Частотомер - цифровая шкала с ЖК индикатором - Измерительная техника - Инструменты

Вашему вниманию предлагается конечный результат "народного проекта", который, по многочисленным просьбам, я затеял в своем "Самоучителе..." и который, с помощью людей, заинтересованных в этом, доведен до своего логического завершения.
ЧМ/ЦШ собран на PIC16F84A и ЖКИ модуле со встроенным м/контроллером HD44780 фирмы "Hitachi".
Этот тип м/контроллера является мировым стандартом и используется в ЖКИ модулях, выпускаемых различными фирмами мира.
Проще говоря, названия этих ЖКИ модулей может быть различным, но их основу составляет один и тот же м/контроллер (HD44780).
Самыми распространенными из них являются двухстрочники по 16 символов (знакомест) в каждой строке.
Эти ЖКИ модули являются алфавитно-цифровыми, плюс знаки препинания и различные, другие "прибамбасы", вплоть до символов русского алфавита (для русифицированных ЖКИ модулей).
Короче, "машина" современная, серьезная и внушающая искреннее уважение (хоть я их и поругиваю, но молодцы "япошки", ничего не скажешь).
Стоит он, правда, относительно не дешево, но если сравнивать его стоимость с ценой современных, промышленных частотомеров приблизительно одинакового класса, то эти затраты абсолютно оправданы.
Если кто-то вознамерится приобрести такой промышленный частотомер, то от его цены "глаза вывалятся из глазниц и челюсть стукнется об пол".
Чтобы этого не произошло, я предлагаю Вам "эквивалент этой беды", кстати, качественный и просчитанный "от и до".

Я использовал ЖКИ модуль HY-1602H7, но подойдет и любой другой тип двухстрочника 16х2 (2 строки по 16 символов в каждой), на основе того же HD44780.
Обращаю Ваше внимание на то, что данное устройство не есть "продукт деятельности кустаря-одиночки", а к этому "приложил руку" интернациональный коллектив разработчиков (Alberto Sineluk - Аргентина, я - Россия и Сергей Губарь - Белоруссия).
Подробное и детальное описание всего "многоступенчатого" процесса конструирования этого устройства, а также и тексты программ (для каждой "ступени" конструирования), с подробными комментариями на русском языке, "лежат" в моем "Самоучителе...", и за этим стоит, без всякого преувеличения, огромный труд (и не только мой).
Смею Вас заверить, что программа, созданная под эту "железяку" не есть халтура.
В "Самоучителе..." она буквально, публично "вылизана, как у кота одно место" (в смысле ее точностных показателей, оптимальной функциональности, надежности, долговечности работы и минимально возможного количества программного "мусора").
Мои коллеги, перед которыми я публично "разложил эту программу на молекулы", соврать не дадут.
Надеюсь, что это устройство сослужит хорошую службу многим людям.
Само по себе (в смысле схемотехники) устройство очень простое, и собрать его под силу даже начинающему (это и есть "сверхзадача" любого конструктора).

Описание работы частотомера - цифровой шкалы

Прибор может работать в 2-х основных режимах работы: в режиме частотомера и в режиме цифровой шкалы.
Прибор имеет энергонезависимую память настроек, что обеспечивает начало работы прибора в том режиме (а также и подрежиме), в котором происходила работа на момент предшествующего выключения питания (по аналогии с предыдущими конструкциями ЧМ/ЦШ).
Количество диапазонов измерения - три: 0,1/1/10c. c погрешностью 10/1/0,1Гц. соответственно.
Если энергонезависимая память запомнила режим ЧМ, то после включения питания, по умолчанию, выставится предел измерения 1с. (самый ходовой).
Если энергонезависимая память запомнила режим ЦШ, она также запоминает и установленный подрежим: +ПЧ или -ПЧ.
Таким образом, в случае запоминания режима ЦШ, после включения питания, будет выставлен именно этот режим, с учетом установленного ранее (до последнего выключения питания) подрежима (+ПЧ или -ПЧ).
После включения питания, работа устройства начинается с так называемой "инициализации" ЖКИ модуля - подготовка к работе ( верхнее фото).

