Частотомер своими руками: схема, инструкция. Частотомер из калькулятора своими руками
Частотомеры широко используются в радиотехнике, электронике и других областях для измерения частоты электрических сигналов. Сделать простой частотомер своими руками достаточно просто, если знать основные принципы его работы. В этой статье мы подробно рассмотрим, как собрать частотомер на базе калькулятора из минимума деталей.
Принцип работы частотомера
Частотомер работает по принципу счета количества периодов входного сигнала за фиксированный промежуток времени. Для этого в схеме частотомера используется опорный генератор, вырабатывающий импульсы высокой стабильности с известной частотой. Эти импульсы подаются на счетчик, который считает периоды входного сигнала.
Также в схеме частотомера присутствует блок управления, который открывает и закрывает вход счетчика в соответствии с сигналами опорного генератора. За один цикл на счетчик поступает строго определенное количество периодов входного сигнала, которое затем отображается на индикаторе.
Формула для расчета частоты по методу временных ворот такая:
Fx = Fo * (M/N),
где Fx – частота входного сигнала, Fo – частота опорного сигнала, M – количество импульсов входного сигнала за время измерения, N – количество импульсов опорного сигнала за время измерения.
Необходимые компоненты
Для создания частотомера нам понадобятся следующие компоненты:
- Калькулятор (в качестве готовой платформы).
- Микросхема генератора опорной частоты (например, КР1006ВИ1).
- Микросхема делителя частоты (например, К176ИЕ5).
- Микросхема счетчика импульсов (например, К561ИЕ8).
- Транзисторы, резисторы, конденсаторы.
- Индикатор.
- Провода для монтажа.
В качестве инструментов понадобятся отвертка, паяльник, бокорезы, мультиметр и некоторые другие элементы радиолюбительского набора.
Схема частотомера на базе калькулятора
Примечание: ниже приведен упрощенный вариант схемы для примера, на практике могут использоваться и более сложные схемные решения
Рассмотрим работу данной схемы частотомера:
- Генератор опорной частоты вырабатывает импульсы высокой стабильности, которые через делитель частоты преобразуются в импульсы 1 Гц.
- Импульсы 1 Гц поступают на блок управления, который открывает счетчик на 1 секунду за период.
- За 1 секунду счетчик подсчитывает количество периодов входного сигнала частоты.
- Полученное число импульсов передается на индикатор.
- По формуле, приведенной выше, вычисляется неизвестная частота.
Конкретное соединение элементов в схеме зависит от типа используемых микросхем и других компонентов. Далее мы рассмотрим пошаговый процесс создания частотомера.
Частотомер своими руками - пошаговая инструкция
Для реализации проекта по созданию частотомера потребуется собрать схему, установить все компоненты, провести тестирование и отладку устройства. Рассмотрим подробную пошаговую инструкцию.
Шаг 1. Подготовка платформы на базе калькулятора
В качестве основы будущего частотомера нам понадобится любой широко распространенный калькулятор с жидкокристаллическим дисплеем. Внутри такого калькулятора уже есть все необходимые блоки питания, тактовый генератор, микроконтроллер, клавиатура и индикатор.
Поэтому наша задача - добавить в схему калькулятора недостающие функциональные узлы: генератор опорной частоты, делитель частоты, счетчик импульсов и цепи их связи с микроконтроллером.
Для начала необходимо раскрыть корпус калькулятора и изучить имеющуюся плату, чтобы определить места для установки дополнительных элементов схемы.
Шаг 2. Установка генератора опорной частоты
В качестве генератора опорной частоты удобно использовать готовый кварцевый резонатор на частоту 32768 Гц. Резонатор припаивается к плате калькулятора и соединяется проводниками с микросхемой делителя частоты.
Шаг 3. Установка делителя частоты
Делитель частоты необходим для преобразования высокостабильных импульсов генератора опорной частоты в импульсы частотой 1 Гц, по которым будет определяться интервал времени счета.
В качестве микросхемы делителя удобно использовать К176ИЕ5. Она устанавливается на плате рядом с генератором и соединяется с ним и следующими каскадами.
Шаг 4. Установка счетчика импульсов
Счетчик импульсов выполняет подсчет периодов входного сигнала по сигналам управления от микроконтроллера. В качестве счетчика можно использовать микросхему типа К561ИЕ8.
Счетчик устанавливается на свободном месте платы и соединяется с блоком управления. Его выходы подключаются к индикатору для отображения результатов подсчета.
Шаг 5. Подключение остальных цепей
После установки основных функциональных узлов необходимо выполнить их согласование и подключение между собой и к другим цепям калькулятора:
- Цепи питания элементов.
- Цепи синхронизации.
- Цепи сброса.
- Управляющие цепи.
Потребуется провести доработку программы микроконтроллера, чтобы реализовать необходимую временную диаграмму работы частотомера с использованием добавленных узлов.
Шаг 6. Тестирование и отладка
После окончания монтажных работ необходимо провести проверку работоспособности частотомера и отладку в случае выявления недостатков.
На этапе тестирования проверяется корректность:
- Генерации опорной частоты.
- Деления частоты.
- Подсчета входных импульсов.
- Отображения результатов на индикаторе.
- Временных диаграмм и тактирования.
Шаг 7. Калибровка частотомера
После проверки работоспособности необходимо провести калибровку частотомера, то есть настройку его показаний в соответствии с реальными значениями входных сигналов известной частоты.
Для калибровки потребуется эталонный генератор сигналов (например, генератор Г3-109) и образцовый частотомер. На вход собранного частотомера поочередно подаются сигналы с известными частотами, и с помощью регулировки опорного генератора добиваются показаний на индикаторе, соответствующих этим частотам.
Шаг 8. Подключение внешних цепей частотомера
Перед практическим применением частотомера необходимо выполнить монтаж внешних цепей:
- Входные цепи с разъемом для подключения исследуемого сигнала.
- Кнопка включения/выключения питания.
- Дополнительные органы управления и индикации.
- Корпус.
Вход частотомера должен иметь защиту от перенапряжения и ограничение амплитуды для исключения выхода из строя схемы при подаче слишком большого сигнала. Также рекомендуется установить фильтры для подавления помех.
Шаг 9. Проверка метрологических характеристик
Перед использованием частотомера для проведения измерений необходимо оценить его метрологические характеристики:
- Погрешность.
- Точность.
- Чувствительность.
- Диапазон рабочих частот.
Эти параметры определяют пригодность частотомера для решения различных измерительных задач. При необходимости проводится донастройка узлов схемы.