgegebene „t“ in der höchstwertigen Ziffer plus dem oberen oder unteren Segment der nächsten Ziffer, je nach Modus der Aufzeichnung positiver oder negativer Impulse.
Es ist zu beachten, dass dies auf die Asymmetrie des Eingangsteils des Geräts sowie auf die Anwesenheit am Eingang zurückzuführen istBeim Schmitt-Trigger des CCP-Mikrocontrollers kann beim Messen der Dauer von Signalen mit flachen Flanken ein erheblicher Fehler auftreten. Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Eingangssignalamplitude ab. Der Versuch, Signale mit einer Amplitude deutlich unter 0,1 Volt in einem beliebigen Modus zu messen, kann zur Anzeige von Messwerten führen, die nicht der Realität entsprechen (dies gilt jedoch auch für andere ähnliche Geräte). Bei einem bekanntermaßen stabilen Eingangssignal kann eine größere Instabilität der Gerätemesswerte ein indirektes Zeichen für eine unzureichende Amplitude sein.
Wenn die Timing-Parameter des Eingangssignals es diesem Gerät nicht erlauben, diese zu messen (bei der Messung von Periode und Dauer), zeigt der Indikator die folgenden Messwerte an: „F.too_hi“ – Frequenz ist zu hoch, „P.too_big“ – Periode ist zu lang, „NO_SIG“ - kein Signal.
Schematische Darstellung und Bedienung des Gerätes
Der Mikrocontroller PIC16F628A (DD2) nutzt die Pins von Port B (außer RB2) und Pin RA3 über Begrenzungswiderstände (R5-R12), um jeweils die Segmente und das Komma des Indikators zu steuern, der zwei 4-stellige LED-Indikatoren FYQ3641A mit einer gemeinsamen Verbindung verwendet Kathode (Pins von Segmenten und Dezimalanzeigepunkten sind paarweise verbunden). Die Steuerung der Bits erfolgt über die Ausgänge des Decoders DD1 (74HC138), an dessen Eingänge das Steuersignal von den Pins RA0-RA2 DD2 geliefert wird. Die Pins RA0 und RA1 überwachen außerdem den Zustand der Steuertasten S1 und S2 mithilfe der Widerstände R1-R4. Der Mikrocontroller wird von einem 16-MHz-Quarzoszillator getaktet, der externe Elemente Z1, C1-C3 enthält. Der MCLR-Pin ist als Reset-Pin enthalten und liegt auf einem Potenzial von +5V. Die dynamische Anzeige erfolgt, wie oben erwähnt, in Interrupts von TMR2 mit einem Intervall von 2 ms, sodass der Indikator mit einer Frequenz von etwa 63 Hz aktualisiert wird. In diesem Fall ist in allen Modi des Gerätes ein gleichmäßiges, flimmerfreies Leuchten der Anzeige gewährleistet.
Das Signal vom Eingangsverstärker wird den kombinierten Pins T0CKI und CCP1 (Pins 3 und 9 von MK DD2) zugeführt. Im Modus eines herkömmlichen Frequenzmessers wird Pin 3 zum Zählen von Impulsen verwendet, und Pin 9 (in diesem Fall als Ein-/Ausgang von RB3 eingestellt) dient zum Öffnen und Schließen des Eingangs und der anschließenden „zusätzlichen Zählung“. Bei der Messung von Periode und Dauer sind diese Pins als Eingänge T0CKI und CCP1 verbunden. In diesem Fall wird ein Originalalgorithmus verwendet, um den TMR1-Wert entlang der Signalflanken zu „erfassen“, die Zeit zwischen den Erfassungen zu berechnen und die Richtigkeit des Ergebnisses durch Analyse des Inhalts des TMR0-Timers zu kontrollieren. Die Idee dabei ist, dass das Signal den kombinierten Eingängen des Capture- und Timer-Zählers des MK zugeführt wird, was es ermöglicht, anhand der Anzahl der vom Timer aufgezeichneten Impulsflanken zu beurteilen, ob die gewünschten Signalabfälle vom Timer verpasst wurden Erfassungssystem aufgrund der mangelnden Geschwindigkeit des MK.
