Evaluacija metoda za mjerenje niskih frekvencija na Arduinu. Napajanje za brojač frekvencija FC1100-M2
Glavna značajka ovog mjerača frekvencije:
Usvojen je vrlo stabilan TCXO (termički kompenzirani referentni oscilator). Korištenje TCXO tehnologije omogućuje odmah, bez predgrijavanja, pružanje deklarirane točnosti mjerenja frekvencije.
Tehničke karakteristike brojača frekvencija FC1100-M2:
| parametar | minimum | norma | maksimum |
| Mjerni frekvencijski raspon | 1 Hz. | - | 1100 MHz. |
| Razlučivost očitavanja frekvencije od 1 do 1100 MHz | - | 1 kHz. | - |
| Razlučivost očitanja frekvencije od 0 do 50 MHz | - | 1 Hz. | - |
| Razina ulaznog signala za ulaz "A" (od 1 do 1100 MHz). | 0,2 V.* | 5 W.** | |
| Razina ulaznog signala za ulaz "B" (0 do 50 MHz). | 0,6 V | 5 V. | |
| Razdoblje ažuriranja | - | 1 put/s | - |
| Ispitivanje kvarcnih rezonatora | 1 MHz | - | 25 MHz |
| Napon napajanja/potrošnja struje (Mini-USB) | +5V./300mA | ||
| Stabilnost frekvencije @19.2MHz, na temperaturi -20°C...+80°C | 2 ppm (TCXO) |
Posebne karakteristike frekvencijskih mjerača FC1100 i FC1100-M2:
| Vrlo stabilan referentni oscilator TCXO(stabilnost nije gora od +/-2 ppm). | |
| Tvornička kalibracija. | |
| Neovisno istovremeno mjerenje dviju frekvencija (ulaz "A" i ulaz "B"). | |
| Ulaz "B": Omogućuje razlučivost mjerenja frekvencije od 1 Hz. | |
| Ulaz "B" ima potpunu kontrolu praga komparatora analognog ulaza (MAX999EUK), koja omogućuje mjerenje signala koji su šumoviti s harmonicima, prilagođavanjem praga komparatora čistom dijelu periodičkog signala. | |
| Ulaz "A" omogućuje daljinsko mjerenje frekvencije prijenosnih VHF radija na udaljenosti od nekoliko metara, pomoću kratke antene. | |
| Funkcija brzog testiranja kvarcnih rezonatora od 1 do 25 MHz. | |
| Moderan TFT zaslon u boji s ekonomičnim pozadinskim osvjetljenjem. | |
| Proizvođač ne koristi nepouzdane elektrolitske kondenzatore. Umjesto toga koriste se moderni visokokvalitetni SMD keramički kondenzatori značajnih kapaciteta. | |
| Unificirano napajanje putem Mini-USB konektora (+5v). Mini-USB kabel za napajanje - isporučen. | |
| Dizajn mjerača frekvencije optimiziran je za integraciju u ravnu prednju ploču bilo kojeg kućišta. Najlonski izolacijski stupovi M3*8 mm isporučuju se u kompletu kako bi se osigurao razmak između prednje ploče i tiskane ploče frekvencijskog mjerača. | |
| Proizvođač jamči da se ne koriste tehnologije programiranog starenja, koje se široko koriste u modernoj tehnologiji. | |
| Proizvedeno u Rusiji. Maloserijska proizvodnja. Kontrola kvalitete u svakoj fazi proizvodnje. | |
| U proizvodnji se koriste najbolje paste za lemljenje, topitelji koji ne čiste i lemovi. |
Dimenzije tiskane pločice uređaja FC1100-M2: 83mm * 46mm.
Zaslon u boji TFT LCD s pozadinskim osvjetljenjem (dijagonala 1,44" = 3,65 cm).
* Osjetljivost prema podatkovnoj tablici MB501L (parametar "Amplitude ulaznog signala": -4,4 dBm = 135 mV@50 Ohm).
** Gornja granica ulaznog signala ograničena je snagom rasipanja zaštitnih dioda B5819WS (0,2 W*2 kom).
Stražnja strana brojača FC1100-M2
Shema komparatora / oblikovatelja ulaznog signala 0 ... 50 MHz.
Shema djelitelja frekvencije ulaznog signala 1...1100 MHz.
Kratak opis brojača frekvencija FC1100-M2:
Mjerač frekvencije FC1100-M2 ima dva odvojena kanala za mjerenje frekvencije.
Oba kanala brojača FC1100-M2 rade neovisno i mogu se koristiti za mjerenje dvije različite frekvencije istovremeno.
U tom slučaju, obje vrijednosti izmjerene frekvencije se istovremeno prikazuju na zaslonu.
"Ulaz A" - (tip konektora SMA-FEMALE) Dizajniran za mjerenje relativno visokofrekventnih signala, od 1 MHz do 1100 MHz. Donji prag osjetljivosti ovog ulaza je nešto manji od 0,2 V., a gornji prag je ograničen na razini od 0,5 ... 0,6 V. zaštitnim diodama spojenim anti-paralelno. Nema smisla primjenjivati značajne napone na ovaj ulaz, jer će naponi iznad praga otvaranja zaštitnih dioda biti ograničeni.
Primijenjene diode dopuštaju rasipanje snage ne više od 200 mW, štiteći ulaz MB501L razdjelnog čipa. Ne spajajte ovaj ulaz izravno na izlaz odašiljača velike snage (više od 100 mW). Za mjerenje frekvencije izvora signala s amplitudom većom od 5 V., ili značajnom snagom, koristite vanjski razdjelnik napona (prigušivač) ili prijelazni kondenzator malog kapaciteta (jedinice pikofarada) spojene u seriju. Ako je potrebno izmjeriti frekvenciju odašiljača - obično je kao antena dovoljna kratka žica koja se nalazi u konektoru brojača frekvencija i nalazi se na maloj udaljenosti od antene odašiljača ili možete koristiti odgovarajuću gumicu antena s prijenosnih radija spojenih na SMA konektor.
"Ulaz B" - (tip konektora SMA-FEMALE) Dizajniran za mjerenje relativno niskofrekventnih signala, od 1 Hz do 50 MHz. Donji prag osjetljivosti ovog ulaza niži je od praga "Ulaza A" i iznosi 0,6 V., a gornji prag je ograničen zaštitnim diodama na razini od 5 V.
Ako je potrebno izmjeriti frekvenciju signala s amplitudom većom od 5 V, koristite vanjski razdjelnik napona (prigušivač). Ovaj ulaz koristi komparator velike brzine MAX999.
Ulazni signal se primjenjuje na neinvertirajući ulaz komparatora, a ovdje je spojen i otpornik R42, povećavajući hardversku histerezu komparatora MAX999 na razinu od 0,6 V. Prednapon se primjenjuje na invertirajući ulaz MAX999 komparator, od promjenjivog otpornika R35, koji postavlja razinu rada komparatora. Prilikom mjerenja frekvencije šumnih signala potrebno je okrenuti gumb promjenjivog otpornika R35 kako bi se postigla stabilna očitanja mjerača frekvencije. Najveća osjetljivost mjerača frekvencije ostvaruje se u srednjem položaju gumba promjenjivog otpornika R35. Rotacija u smjeru suprotnom od kazaljke na satu - smanjuje, au smjeru kazaljke na satu - povećava napon praga komparatora, omogućujući vam da pomaknete prag komparatora na dio izmjerenog signala bez šuma.
Gumb "Kontrola" prebacuje se između načina mjerenja frekvencije "Ulaz B" i načina ispitivanja kvarcnog rezonatora.
U modu testiranja kvarcnih rezonatora potrebno je spojiti testirani kvarcni rezonator frekvencije od 1 MHz do 25 MHz na krajnje kontakte ploče "Quartz Test". Srednji kontakt ove ploče - ne možete se spojiti, spojen je na "zajedničku" žicu uređaja.
Imajte na umu da u testnom modu kvarcnih rezonatora, u nedostatku testiranog kvarca u ploči, postoji konstantna generacija na relativno visokoj frekvenciji (od 35 do 50 MHz).
Također, treba napomenuti da će, kada je ispitivani kvarcni rezonator spojen, frekvencija generiranja biti nešto viša od njegove tipične frekvencije (unutar jedinica kiloherca). To je određeno paralelnim načinom pobude kvarcnog rezonatora.
