Двухчиповый частотомер с двоичным считыванием: 16 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-13 06:58

с использованием двенадцати светодиодов. Прототип имеет CD4040 в качестве счетчика и CD4060 в качестве генератора временной развертки. Стробирование сигнала осуществляется резистором - диодным затвором. Используемые здесь КМОП-микросхемы позволяют питать прибор от любого напряжения в диапазоне от 5 до 15 вольт, но максимальная частота ограничена примерно 4 МГц.

4040 - это двенадцатиступенчатый двоичный счетчик в 16-выводном корпусе. 4060 - это четырнадцатокаскадный двоичный счетчик и генератор в том же 16-выводном корпусе. Версии этих микросхем 74HC или 74HCT могут использоваться для более высокого частотного диапазона, но диапазон напряжения питания в этом случае ограничивается максимум 5,5 вольт или около того. Чтобы использовать это для отображения частоты типичного передатчика HAM, потребуются какой-то предварительный делитель и предусилитель. Надеюсь, они станут предметом последующих инструкций.

Шаг 1: Двенадцать светодиодных матриц

Я начал этот проект, чтобы иметь простой частотомер, который работал бы с минимумом хлопот, используя наименьшее количество компонентов и БЕЗ программирования. Я остановился на этой конструкции «двухчипового частотомера», потому что ее простота была привлекательной.

Первым делом нужно было подключить счетчик и заставить его работать. Я собрал несколько красных 3-миллиметровых светодиодов из своего мусорного ящика и различных плат и припаял их в линию на полоске печатной платы - результат показан здесь рядом с микросхемой счетчика. Этот конкретный ИС был извлечен из другого незавершенного проекта, в котором была горячая надежда, что, по крайней мере, этот в конечном итоге будет завершен. 74HC4040 будет лучшим выбором, если вы планируете его построить. Он может рассчитывать с большей частотой.

Шаг 2: запуск крысиного гнезда

Было решено построить его как можно меньше, и поэтому платы нет. Выводы 4040 были обрезаны, и к его выводам источника питания подключили керамический многослойный конденсатор 100n. Это сделано для того, чтобы он лучше выдерживал электростатические разряды.

Провода (от кабеля CAT-5) припаивались к шлейфам выводов. После того, как одна сторона была обработана таким образом, пришло время проверить, жив ли еще чип.

Шаг 3: Тестирование 4040

Светодиод и микросхема были представлены друг другу, и быстрая проверка, подача питания на микросхему и заземление общего провода светодиодов, дала мне мигающие светодиоды при прикосновении пальца к тактовому входу микросхемы - он считал 50. Гц сетевой гул.

Один светодиод был слишком ярким - по сравнению с ним другие казались слишком тусклыми. Его безжалостно вытащили, а затем осторожно отложили для возможного использования в одиночку. Светодиоды являются хрупкими устройствами и легко выходят из строя при перегреве при напряжении проводов. Мне пришлось заменить около трех в моем массиве. Если вы покупаете их, обязательно получите несколько дополнительных. Если вы их подбираете, не забудьте получить много дополнительных, так как вам нужно, чтобы они были похожи по яркости.

Шаг 4: счетчик - завершение

На картинке показан заполненный счетчик и дисплей. Имеется двенадцать светодиодов, микросхема счетчика, конденсатор байпаса питания и два резистора. Резистор 1K устанавливает яркость дисплея. Резистор 4,7 кОм соединяет вход сброса с землей. Неподключенный контакт рядом с ним - это вход часов.

Шаг 5: Шкаф для прилавка

Металлическая оболочка ячейки D была развернута и сформирована вокруг этой сборки. Пластиковая пленка использовалась для предотвращения коротких замыканий.

В фильме показан мой тест счетчика. Он считает сигнал с частотой 50 Гц, подаваемый моим пальцем.

Шаг 6: Временная база - Части

Частотомер работает, подсчитывая импульсы сигнала за известное время и отображая это количество. Счетчик составляет половину частотомера. Другая часть - это схема для предоставления точно известного интервала - временной развертки.

Эту функцию выполняет CD4040, генератор и 14-каскадный двоичный делитель в 18-выводном корпусе. Для удобства выведены не все выводы делителя. Я выбрал частоту генератора 4 МГц - это был самый подходящий вариант, который у меня был в ящике для мусора. Такой выбор кристалла означает, что показание частоты будет кратным мегагерцу.

Шаг 7: кристаллический осциллятор

Формируется кварцевый генератор 4 МГц для временной развертки. Микросхема резистора 10 Мп установлена между двумя выводами генератора, а два конденсатора по 10 пФ прикреплены к куску печатной платы вместе с кристаллом.

Шаг 8: Осциллятор - Делитель

Это законченная временная шкала. Красный провод соединяет наиболее значимый выход (Q13) с входом сброса. Это приводит к появлению короткого импульса сброса на этом выводе каждые 8192 колебаний кристалла. На следующем выходе (Q12) будет прямоугольная волна, которая используется для включения счетчика при низком уровне и для отображения этого числа при высоком уровне.

Принципиальных схем у меня пока нет. Это приблизительное представление о том, как должен работать частотомер, а устройства стробирования и отображения находились в состоянии нестабильности, так как я стремился найти решение с минимальным набором компонентов.

Шаг 9: Тестирование временной развертки

Сейчас тестирование - это очень сложный процесс. Придется взять на работу. Затем пообещайте этому парню, работающему (это то, что он утверждает) с осциллографом, небом, землей и пивом, чтобы получить шанс его использовать. Этот третий, однако, довольно безопасен, так как он редко бывает вне дома в то время, когда это делают остальные из нас.

Затем поторопитесь, прикусите его, пока он не обедает, и проверьте схему, а затем поторопитесь, прежде чем он вернется. В противном случае мне, возможно, придется помочь ему в той дыре, в которую он забился, и, может быть, я пропущу обед. Использовать радио намного проще. Дешевое карманное радио на средних волнах, которое было в моде до появления новомодных mp3-устройств. Эта небольшая временная шкала будет создавать хэш по всему циферблату, когда он работает. Используя его и несколько ячеек, я смог убедиться, что развертка работает с тремя ячейками, и что она не работает с двумя ячейками, тем самым установив, что для запуска моего частотомера потребуется не менее 4,5 вольт.

Шаг 10: Пространство для временной базы

Это показывает пространство внутри счетчика, зарезервированное для схемы временной развертки.

Шаг 11: интеграция

Это показывает расположение двух интегральных схем. Логика «склеивания», необходимая между ними для того, чтобы заставить их работать в качестве частотомера, будет реализована с помощью диодов и резисторов.

Еще один развязывающий конденсатор был добавлен к микросхеме временной развертки. У вас не может быть слишком много развязки. Я собираюсь использовать это вблизи чувствительных приемников, поэтому любой шум должен подавляться близко к источнику и не допускать его выхода. Отсюда и шкаф из переработанной жести.

Шаг 12: Второй этап интеграции

Я снова передумал, и расположение на этой картинке немного другое. Он более компактный, и поэтому был предпочтительнее.

Шаг 13: принципиальная схема

Теперь, когда строительство почти закончено, вот принципиальная схема. Когда я, наконец, определился с тем, как это должно быть сделано, и изложил это на бумаге, начали закрадываться особенности. Я мог заставить его работать как счетчик, с переключателем и двумя дополнительными компонентами. Итак, теперь это счетчик / частотомер.

Короткий импульс на Q13 сбрасывает оба счетчика. Тогда Q12 будет низким в течение определенного времени (2048 xtal циклов), и в течение этого времени входящий сигнал синхронизирует 4040. Транзистор выключен, поэтому светодиоды не горят. Затем Q12 становится высоким, и сигнал не проходит на вход 4040. Транзистор включается, и счетчик в 4040 отображается на светодиодах для всеобщего обозрения. Снова после 2048 тактов Q12 переходит в низкий уровень, Q13 переходит в высокий уровень и останется там, за исключением того, что он подключен к входам сброса обоих счетчиков, поэтому оба счетчика очищаются, что очищает состояние Q13, и поэтому цикл начинается заново. Если он установлен как счетчик, 4060 постоянно находится в состоянии сброса, а транзистор постоянно включен. Все вводимые данные подсчитываются и немедленно отображаются. Максимальное количество - 4095, затем счетчик снова начинает с нуля. Этот стабилитрон специально сделан с более высоким напряжением, чем нормальное напряжение питания. При нормальном использовании он не сжимается. Если, тем не менее, будет приложено большее, чем обычно, напряжение, это ограничит напряжение на двух микросхемах до значения, с которым они могут справиться. И действительно высокое напряжение приведет к сгоранию резистора на 470 Ом, который по-прежнему защищает электронику - ну, по крайней мере, большинство из них. По крайней мере, я надеюсь, что это произойдет, если эту штуку подключат напрямую к электросети.

Шаг 14: Переключатель частоты / счета

Был установлен небольшой переключатель для выбора между двумя режимами: простой подсчет поступающих импульсов по сравнению с их подсчетом в течение определенного периода и определением частоты, а также была произведена всякая другая уборка.

Часть проводов залита пластиком, чтобы сделать их устойчивыми к коротким замыканиям (я надеюсь). Припаивание другой белой жести к другой ячейке D через верх сделает коробку законченной и защитит внутренности от случайных кусочков проволоки и шариков припоя, которых много на моей столешнице.

Шаг 15: вид сзади

Переключатель для выбора между режимами частоты и счета можно увидеть в этом обзоре сзади.

Шаг 16: Завершенный инструмент

Это вид готового инструмента. Светодиоды показывают взвешенную частоту следующим образом:

2 МГц 1 МГц 500 кГц 250 кГц 125 кГц 62,5 кГц 31,25 кГц 15,625 кГц 7,8125 кГц 3,90625 кГц 1,953125 кГц 0,9765625 кГц Чтобы узнать частоту, необходимо сложить веса светящихся светодиодов. Некоторые данные о потреблении тока: при приложенном напряжении питания шесть вольт (четыре элемента AA) потребляемый ток составлял 1 мА в режиме счетчика и 1,25 мА в режиме частоты, при этом ничего не отображалось. При отображении счетчиков (горят некоторые светодиоды) потребление подскочило примерно до 5,5 мА в режиме счетчика и 3,5 мА в частотном режиме. Счетчик прекращал считать, если частота была увеличена примерно до 4 МГц. Это немного зависит от амплитуды подаваемого сигнала. Для надежного подсчета требуется полностью совместимый с CMOS вход. Поэтому почти всегда необходимо какое-то преобразование сигнала. Предусилитель и предварительный делитель на входе расширяют частотный диапазон и повышают чувствительность. Дополнительную информацию по этой теме можно найти, выполнив поиск по словам "двухчиповый частотомер" без кавычек.