Der Eingangsverstärker an den Transistoren VT1-VT3 ist nach einer bekannten und bewährten Schaltung aufgebaut. Die relativ hohe Kapazität der Kondensatoren C4 und C9 erklärt sich aus der Notwendigkeit, eine untere Grenze der Bandbreite von mindestens 1 Hz sicherzustellen (hierfür wird auch der Widerstand R23 verwendet). Die Elemente C7, C10, C14, L1 dienen zur Erhöhung der Verstärkung bei maximal gemessenen Frequenzen. VD1, VD2 und R14 schützen den Transistor VT1 vor einem Durchbruch durch das Eingangssignal.
Der Eingangsverstärker verbraucht erheblichen Strom (ca. 5 mA), daher war es notwendig, ihn im Schlafmodus über einen Schalter an einem MOSFET-Transistor mit einem P-Kanal VT2 von der Stromversorgung zu trennen. Aufgrund des Mangels an freien MK-Pins wird dieser Schlüssel über Pin 1 von DD2 (RA2) gesteuert, der auch zur Steuerung des DD1-Decoders verwendet wird. Im Betriebsmodus enthält dieser Pin eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von etwa 125 Hz. Bei negativen Pegeln wird der Kondensator C6 über die VD3R16-Kette geladen und der Transistor VT2 öffnet mit einem negativen Potential am Gate. Die Diode verhindert durch den relativ niedrigen Widerstandswert des Widerstands R16, dass sich der Kondensator bei einem positiven Signalpegel entlädt. Die Zeitkonstante der Kette C6,R20 wird so groß gewählt, dass Störungen mit einer Frequenz von 125 Hz nicht in den Eingangsverstärker gelangen. Im Schlafmodus liegt am Ausgang 1 von DD2 ein positives Potential an, der Kondensator C6 wird über den Widerstand R20 entladen und nach ca. 3-5 Sekunden schließt der Transistor VT2 und trennt den Eingangsverstärker vollständig von der Stromquelle. Der Stromverbrauch des Geräts im Schlafmodus beträgt auf Wunsch 10 μA, sodass Sie auf den mechanischen Netzschalter komplett verzichten können.
An den Pins 17 und 18 (RA0,RA1) des MK, die in diesem Modus als Eingänge eingeschaltet sind, und damit an den Eingängen 1, 2 von DD1, liegt dank der Widerstände R1, R2 ebenfalls ein hohes Potenzial an. In diesem Fall erscheint am Ausgang 7 von DD1 ein logischer Pegel von 0 und wird über den Widerstand R13 dem Pin RB7 von DD2 zugeführt, der in diesem Fall als Eingang geschaltet ist. Wenn Sie eine beliebige Taste drücken, ändert sich der Code an den Eingängen des Decoders und an seinem Ausgang 7 erscheint ein logischer Pegel von 1, der auch über R13 an den Ausgang des RB7 MK übertragen wird. Da in diesem Modus der Interrupt zum Ändern des Pegels an diesem Eingang aktiviert ist, wacht der Mikrocontroller durch Drücken einer beliebigen Taste aus dem Schlafmodus (SLEEP) auf.
Die Schaltung wird von einem integrierten Stabilisator DA1 Typ NCP551SN50 mit einer Ausgangsspannung von 5 Volt versorgt. Diese Mikroschaltung zeichnet sich durch einen geringen Spannungsabfall und einen extrem geringen Eigenstromverbrauch (typischer Wert 4 μA) aus. Die Verwendung eines normalen 78L05 anstelle des verwendeten Stabilisators macht den Schlafmodus aufgrund des hohen Stromverbrauchs des letzteren - etwa 3 mA - zunichte.
Layout
Alle Teile des Gerätes sind auf einer Leiterplatte aus Glasfaser mit einseitiger Metallisierung im Format 63x64 mm untergebracht. Die beigefügten Zeichnungen zeigen jeweils die Konfiguration der gedruckten Leiterbahnen, die Platzierung der Teile auf der Seite der Metallisierung bzw. die Platzierung der Teile auf der Seite ohne Metallisierung.