Эти, так называемые тестовые надписи будут "высвечиваться" примерно 1 секунду (программа "наводит порядок" в "хозяйстве" ЖКИ модуля), после чего ЧМ/ЦШ перейдет в текущий (ранее запомненный) режим.
Управление режимами и подрежимами: всего 2 кнопки (клавиатура) без фиксации (Кн1 и Кн2).
Так как переключений нужно обеспечить много, то клавиатура имеет 2 "раскладки" - для режима ЧМ и для режима ЦШ.

Раскладка для режима частотомера

- нажатие на Кн1 - переход на предел измерения 0,1c., Это выглядит так:

- нажатие на Кн2 - переход на предел измерения 1с., Это выглядит так:

- одновременное нажатие Кн1 и Кн2 - переход на предел измерения 10с. Это выглядит так:

Раскладка для режима цифровой шкалы

- нажатие на Кн1 - переход в подрежим "-ПЧ" (вычитание из результата измерения значения промежуточной частоты). Для Fпч=, например, 1Мгц. и, для случая замера частоты величиной 10,7 Мгц., это выглядит так:

Справа, во 2-й строке, "высвечивается" признак подрежима "-F"

- нажатие на Кн2 - переход в подрежим "+ПЧ" (суммирование результата измерения и значения промежуточной частоты).
Для Fпч=, например, 1Мгц. и, для случая замера частоты величиной 10,7 Мгц., это выглядит так:

Справа, во 2-й строке, "высвечивается" признак подрежима "+F"

- одновременное нажатие Кн1 и Кн2 - переход в подрежим установки значения ПЧ пользователем (значение ПЧ определяет пользователь).
После их нажатия, по центру 1-й строки "высвечивается" слово "WRITE", а во 2-й строке, "высвечивается" значение частоты, поданной на вход ЧМ/ЦШ, например, от ГСС (или другого источника сигнала).
Для значения ПЧ, устанавливаемой пользователем, равной, например, 1Мгц., это выглядит так:

После отпускания кнопок, происходит автоматическая запись значения индицируемой частоты в энергонезависимую память ПИКа, после чего именно это значение ПЧ и будет использоваться в работе цифровой шкалы.
При первом (после "прошивки" ПИКа) включении питания, будет выставлено значение ПЧ, по умолчанию, равное 10,7 Мгц.
Естественно, пользователь, в любой момент, может это значение изменить (выставить вместо него то значение, которое ему нужно).

Смена раскладок клавиатуры

Смены "раскладок" клавиатуры осуществляются долговременным удержанием кнопки Кн1 в нажатом состоянии, до момента смены визуальных признаков режимов в ЖКИ дисплее, после чего кнопка Кн1 отпускается, и в дальнейшем, происходит работа в пределах выбранной "раскладки" клавиатуры (выбранного режима: ЧМ или ЦШ).
Если производится смена подрежимов цифровой шкалы, то кнопки Кн1 или Кн2, для гарантированного запоминания подрежима, должны удерживаться в нажатом состоянии не менее 6 сек. (это связано с экономией ресурса EEPROM памяти данных ПИКа).
В простейшем случае, при смене режимов и подрежимов, нужно просто удерживать кнопку (кнопки) в нажатом состоянии до тех пор, пока на дисплее ЖКИ модуля не произойдет изменение.
По ходу работы с прибором, Вы без проблем разберетесь с этим.
Срок бессбойной работы EEPROM памяти данных ПИКа - не менее 10-ти лет (при условии работы по 4 часа каждые сутки). Потребляемый ток - не более 12 мА. (с входным формирователем, но без буферного устройства.
Если будет применяться буферное устройство, то это еще, примерно 5 мА.
Таким образом, можно запитать ЧМ/ЦШ, например, от "Кроны" или от малогабаритных аккумуляторов.
Так как любой ЖКИ модуль со встроенным м/контроллером имеет оперативную память данных и скорость заполнения знакомест символами высока (глазом не ощущается), то такой "беды", как мерцания (это особенно проявляется при динамической индикации), просто нет.
Имеет место быть только естественная смена показаний при переходе от одного цикла измерения к другому, без чего никак не обойтись.
Все незначащие нули автоматически "гасятся" программой.

Схема частотомера - цифровой шкалы

О подстроечном резисторе R3 (22к.).
После включения питания устройства, нужно произвести им регулировку "яркости высвечивания" знакомест, не занятых выведенными на индикацию символами (в случае, если устройство собрано правильно и нормально работает).
В одном из крайних положений R3, в этих знакоместах обеих строк будут "высвечиваться" черные прямоугольники.
После этого, нужно "прокрутить" движок R3 в обратную сторону до их "исчезновения" (но не далее этого).
Вот и вся регулировка (делается 1 раз).
Лично я, нашел малогабаритный подстроечник и просто распаял его непосредственно на печатной плате ЖКИ модуля.

Схема частотомера - цифровой шкалы приведена на рисунке:

ВНИМАНИЕ! Некоторые типы ЖКИ модулей могут иметь обратный порядок подключения питания (2-й вывод - Vcc, 1-й вывод - GND). Просьба "держать ушки на макушке".

Точностные показатели

"Святая святых" программы (группа команд формирования измерительных интервалов времени) программно отработана "от и до".
Величины всех измерительных интервалов времени, с учетом выравнивания сценариев, откалиброваны "по нулям" (100000м.ц., 1000000м.ц., 10000000м.ц. Примечание: м.ц. - машинный цикл).
На практике это означает минимально возможную нестабильность показаний за счет ликвидации "программной нестабильности" измерительных интервалов времени.
Таким образом, работа по калибровке величин измерительных интервалов времени, после сборки устройства (по эталонному частотомеру или без него, если имеется стабильная эталонная частота известного номинала), сводится либо к подбору кварца (редко), либо к подбору величины емкости С2 (чаще), либо в комплексе.
Лучше всего заменить номинал конденсатора С2 с 22пф. на 15пф. и подключить параллельно ему еще и малогабаритный подстроечный конденсатор (например, 4 ... 15пф.), которым и осуществляется точная коррекция показаний.
Проще говоря, точностные показатели прибора будут определяться тактовым генератором ПИКа (программа не в счет).
В идеале, он должен генерировать точно 4000000 Гц. с нулевой нестабильностью частоты.
В жизни такого, конечно же, не бывает, но "приблизиться" к этому можно (если нужно "превратить" этот прибор, по точностным показателям, в профессиональный, то необходимо ввести термостатирование кварца или применить термокомпенсацию).
Техническая фантастика это удел технических "утопистов", к которым, я надеюсь, никто из Вас не относится.
Реальность же такова, что даже без термостатирования, данное устройство вполне сможет комфортно и качественно обеспечить многие нужды радиолюбителей.

Печатные платы
от Дмитрия Караулова в увеличенном виде:

Базовый блок (для тех, кто желает использовать свои внешние устройства):

Печатная плата:

Базовый блок в "комплекте" с буферным устройством и входным формирователем с наложением всех слоев (Звездочками помечены радиодетали базового блока):

Печатная плата:

Прошивки для микроконтроллера PIC16F84A Скачать

Автор конструкции: Корабельников Евгений Александрович
Город: Липецк
Источник: http://progcode.narod.ru/

E-mail отправителя *:
Причина:	Такая схема уже есть на сайте Ненужный материал на сайте! Я против размещения этой статьи на сайте. В комментариях спам или нец-ая брань. Требую удаления материала.
Текст сообщения *:
Номер схемы или Url *: