Частотомер | Доступна подробная принципиальная схема

Частомер измеряет частоту входного сигнала. Они обычно используются в лабораториях, на заводах и в полевых условиях для обеспечения прямых измерений частоты различных устройств.

Большинство частотомеров работают с использованием счетчика, который накапливает количество событий (колебаний), произошедших за определенный период времени (скажем, за одну секунду). По истечении заданного периода времени значение счетчика переводится на дисплей, и счетчик сбрасывается на ноль.

Схема счетчика частоты

На рис.1 показана схема частотомера, построенного на основе таймера NE555, декадного счетчика/делителя CD4033, 7805 регулятор, 7-сегментный дисплей и несколько дискретных компонентов. Пять микросхем декадного счетчика с 7-сегментным драйвером (каждая CD4033) соединены последовательно, образуя 5-значный десятичный счетчик. IC CD4033 состоит из 5-ступенчатого счетчика и выходного декодера, который преобразует код в 7-сегментный декодированный выходной сигнал для управления одним этапом числового дисплея.

Синусоиды, поступающие от источника генератора, сначала преобразуются в положительные импульсы с помощью транзистора Т2 и диода D1. Эти импульсы затем подсчитываются 5-значным десятичным счетчиком.

Если на выводе 2 IC3 находится логический «0», каждый импульс генератора увеличивает счетчик на единицу. Логическое состояние контакта 2 зависит от выходного сигнала моностабильного мультивибратора, построенного на микросхеме NE555 (IC2).

IC555

NE555 — это высокостабильный контроллер, способный генерировать точные синхронизирующие импульсы. Период времени моностабильного мультивибратора определяется комбинацией резистора R5, предустановки VR1 и конденсатора С4. Здесь оно установлено ровно на одну секунду.

Моностабильный мультивибратор запускается нестабильным мультивибратором, построенным на другой микросхеме NE555 (IC1). Период времени нестабильного мультивибратора определяется комбинацией резисторов R1 и R2 и конденсатора С1. Здесь IC1 предназначен для вывода прямоугольного сигнала с двумя секундами «высокого» и двухсекундным «низким» периодами.

Работа схемы

Моностабильный мультивибратор (IC2) срабатывает всякий раз, когда выходной сигнал нестабильного мультивибратора (IC1) становится низким. Выходной сигнал IC2 мгновенно становится высоким и остается высоким в течение одной секунды. Транзистор T1 инвертирует выход IC2, переводя входной контакт 2 IC3 в низкий уровень.

Как только IC2 срабатывает, передний фронт положительного выходного импульса посылает сигнал покоя на все декадные счетчики через конденсатор C6. Пять 7-сегментных дисплеев (от DIS1 до DIS5) теперь отображают счет как «00000». Поскольку на выводе 2 микросхемы IC3 низкий уровень, счетчик может считать в течение одной секунды. Он продолжает считать входные импульсы до тех пор, пока на выходе IC2 остается высокий уровень.

Через одну секунду выход IC2 снова становится низким. Транзистор T1 закрывается, что запрещает дальнейший подсчет путем перевода вывода 2 IC3 в логическую «1». Количество подсчитанных на данный момент импульсов отображается на 7-сегментном дисплее.

Процесс повторяется до тех пор, пока на схему счетчика подается питание. Вывод 5 таймера NE555 — это вывод управляющего напряжения, который в основном используется для фильтрации, когда таймер используется в шумной среде. Однако, подавая напряжение на этот вывод, можно изменять расчетный период. Конденсатор емкостью 0,01 мкФ, подключенный к контакту 5 NE555, блокирует любой шум, вызывающий изменение расчетной ширины импульса. Светодиод 2 указывает период счета.

Цепь питания

Рис. 2 показана схема питания. Сеть переменного тока напряжением 230 В, частотой 50 Гц понижается трансформатором X1 для получения вторичного выходного напряжения 9 В, 500 мА. Выходной сигнал трансформатора выпрямляется двухполупериодным выпрямителем BR1, фильтруется конденсатором C7 и регулируется микросхемой IC 7805 (IC8). Полученное таким образом стабилизированное напряжение постоянного тока 5 В дополнительно фильтруется конденсаторами C8 и C9. LED3 действует как индикатор питания. Резистор R14 выполняет роль ограничителя тока. Конденсатор емкостью более 10 мкФ подключен к выходу микросхемы стабилизатора, while диод D1 защищает микросхему стабилизатора в case, его вход закорочен на землю.

Строительство и усиление; тестирование

Соберите схему на печатной плате (PCB), чтобы минимизировать время и ошибки сборки. Односторонняя PCB частотомера показана на рис. 3 (просмотр в формате PDF), а расположение его компонентов на рис. 4 (просмотр в формате PDF)

Загрузите PCB и PDF-файлы компоновки компонентов (рис. 3, 4): нажмите здесь

Тщательно соберите компоненты и дважды проверьте их на наличие пропущенных ошибок. Используйте кабель с низкой емкостью для подачи сигнала от источника генератора на частотомер. Подключите источник известной частоты (например, калибровочный сигнал осциллографа) ко входу счетчика и настройте подстроечный резистор VR1 для отображения частоты на 7-сегментном дисплее.

Статья была первоначально опубликована в марте 2010 года и недавно обновлена.