Die Abmessungen der Platine ermöglichen eine bequeme Platzierung im Gehäuse eines D-830-Multimeters, nachdem zuvor die Kunststoffständer darin abgeschnitten wurden. Gleichzeitig ist darin genügend Platz für verschiedene Energieoptionen – von der „Krone“ bis hin zu 5-6 AAA-Elementen. Dadurch, dass alle Elemente (einschließlich Tasten, Eingangsstecker und Schraubblock zur Stromversorgung) kompakt auf der Platine platziert sind, können Sie das Gerät auch ohne Gehäuse verwenden. Achten Sie auf die Position der Indikatoren am unteren Rand der Tafel. Diese Anordnung ist trotz ihrer Ungewöhnlichkeit meiner Meinung nach aus Sicht des Betrachtungswinkels des Indikators vorteilhafter.
Details
Die Indikatoren können durch CPD-03641 mit gemeinsamen Kathoden ersetzt werden. Der Decoder wird auf 74AC138 umgestellt. In diesem Fall können Sie bei Bedarf den Strom und damit die Helligkeit der Anzeigen um das Zweifache erhöhen, indem Sie den Widerstand der Widerstände R5-R12 auf 390 Ohm reduzieren. Dann steigt aber der Stromverbrauch des Gerätes im Betriebsmodus proportional an (meiner Meinung nach ist die Helligkeit der Anzeigen auch bei den im Diagramm angegebenen Widerstandswerten ausreichend). Ein Quarzresonator kann auch bei 4 MHz verwendet werden, allerdings erhöht sich in diesem Fall die minimale Aufzeichnungsdauer um das Vierfache. Firmware für diesen Fall ist ebenfalls enthalten. Die Tasten S1 und S2 sind taktisch, mit seitlichem Drücken. Der Transistor VT1 kann BF998R, VT2 – IRLML6401 und VT3 – jeder NPN mit einer Grenzfrequenz von mindestens 300 MHz verwendet werden. Kondensator C4 – für eine Spannung von mindestens 100 V. Alle Dioden können durch inländische KD521, KD522 ersetzt werden. Der Eingangsanschluss ist für Netzteile (Durchmesser – 5,5 mm). Eine Sonde und eine Krokodilklemme werden jeweils über ein 50 cm langes Stück abgeschirmtes Kabel mit dem Gegenstück verlötet.
Um die Größe zu reduzieren, werden Kondensatoren und Widerstände hauptsächlich in SMD der Größe 0805 verwendet (es kann C6-Tantal verwendet werden). Um Kurzschlüsse zu vermeiden, werden aus Papierband geschnittene Streifen vorab auf die Leiterbahnen geklebt und verlaufen dort unter den SMD-Elementen. Ausgangswiderstände werden an Positionen verwendet, an denen dies im Hinblick auf ein einfaches Platinenlayout von Vorteil ist. Zuerst müssen Sie die SMD-Komponenten auf die Platine löten, dann die Überbrückungsdrähte und zuletzt die Ausgangskomponenten.
Der DA1-Stabilisator kann als letztes Mittel durch den weniger seltenen LP2950CZ-5.0 ersetzt werden. Es gibt einen Platz dafür auf der Platine (dies ist die auf den Fotos gezeigte Option), allerdings erhöht sich in diesem Fall der Strom im Ruhemodus auf 70-100 µA.
Das Aussehen der bestückten Platine auf beiden Seiten ist auf den Fotos zu sehen.
Einstellungen
Bei Verwendung der im Diagramm angegebenen Elemente und eines ausreichend hochwertigen Quarzresonators sind die oben genannten Eigenschaften des Gerätes ohne jegliche Anpassung gewährleistet. Wenn Sie über einen hochpräzisen Standard-Frequenzmesser verfügen, ist es sinnvoll, ein Signal mit einer Frequenz von etwa 5–30 MHz an den Eingang des Geräts anzulegen und seinen Wert mit einem Standard-Frequenzmesser zu kontrollieren, indem Sie C3 so einstellen, dass er möglichst nahe kommt Instrumentenablesungen. Bei Bedarf ist es auch ratsam, die Spannung am VT3-Kollektor durch Auswahl des Widerstands R21 auf 2-3 Volt einzustellen.
Software
Das Programm für den Mikrocontroller ist in Assembler geschrieben. Die angegebenen HEX-Dateien für die Mikrocontroller-Firmware (für Fälle der Verwendung eines Quarzresonators bei 16 und 4 MHz) wurden durch Übersetzung des Programms in die MPASM-Umgebung erhalten. Das Konfigurationswort wird beim Laden der Datei automatisch in die Firmware-Programme eingetragen. Bei Verwendung von Quarz mit 4 MHz ist es erforderlich, in der Zeile „X_16 EQU 1“ am Anfang des Programms den Wert 1 auf 0 zu ändern und neu zu übersetzen. Es ist zu beachten, dass für die volle Nutzung aller Funktionen die Verwendung von 16-MHz-Quarz vorzuziehen ist.
Angehängte Dateien
Im Anhang finden Sie neben dem oben genannten Code und der Firmware ein Proteus-Modell und eine Platine im LAY-Format.
Bitte beachten Sie, dass im Modell der Widerstand R2 von der Simulation ausgeschlossen ist, da er zu Verzerrungen in der Anzeige führt (eine Funktion von Proteus). Es ist jedoch erforderlich, den Ruhemodus zu verlassen. Um diese Aktion zu beobachten, sollten Sie das Kontrollkästchen „Von Modellierung ausschließen“ in den R2-Eigenschaften deaktivieren.
Liste der Radioelemente
| Bezeichnung | Typ | Konfession | Menge | Notiz | Geschäft | Mein Notizblock |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DD1 | Chip | 74HC138 | 1 | Zum Notizblock | ||
| DD2 | MK PIC 8-Bit | PIC16F628A | 1 | Zum Notizblock | ||
| DA1 | Chip | NCP551SN50 | 1 | LP2950-5.0 | Zum Notizblock | |
| VT1 | MOSFET-Transistor | BF998 | 1 | Zum Notizblock | ||
| VT2 | MOSFET-Transistor | IRLML6402 | 1 | IRLML6401 | Zum Notizblock | |
| VT3 | Transistor | KT368 | 1 | Zum Notizblock | ||
| VD1-VD3 | Gleichrichterdiode | 1N4148 | 3 | KD521 | Zum Notizblock | |
| HL1, HL2 | Indikator | FYQ3641 | 2 | CPD-03641 | Zum Notizblock | |
| Z1 | Quarzresonator | 16 MHz | 1 | 4 MHz | Zum Notizblock | |
| C1 | Kondensator | 22 pF | 1 | Zum Notizblock | ||
| C2 | Kondensator | 10 pF | 1 | Zum Notizblock | ||
| C3 | Trimmerkondensator | 22 pF | 1 | Zum Notizblock | ||
| C4 | Kondensator | 1 µF | 1 | Zum Notizblock | ||
| C5, C7, C8, C12 | Kondensator | 100 nF | 4 | SMD | Zum Notizblock | |
| C6 | Kondensator | 2,2 µF | 1 | SMD | Zum Notizblock | |
| C9 | Kondensator | 470 µF 6,3 V | 1 | Zum Notizblock | ||
| C10, C14 | Kondensator | 10 nF | 2 | SMD | Zum Notizblock | |
| C11 | 47uF 6,3V | 1 | Zum Notizblock | |||
| C13 | Elektrolytkondensator | 470 µF 10 V | 1 | Zum Notizblock | ||
| R1, R2, R13 | Widerstand | 10 kOhm | 3 | Zum Notizblock | ||
| R3, R4 | Widerstand | 470 Ohm | 2 | Zum Notizblock | ||
| R5-R12 | Widerstand | 750 Ohm | 8 | SMD | Zum Notizblock | |
| R14 | Widerstand | 1 kOhm | 1 |
