Первую часть данной статьи можно прочитать здесь:
После завершения пайки платы простого частотомера из радиоконструктора и успешного первого его включения (на индикаторе в четвёртом разряде при этом должен загореться ноль), настало время проверки его работоспособности.
Проще всего это сделать, подключая к прибору имеющиеся в наличии кварцевые резонаторы с различной частотой.
9. Проверка работоспособности при измерении частоты кварцевых резонаторов
Для проверки переключаем перемычку J1 в положение "ближе к центру платы" (вправо на схеме), подключив тем самым к измерительному входу RA4 микроконтроллера выход генератора на транзисторе U2.
Затем вставляем измеряемый кварцевый резонатор выводами в крайние гнёзда панельки JP1 и включаем частотомер, подключив шнур питания.
На индикаторе должно отобразиться значение частоты, на которой работает генератор с подключённым кварцем.
В соответствии с инструкцией прибор может измерять частоту кварцевых резонаторов в диапазоне от 4 МГц до 40 МГц.
И похоже это действительно так. По крайней мере измерить частоту "часового" кварца на 32768 Гц мне не удалось.
Но, вероятно, это вполне возможно, если перестроить частоту генератора на транзисторе U2, кратно, в сотни раз увеличив ёмкости конденсаторов С2 и С3. Если, конечно, есть такая необходимость.
Вот ещё несколько проб измерения частоты кварцевых резонаторов.
Расхождение в последнем разряде на 1-2 значащих цифры (от 200 Гц при измерении частоты на 8 МГц до 1 кГц при измерении частоты в 27 МГц), как мне кажется, это довольно неплохая точность (погрешность измерения от 0.02% до 0.0037%), особенно учитывая простоту схемы прибора и цену самого радиоконструктора.
Кварцевых резонаторов на частоту свыше 27 МГц в моих запасах не оказалось, так что верхний предел измерения частоты зафиксировать пока не удалось.
Для меня сейчас это не очень важно ‒ всё равно предполагаю собирать к данной схеме дополнительный входной делитель частоты.
Далее приступил к проверке работоспособности частотомера при измерении частоты от внешнего генератора.
10. Проверка работоспособности при измерении частоты от внешнего генератора
Какого-то отдельного генератора частот в моей домашней радиолаборатории нет. Но есть режим генерации нескольких фиксированных частот прямоугольных импульсов цифровых уровней в русскоязычной прошивке 7.18R транзистор-тестера. Им и решил воспользоваться.
В качестве альтернативы можно использовать один из программных генераторов частот, снимая сигнал с выхода звуковой платы компьютера. Например, как это сделано здесь (отдельное спасибо за ссылку Петру, Радиолюбителю).
Для измерения перевёл транзистор-тестер в режим генерации частоты и подключил его выход (2-ой контакт измерительной ZIF-панели, сначала через разделительный конденсатор и резистор) к разъёму H2 входа частотомера, соблюдая полярность. Перемычка J1 частотомера при этом должна быть переставлена в положение "ближе к нижнему краю платы" (на схеме в левое положение).
Первая попытка измерения закончилась неудачно. На индикаторе частотомера хаотически мерцали какие-то числа, но они не были как-то связаны с частотой импульсов генератора транзистор-тестера. Словно и не подключал. Либо цепь была оборвана.
Дополнительная проверка и анализ схемы заставили обратить более пристальное внимание на включение диода D1. Вот насчёт него, честно говоря, мне стало непонятно.
С одной стороны измерительный вход RA4 микроконтроллера подключён с помощью резистора подтяжки R3 к напряжению +5V c выхода стабилизатора U1.
Поэтому нормально на входе RA4 установлен высокий логический уровень. И частотомер видимо должен срабатывать при появлении на входе низкого логического уровня. Таким образом диод D1 включён правильно.
С другой стороны вывод 2 разъёма H2 подключён к минусу (к общему проводу, "к земле"). То есть на вход 1 разъёма H2 нужно подавать импульсы положительной полярности. Которые и подавал с генератора транзистор-тестера. И которые диод D1 при таком включении пропускать не может.
Как оказалось, вопросы к включению в схему данного диода возникли не только у меня. Например, тема поднималась и вот в этом обсуждении на РадиоКоте.
Пробовал поменять полярность включения диода D1. Результатов это не дало.
А вот после замены диода D1 проволочной перемычкой частотомер стал отзываться на входные импульсы и показывать их частоту.
Возможно диодом разработчики конструктора хотели защитить вход микроконтроллера от подачи импульсов неправильной полярности.
Закоротив его я оставил вход микроконтроллера открытым и незащищённым.
Это допустимо, если подавать на вход импульсы положительной полярности и напряжением не выше 5 вольт.
Но для практики, в дальнейшем, очень желательно добавить к прибору схему формирователя входного напряжения, которая, в том числе, и защитит вход микроконтроллера.
Защитная RС-цепочка на выходе генератора транзистор-тестера, состоящая из разделительного конденсатора в 470 пФ и резистора сопротивлением 1 кОм тоже оказалась лишней. С ней частотомер отказывался измерять частоту выше 100 кГц. Её тоже пришлось отключить.
Затем, решив, что схема уже работоспособна, собрал частотомер в корпус.
11. Сборка частотомера в корпус
Сборка частотомера в корпус затруднений не вызвала. Нужно было лишь аккуратно удалить защитную от царапин бумагу с деталей корпуса из прозрачного оргстекла, да завинтить восемь винтиков с гаечками.
Только перед закреплением установленной платы на нижней крышке корпуса нужно предварительно установить и левую боковую сторону, иначе её установке будет мешать разъём питания.
Как оказалось, для получения работоспособной конструкции этого ещё недостаточно.
12. Последний штрих
Хаотически мерцающие цифры на индикаторе. После сборки частотомера в корпус эффект усилился.
Вплоть до отказа от измерения показаний частоты.
В какой-то момент я даже решил, что в процессе сборки спалил или выход микроконтроллера транзистор-тестера или вход микроконтроллера частотомера.
Для проверки правильности показаний подключил к выходу-входу ещё и осциллограф.
После подключения осциллографа хаотически мерцающие цифры на индикаторе частотомера исчезли.
Причём "лечебный эффект" наблюдался даже без осциллографа, только при подключении его щупа.
Тут я попытался разгадать, чем же характеризуется щуп осциллографа, что влияет на правильность показаний схемы.
Высоким входным сопротивлением? Закоротил вход частотомера на общий провод через сопротивление в 1 мОм. Не помогло.
Низкой входной ёмкостью? Замерил ёмкость входа щупа осциллографа с помощью транзистор-тестера. Ёмкость оказалась 29 пФ.
Подключил параллельно входу частотомера, между измерительным выводом RA4 и общим проводом, конденсатор с похожей ёмкостью и мерцающие цифры на индикаторе исчезли. Дело оказалось в паразитных наводках на входе. Вот так просто.
Осталось только проверить правильность показаний при измерении разных частот.
Результат ниже на фото. Листайте эту галерею картинок вправо-влево.
Для диапазона частот от 1 Гц до 2 МГц (импульсы более высокой частоты мой транзистор-тестер не выдаёт) это тоже очень неплохие результаты.
А чтобы не возиться с прикруткой гасящего наводки конденсатора к проводкам при каждом измерении, позже припаял его к контактам входного разъёма частотомера снизу платы.
13. Работа частотомера в режиме цифровой шкалы
Одним из наиболее заметных конструктивных элементов частотомера является большая круглая жёлтая кнопка.
До настоящего времени нам не приходилось её нажимать, так как прибор по умолчанию работает в режиме измерения частоты сразу после подачи на него напряжения питания.
Если, измеряя частоту, после отображения её значения на индикаторе, нажать эту кнопку и удерживать более секунды, то микроконтроллер из режима измерения частоты переводится в режим цифровой шкалы (программирования).
При этом на индикаторе высветится сочетание символов "ProG".
А измеренная текущая частота станет восприниматься прибором как частота смещения для последующих замеров. Останется только указать, что с ней дальше делать, например, прибавлять к измеренным в последующем частотам, или вычитать из них.
Данный режим не рассматривался и не проверялся мной на практике. Так как в обычной работе пока не требуется.
Поэтому кратко, справочно и чисто обзорно опишу эту возможность в виде перевода некоторых цитат самого автора конструкции частотомера Wolfgang "Wolf" Büscher с моими небольшими комментариями.
Если же вам понадобится более полное описание работы частотомера в режиме цифровой шкалы, то, наверное, стоит обратиться к разделу "Adding or subtracting an offset frequency" первоисточника.
Frequency counter with a PIC and minimum hardware by Wolfgang "Wolf" Büscher, DL4YHF
Итак, вот что пишет сам автор:
Если счётчик используется в коротковолновом приёмнике или приёмопередатчике, вы можете добавить или вычесть значение смещения из измеренной частоты. Частота смещения во многих случаях совпадает с промежуточной частотой, потому что счётчик обычно подключается к приёмникам VFO (генератор с переменной частотой). С этой целью в прошивке был реализован режим программирования (также известный как «режим настройки»), поэтому вы можете ввести частоту смещения без перепрограммирования (или даже повторной сборки) прошивки PIC.
И далее:
Сигнал RA5 (вывод 4 PIC 16F628) используется для переключения из обычного режима счётчика в режим программирования. Обычно уровень на RA5 высокий, потому что он подключён к напряжению питания через подтягивающий резистор (от 10 кОм до 22 кОм). Если вам никогда не потребуется добавлять или вычитать смещение частоты, подключите его постоянно к напряжению питания (на RA5 должен быть определённый уровень, к сожалению, он не имеет внутреннего подтягивающего резистора). С переключением RA5 на низкий уровень (соедините контакты 4 и 5 PIC с помощью небольшой отвёртки) [в радиоконструкторе эту функцию выполняет жёлтая кнопка], прошивка получит указание использовать текущую измеренную частоту в качестве нового значения смещения. Другими словами, вы должны подать смещение частоты на вход счётчика, подождать, пока значение не отобразится правильно, а затем войти в режим программирования, как описано ниже.
При последующих коротких нажатиях кнопки на индикаторе последовательно будут появляться сочетания символов: Quit, PSave или NoPSV, Add, Sub, Zero, Table.
Далее в первоисточнике приводится блок-схема программы и описывается её работа при выборе того или иного подрежима.
Блок-схема программы показывает, как войти в режим программирования, как выбрать меню и как выполнить соответствующую функцию. Чтобы войти в режим программирования, нажмите и удерживайте клавишу программирования (или соедините контакты 4 и 5 PIC с помощью маленькой отвёртки), пока PIC не отобразит «ProG» на светодиодном дисплее. Затем отпустите «ключ». Теперь вы находитесь в первом меню режима программирования.
Чтобы перейти в следующее меню, нажмите кнопку на короткое время (менее секунды). Чтобы выполнить выбранную функцию, нажмите кнопку на более длительное время (более секунды). Функции меню:
«Quit» ‒ «Выход»: выход из режима программирования без каких-либо изменений.
«Add» ‒ «Добавить»: постоянное сохранение ранее измеренной частоты, поэтому она будет добавлена в будущем.
«Sub» ‒ «Вычесть»: постоянное сохранение ранее измеренной частоты, поэтому в будущем она будет вычтена.
«Zero» ‒ «Ноль»: Устанавливает смещение частоты на ноль, чтобы на дисплее отображалась измеренная частота без смещения. Ранее запрограммированное смещение будет потеряно.
«Table» ‒ «Таблица»: позволяет выбрать предопределённое значение смещения из таблицы. Сама таблица также находится в EEPROM данных PIC, поэтому вы можете найти в ней разные значения. При прокрутке таблицы [короткими нажатиями] частоты отображаются в числовом виде, например 455,0 (кГц), 4,1943 (МГц), 4,4336 (МГц), 10,700 (МГц). После выбора записи (долгое нажатие клавиши) вы вернётесь в главное меню, чтобы выбрать «Добавить» или «Вычесть».
«PSave» / «NoPSV»: включение/выключение энергосбережения. В режиме энергосбережения дисплей выключается через 15 секунд отсутствия «значительного» изменения частоты и снова включается, как только частота изменяется более чем на несколько десятков герц (в диапазоне измерений 3..4 МГц). Добавлено в мае 2006 г. для оборудования с батарейным питанием, такого как приёмопередатчики QRP.
Далее в разделе приводятся краткие пояснения, как запрограммировать значения частот цифровой шкалы во внутренней энергонезависимой памяти EEPROM микроконтроллера при отсутствии генератора сигналов или отсутствии доступа к сигналам промежуточной частоты радиоприёмника. Для этого уже дополнительно понадобится программатор микроконтроллеров PIC.
И в конце раздела:
Если вычитаемое смещение больше входной частоты счётчика, результат вычитания будет отрицательным. Счётчик частоты делает результат положительным перед его отображением. Таким образом, вы можете использовать счётчик также в приёмниках, где f_IF = f_RX + f_LO или f_RX = f_IF ‒ f_LO, что означает, что увеличение частоты гетеродина означает уменьшение частоты RX (счётчик будет казаться «бегущим назад», но это не ошибка).
Пример для приёмопередатчика QRP 30-метрового диапазона DL2YEO:
f_RX = f_LO ‒ f_IF = 14,314 МГц ‒ 4,194 МГц = 10,120 МГц, что является расчётом внутри счётчика
(f_LO=измеренный вход, f_RX=отображаемое значение, f_IF=запрограммированное смещение).
Если вам не нужна цифра 10 МГц на дисплее, установите смещение на -14,194 МГц вместо -4,194 МГц. Это даст лучшее разрешение дисплея, поэтому вам нужно всего 4 цифры (f_RX=10,120 МГц будет отображаться как 120,0 кГц, что достаточно, поскольку диапазон настройки приёмника в любом случае составляет всего 20 кГц).
Некоторые часто используемые частоты ПЧ можно вызвать из меню «Таблица», поэтому вам не нужно измерять или вводить их самостоятельно. Во многих случаях для последнего смесителя (на выходе усилителя ПЧ) имеется BFO, который выдаёт частоту, достаточно близкую к нужному значению.
Вот вроде и всё по базовой конструкции данного частотомера. Но это ещё не конец темы. Впереди его доработки.
О них постараюсь рассказать в следующих статьях.
А уже через два дня наступит лето!
30 мая 2022 года.
С уважением, Ваш @mp42b.
<-- Предыдущая статья | Содержание 2019-2021 | Следующая статья -->
Ещё статьи про частотомеры на этом канале:
1. Период измерения ‒ 40 лет. Несколько частотомеров, которые мне когда-то хотелось собрать
2. Простой частотомер на микроконтроллере PIC из радиоконструктора. Часть 1. Распаковка, инструкция, комплектующие, пайка.
#сделай сам #электроника #электроника для начинающих
#измерения #частотомер #радиоконструктор #гаджеты
#простые вещи #mp42b