Način testiranja kvarcnih rezonatora može se uspješno koristiti za odabir istih kvarcnih rezonatora za ljestvičaste višekristalne kvarcne filtere. U ovom slučaju, glavni kriterij za odabir kvarcnih rezonatora je najbliža moguća frekvencija generiranja odabranog kvarca.
Konektori koji se koriste u FC1100-M2 brojaču frekvencija:
Napajanje za brojač frekvencija FC1100-M2:
Mjerač frekvencije FC1100-M2 opremljen je standardnim Mini-USB priključkom s naponom napajanja od +5,0 V.
Potrošnja struje (maks. 300 mA) - Omogućuje kompatibilnost s većinom USB izvora napajanja.
Uključen je kabel "Mini-USB"<>"USB A", koji vam omogućuje napajanje brojača frekvencije s bilo kojeg uređaja koji ima takav priključak (osobno računalo, prijenosno računalo, USB-HUB, USB napajanje, USB zidni punjač) i tako dalje.
Za autonomno napajanje frekvencijskog mjerača FC1100-M2 optimalno su prikladne široko korištene baterije "Power Bank" s ugrađenim litij-polimer baterijama koje se obično koriste za napajanje opreme s USB konektorima. U ovom slučaju, osim očite pogodnosti, kao bonus, dobivate galvansku izolaciju od mreže i / ili napajanja, što je važno.
Strukturno, uređaj se sastoji od zaslona koji se sastoji od sedam 7-segmentnih LED indikatora, mikrokontrolera i nekoliko tranzistora i otpornika. Mikrokontroler obavlja sve potrebne funkcije, tako da nije potrebna upotreba dodatnih mikro krugova.
Dijagram sklopa uređaja prilično je jednostavan i prikazan je na slici 2. Projekt Eagle (dijagram strujnog kruga i PCB) dostupan je za preuzimanje u odjeljku za preuzimanje.
Zadaci koje obavlja mikrokontroler su jednostavni i očiti: brojanje broja ulaznih impulsa u 1 sekundi i prikaz rezultata na 7-znamenkasti indikator. Najvažnija točka ovdje je točnost glavnog generatora (vremenska baza), koju osigurava ugrađeni 16-bitni mjerač vremena Timer1 u CTC modu. Drugi, 8-bitni, tajmer-brojač radi u režimu brojanja broja impulsa na svom ulazu T0. Svakih 256 impulsa uzrokuje prekid, čiji rukovatelj povećava vrijednost koeficijenta. Kada se postigne trajanje od 1 s sa 16-bitnim timerom, dolazi do prekida, ali u ovom slučaju, faktor se množi s 256 (pomak ulijevo za 8 bita) u rukovatelju prekidima. Preostali broj impulsa koje je registrirao brojač dodaje se rezultatu množenja. Dobivena vrijednost se zatim dijeli na zasebne brojeve, koji se prikazuju na posebnom indikatoru u odgovarajućoj kategoriji. Nakon toga, neposredno prije izlaska iz rukovatelja prekidima, oba brojača se istovremeno resetiraju i ciklus mjerenja se ponavlja. U "slobodnom vremenu" mikrokontroler šalje informacije indikatoru metodom multipleksiranja. U izvornom kodu programa mikrokontrolera autor je dao dodatne komentare koji će pomoći da se detaljno razumije algoritam mikrokontrolera.
Razlučivost i točnost mjerenja
Točnost mjerenja ovisi o izvoru takta za mikrokontroler. Programski kod sam po sebi može unijeti pogrešku (dodavanjem jednog impulsa) na visokim frekvencijama, ali to praktički ne utječe na rezultat mjerenja. Kvarcni rezonator koji se koristi u uređaju mora biti kvalitetan i imati minimalnu grešku. Najbolji izbor bio bi rezonator čija je frekvencija djeljiva s 1024, npr. 16 MHz ili 22,1184 MHz. Da bi se dobio raspon mjerenja do 10 MHz, potrebno je koristiti kvarcni rezonator na frekvenciji od 21 MHz i više (za 16 MHz, kao na dijagramu, raspon mjerenja postaje nešto niži od 8 MHz). Kvarcni rezonator od 22,1184 MHz idealan je za naš uređaj, no nabaviti ga s minimalnom greškom bit će težak zadatak za mnoge radioamatere. U ovom slučaju možete koristiti kvarcni rezonator za drugu frekvenciju (na primjer, 25 MHz), ali morate izvršiti postupak kalibracije glavnog oscilatora pomoću osciloskopa koji podržava hardverska mjerenja i trimer kondenzatora u krugu kvarcnog rezonatora (Slika 3 , 4).
U odjeljku za preuzimanje, nekoliko opcija firmvera za različite kvarcne rezonatore dostupno je za preuzimanje, ali korisnici mogu sami sastaviti firmver za postojeći kvarcni rezonator (pogledajte komentare u izvornom kodu).
Ulazni signal
U općem slučaju, signal bilo kojeg oblika s amplitudom od 0 ... 5 V može se primijeniti na ulaz uređaja, a ne samo pravokutni impulsi. Možete primijeniti sinusoidalni ili trokutasti signal; puls je određen padajućim rubom na razini od 0,8 V. Imajte na umu: ulaz brojača frekvencije nije zaštićen od visokog napona i nije podignut na snagu, ovo je ulaz visokog otpora koji ne opterećuje krug koji se proučava . Mjerni raspon se može proširiti do 100 MHz s rezolucijom od 10 Hz korištenjem odgovarajućeg brzog razdjelnika frekvencije na ulazu.
Prikaz
Uređaj kao zaslon koristi sedam LED 7-segmentnih indikatora sa zajedničkom anodom. Ako je svjetlina indikatora nedovoljna, možete promijeniti vrijednost otpornika koji ograničavaju struju kroz segmente. Međutim, ne zaboravite da veličina impulsne struje za svaki izlaz mikrokontrolera ne smije biti veća od 40 mA (indikatori također imaju svoju radnu struju, ne zaboravite na njegovu vrijednost). U dijagramu je autor naveo da je vrijednost ovih otpornika 100 ohma. Beznačajne nule su potisnute prilikom prikaza rezultata mjerenja, što čini čitanje očitanja ugodnijim.
Isprintana matična ploča
Dvostrana tiskana pločica je dimenzija 109 × 23 mm. Besplatna verzija okruženja za dizajn Eagle PCB nema LED indikatore od sedam segmenata u biblioteci komponenti, pa ih je autor ručno nacrtao. Kao što se vidi na fotografijama (slike 5, 6, 7) autorske izvedbe tiskane pločice, dodatno je potrebno napraviti nekoliko spojeva montažnom žicom. Jedan priključak na prednjoj strani ploče je napajanje Vcc pina mikrokontrolera (kroz rupu na pločici). Postoje još dva priključka na donjoj strani ploče, koji se koriste za povezivanje pinova segmenta decimalne točke indikatora u znamenkama 4 i 7 kroz otpornike od 330 ohma na masu. Za unutarnje programiranje mikrokontrolera autor je koristio 6-pinski konektor (na dijagramu je ovaj konektor prikazan kao kompozitni JP3 i JP4), koji se nalazi na vrhu tiskane pločice. Ovaj konektor ne mora biti lemljen na pločicu, mikrokontroler se može programirati na bilo koji način.
Preuzimanja
Shematski dijagram i crtež tiskane pločice, izvorni kod i firmware mikrokontrolera -
Izgrađeno . Omogućuje vam mjerenje frekvencija do 10 MHz u četiri automatski promjenjiva raspona. Najmanji raspon ima rezoluciju od 1 Hz.
Specifikacije mjerača frekvencije
- Pojas 1: 9,999 kHz, rezolucija 1 Hz.
- Band 2: 99,99 kHz, rezolucija do 10 Hz.
- Band 3: 999,9 kHz, rezolucija do 100 Hz.
- Band 4: 9999 kHz, rezolucija do 1 kHz.
Opis brojača frekvencije na mikrokontroleru
Mikrokontroler Attiny2313 napaja vanjski kristalni oscilator s frekvencijom takta od 20 MHz (to je najveća dopuštena frekvencija). Točnost mjerenja frekvencijskog metra određena je točnošću ovog kvarca. Minimalna duljina poluciklusa mjerenog signala mora biti veća od perioda kristalnog oscilatora (to je zbog ograničenja arhitekture mikrokontrolera ATtiny2313). Stoga je 50 posto takta oscilatora 10 MHz (ovo je najveća mjerljiva frekvencija).
Instaliranje osigurača (u PonyProg):
