Aufmerksame Leser bemerkten, dass in den Artikeln des Autors Instructables unter dem Spitznamen WilkoL über den Stimmgabelgenerator und eine Uhr mit seiner Verwendung nur ein Frequenzmesser gezeigt wird, und in dem Artikel über den Generator mit einem Glas als Frequenzeinstellungselement wurde ein zweites hinzugefügt, und er stieg dort sogar in den KDPV ein. Diese Geschichte handelt von ihm.
Ich bin froh zu arbeiten hausgemacht Der Meister beginnt mit dem Studium des theoretischen Teils, nämlich mit der Wahl der Methode zur Frequenzmessung. Bei vielen Frequenzmessgeräten wird die Anzahl der Perioden des Eingangssignals für einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise eine Sekunde, dafür gezählt:
Diese Methode eignet sich für ausreichend hohe Frequenzen. Wenn die Frequenz jedoch niedrig ist, kann keine ausreichend große Anzahl von Dezimalstellen erhalten werden. Wenn der Messzyklus beispielsweise eine Sekunde dauert, gibt es für eine Frequenz in der Größenordnung von 50 Hz keine Dezimalstellen. Sie möchten zum Beispiel drei Zeichen - es gibt einen Ausweg, wir verlängern den Messzyklus auf 1000 Sekunden. Aber es ist eine Sache, wenn ein PC oder ein Smartphone langsamer wird, was zumindest jeder gewohnt ist, und es ist eine ganz andere Sache - wenn sich auch ein Frequenzmesser dieser lustigen Firma anschließt, wird dies den Benutzer völlig aus dem Konzept bringen. Im Allgemeinen ist ein anderer Weg erforderlich. Was aber, wenn wir so die Schwingungsperiode messen?
Also auch. Nehmen Sie ein Signal der Referenzfrequenz, das mehrere Größenordnungen höher als die gemessene ist, und überlegen Sie, wie viele Perioden des Referenzsignals in einer Periode der Messung verlaufen. So sind dies beispielsweise bei einer Referenzfrequenz von 10 MHz und einer Messung bei 50 Hz 200.000. Dies bedeutet, dass die Periode 20.000,0 ms beträgt, und ein moderner (und übrigens nicht sehr) Mikrocontroller, wenn der Programmierer dies "lehrt" Berechnet die Periode leicht auf eine Frequenz von 50.000 Hz neu. Wenn die Frequenz auf 50,087 Hz ansteigt, passen in einer Periode des Eingangssignals 199650 Perioden des Beispiels hinein, und diese Änderung wird der Frequenzmesser in Echtzeit bemerken.
Bei dieser Messmethode nimmt dagegen die Anzahl der Dezimalstellen mit zunehmender Frequenz des Eingangssignals ab. Wenn es beispielsweise 40 kHz ist und die Referenz immer noch 10 MHz beträgt, erhalten wir bei 40-161 Hz 249 Perioden der Referenzfrequenz und bei 39840 Hz - 251 Perioden. Mindestens zwei Frequenzmesser sind in Ordnung: einer für hohe Frequenzen, die auf die erste Weise arbeiten, der andere für niedrige Frequenzen, auf der zweiten. Obwohl - warte! Ist es nicht möglich, beide Methoden in einem Frequenzmesser zu kombinieren? Sie können, und der Meister sagt, wie. Sie müssen einen gewöhnlichen D-Trigger nehmen, dann werden sein Symbol und die Wahrheitstabelle angegeben:
Der Assistent zeigt vier Signale in der Tabelle an, von denen das vierte einen Auslöser erzeugt:
Das erste dieser Signale ist die gemessene Frequenz und wird dem Takteingang des D-Triggers zugeführt. Die zweite ist eine Referenzfrequenz von beispielsweise wieder 10 MHz, die eine hohe Stabilität erfordert. Das dritte ist ein Signal mit einer Frequenz in der Größenordnung von 1 Hz, dessen Stabilität überhaupt nicht erforderlich ist. Es wird am Eingang D an denselben Trigger angelegt. Nun, das vierte wird vom Trigger aus dem ersten und dritten wie folgt erzeugt. Wenn das dritte Signal von Null auf Eins wechselt, reagiert der Trigger nicht sofort darauf, sondern nur, wenn ein solcher Wechsel mit dem ersten Signal danach erfolgt. Somit fällt die Vorderseite eines der Impulse des vierten Signals genau mit der Vorderseite eines der Impulse des ersten Signals zusammen. Dann schaltet das dritte Signal, gefolgt vom vierten, auf Null, auf die der Mikrocontroller in keiner Weise reagiert, dann schaltet das dritte Signal auf Eins zurück, aber der Trigger reagiert nicht sofort wieder darauf, sondern erst nach dem gleichen Umschalten des ersten Signals. Und wieder stimmen die Fronten des ersten und vierten Signals vollständig überein. Und in die volle Periode des vierten Signals passt eine ganzzahlige Anzahl von Perioden des ersten. Weiter - eine technische Angelegenheit: Vergessen Sie nicht, dass wir auch ein zweites Signal haben. Der Mikrocontroller berechnet, wie viele volle Perioden des ersten und zweiten Signals in der vollen Periode des vierten Signals gefallen sind.
