Частотомер. Автор Владислав Князьков

Московский Международный Форум "Одаренные дети"

Творческие работы участников Форума | Competitors' creative works

Владислав Князьков, 11 лет

Дворец детского творчества г. Саранск, респ. Мордовия

Данный частотомер может найти применение в лаборатории радиолюбителя, в радиокружке и в школьном физическом кабинете для измерения частоты переменного тока.

Основное достоинство предлагаемого прибора — простота, сочетающаяся с экономичностью и удобством управления. Повышение экономичности достигнуто применением жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) и узла автоматического отключения питания по прошествии определенного времени бездействия.

Основные технические характеристики описываемого частотомера следующие:

— диапазон измерения частоты — 20 Гц…60 МГц;

— порог чувствительности по входному напряжению — 0,3…0,5 В;

— максимальная амплитуда входного сигнала — 3 В.

Питается прибор постоянным напряжением 12 В через внешний сетевой адаптер, потребляемый ток — 10… 12 мА.

Предусмотрено изменение времени измерения (0,1; 1 и 10 с), умножение показаний на 1000 (при применении внешнего делителя частоты), удержание показаний, запись одного значения частоты в энергонезависимую память и возможность последующего считывания.

Принципиальная схема частотомера изображена на рис.1. Его основа — микроконтроллер PIC16F84A, который осуществляет счет импульсов

внешнего сигнала, обработку полученных значений и вывод результатов измерения на жидкокристаллический индикатор (ЖКИ). В функции микроконтроллера также входят опрос кнопок (SB1—SB4) и управление питанием прибора.

Современные    микроконтроллеры    (раньше    их    называли однокристальными микро-ЭВМ) в одном корпусе объединяют мощное процессорное ядро, запоминающие устройства для хранения выполняемой программы и данных, устройства приема входных и формирования выходных сигналов, многочисленные вспомогательные узлы. Общая

тенденция построения современных МК — уменьшение числа внешних элементов, необходимых для нормальной работы. На кристалле микросхемы размещают не только компараторы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, но и всевозможные нагрузочные и «подтягивающие» резисторы, цепи сброса    и т.п.

Включают и выключают частотомер кнопкой SB1. После подачи напряжения от источника питания прибор остается в выключенном состоянии. При нажатии на кнопку SB1 напряжение питания через диод VD3 поступает на интегральный стабилизатор напряжения DA1, а с его выхода — на входной каскад (VT3), микроконтроллер DD1 и индикатор HG1. При этом на выводе 1 (RA2) микроконтроллера появляется высокий логический уровень, что приводит к открыванию транзисторов VT1 и VT2. Далее контроллер ожидает отпускания кнопки SB1 (контролируя сигнал на выводе 6). После размыкания ее контактов напряжение питания подается на вход стабилизатора ВА1 через открытый транзистор УТ1 и начинается измерение частоты.

Во время удержания SB1 на экране индикатора (рис. 2,а) высвечиваются надписи «ЧАСТОТОМЕР» и «ВЕРСИЯ: 1.00» (версия пришивки контроллера). При повторном нажатии на SB1 напряжение питания поступает на вывод 6 (RBO) микроконтроллера, который после этого ожидает размыкания ее контактов, и когда это произойдет, устанавливает низкий логический уровень на выводе 1 (RA2). В результате транзисторы VT1, VT2 закрываются и прибор обесточивается. Если в режиме измерения на индикаторе отображаются нулевые показания в течение примерно 3 мин, микроконтроллер    устанавливает   низкий ' Рис.2 логический уровень на выводе 1 (RA2), тем самым отключая себя от источника питания.

Время измерения, выбранное кнопкой SB2 (0,1; 1 или 10 с) отображается в правой части нижней строки индикатора (рис. 2,6). При этом цена младшего разряда измеренного значения частоты — 10,1 или 0,1 Гц соответственно. При времени измерения 0,1; 1 и 10с максимально не ЖКИ может отображаться семь, восемь или девять разряде! соответственно, т. е. максимальное отображаемое значение равно соответственно 99,999 99; 99,999 999 или 99,999 999 9 МГц.

Нажатием кнопки 8В4 показания частоты умножают на 1000. Это сделано для удобства считывания показаний при использовании внешнего делителя на 1000. Коэффициент умножения ( «х1» или «х1000» отображается в середине нижней строки.

Чтобы удержать (зафиксировать) показания, нажимают; кнопку SB3 ( «Память»). При этом на ЖКИ остается значение той частоты, которое было в момент нажатия кнопки. Его можно сохранить в энергонезависимой памяти микроконтроллера, воспользовавшись кнопкой SB2, функция которой в этом случае — «Запомнить» (рис. 2, в). Прежнее значение при этом теряется. Если необходимо считать частоту из памяти, нажимают на SB4 (ее новая функция — «Считать»). Для выхода из режима работы с памятью используют кнопку SB3 (новая функция — «Выход»). В режиме работы с памятью частотомер автоматически выключается примерно через 3 мин после нажатия на любую кнопку независимо от показаний индикатора. После выключения питания в энергонезависимой памяти сохраняются последние параметры измерения (время измерения и множитель).

Резистором К 11 регулируется контрастность выводимых показаний индикатора.

В данном частотомере использован жидкокристаллический индикатор отличный от того который использован в [2] и поэтому с программой которая приведена в [2] индикатор неправильно отображал информацию. В связи с этим пришлось вводить изменения в программу. Эти изменения показаны на приведенных ниже фрагментах программы. В скобках показаны старые значения — до внесения изменений. Программа на ассемблере откомпилирована (преобразована в машинные коды, т.е. получен hex-файл) при помощи интегрированной среды разработки MPLAB [I].

Hex-файл загружен в микроконтроллер с использованием самостоятельно изготовленного адаптера программирования, принципиальная схема которого представлена на рис.3.

Схема адаптера взята из [З]. Этот адаптер работает под управлением известной программы PonyProg [З].

Конструкция прибора

Прибор смонтирован на односторонней печатной плате размерами 80х45 мм из стеклотекстолита толщиной 2 мм. Ее чертеж представлен на рис.4. На плате установлены все детали, кроме индикатора, входного гнезда и гнезда подключения блока питания. Плата и индикатор помещены в корпус, склеенный из органического стекла толщиной 5мм. Его габаритные размеры 100х55х45мм, вес прибора — 200 грамм. Крышка корпуса является и её лицевой панелью. Корпус покрыт нитрокраской черного цвета. Для индикатора Н01 в передней панели оставлено окно, не покрытое краской. Сверху расположены кнопки управления прибором. Сбоку установлено входное гнездо типа «тюльпан» и гнездо для подключения блока питания. Общий вид прибора показан на рис.5

Литература.

1. В.С. Яценков. Микроконтроллеры MicroCHIP. Издательство «Горячая линия — Телеком», Москва. 2002 г.

2. А. Шарыпов. Экономичный многофункциональный частотомер. Журнал «Радио», 2002 г., №10, с.26-27.

3. А. Долгий. Программаторы и программирование микроконтроллеров. Журнал «Радио», 2004 г., №№1-12.

29.07.2007