Wir haben also zwei Zahlen. Zum Beispiel 32 und 10185892. Multiplizieren Sie 32 mit 10.000.000 (Referenzfrequenz) und dividieren Sie durch 10185892. Wir erhalten 31,416 Hz. Drei Dezimalstellen. Und die Messung bleibt sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Frequenzen genau und nähert sich dem Modell. Und wenn Sie noch höhere Frequenzen messen müssen, können Sie einen Teiler hinzufügen.
Jetzt müssen wir uns entscheiden, welcher Mikrocontroller den Frequenzmesser betreiben soll. Der Master hat bereits versucht, sie auf dem ATmega328 und sogar auf dem STM32F407 mit einer Taktfrequenz von 168 MHz herzustellen. Aber diesmal ist er von Minimalismus durchdrungen und beschließt zu prüfen, ob er mit ATtiny2313 ein ähnliches Ergebnis erzielen kann.
Er hat mehr als genug Schlussfolgerungen, insbesondere wenn Sie ein LED-Display mit einem eingebauten Treiberchip wie MAX7219 verwenden:
Ein vollständiges Gerätediagramm sieht folgendermaßen aus:
Ein ziemlich komplexer Treiber für diskrete Komponenten, der RC-Schaltungen, einen Diodenbegrenzer und Verstärkerstufen enthält, wird verwendet, um Rechteckimpulse aus einem Signal nahezu beliebiger Form zu erhalten. Der D-Trigger befindet sich außerhalb, das Signal der gemessenen Frequenz (erste) wird ihm vom Treiber zugeführt, die Signale mit Frequenzen von 10 MHz und 1 Hz (zweite bzw. dritte) werden vom Mikrocontroller empfangen, das Ausgangssignal (vierte) geht zurück zum Mikrocontroller. Der zweite derartige Trigger dient dazu, an einem Kontrollpunkt ein Signal zu erzeugen. Das gleiche PDF-Schema im ZIP-Archiv ist verfügbar. hier.
Nachdem der Master ein Diagramm erstellt hat, sammelt er einen Frequenzmesser darauf. Es stellt sich folgendermaßen heraus:
Auf dem Foto sind im Gegensatz zur Schaltung die Batterie und der Laderegler dargestellt. Der Impulsstabilisator wird auch vom Master erwähnt, ist jedoch dort, wo er sich befindet, nicht sichtbar. Alle diese Komponenten wurden später hinzugefügt, was die Arbeit mit dem Frequenzmesser bequemer machte. Eine 18650 Batterie sollte mit Schutz genommen werden, Lötdrähte daran sind nicht akzeptabel. Entweder das Fach oder das Punktschweißen.
Firmware (Lügen hier auch im ZIP-Archiv) schreibt der Master unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, den Mikrocontroller von der Uhr zum RC-Generator zu übertragen, um von externem Quarz zu arbeiten, sowie der Möglichkeit, jedem der Ausgänge der Mikroschaltung verschiedene Funktionen zuzuweisen:
Um die Firmware hochzuladen, nimmt der Assistent einen In-Circuit-Programmierer von Olimex. Dies ist ein bulgarisches Unternehmen mit einem Profil in der Nähe von Adafruit.
Die Hauptentladung versiegelt das kleinste Bit auf dem Display und schneidet dann ein Loch in den Gehäusedeckel, so dass diese Entladung geschlossen ist, da ihre Messwerte trotz aller getroffenen Maßnahmen ungenau waren.Dies wird durch die Merkmale des Algorithmus und die nicht zu hohe Temperaturstabilität des Kristalloszillators beeinflusst. Um es einzurichten, verbindet der Master einen externen Frequenzmesser mit dem Kontrollpunkt mit Frequenzstabilisierung des Taktgenerators vom GPS-Empfänger. Danach stellt er durch Drehen des Abstimmkondensators die genauen 5 MHz ein (der Trigger teilt die Taktfrequenz durch zwei). Ein korrekt abgestimmtes Frequenzmessgerät bietet die erforderliche Genauigkeit im Bereich der gemessenen Frequenzen von 0,2 Hz bis 2 MHz. Die folgenden zwei Fotos zeigen, wie der Master das gleiche Signal gleichzeitig an die Referenz- und überprüften Frequenzmesser anlegte:
