Цифровая шкала - частотомер

При работе на любительской радиостанции перед радиолюбителем часто встает необходимость точно знать частоту, на которую настроен его трансивер или приемник для того, чтобы не уйти за пределы диапазона или для точной настройки на заранее оговоренную частоту. Механические шкалы не дают такой возможности поэтому приходится конструировать электронные шкалы. В настоящее время разработано большое количество электронных шкал и частотомеров, при разработке которых используются микросхемы разной степени интеграции. Зачастую это сложные устройства, насчитывающие несколько десятков микросхем. Эти конструкции довольно сложны для повторения из-за того, что в сложной схеме гораздо выше возможность допустить ошибку на всех этапах – от публикации до монтажа.

Принципиальную схему частотомера можно предельно упростить, если построить ее на базе процессора PIC16F84 фирмы Microchip (http://www.microchip.com/). Этот процессор обладает высоким быстродействием, широкими функциональными возможностями. Встроенное энергонезависимое запоминающее устройство позволяет записывать и оперативно изменять величину промежуточной частоты цифровой шкалы.

При работе над своим частотомером я поставил перед собой задачу создания максимально простой конструкции, несложной в повторении, учитывающей ошибки и недочеты допущенные при конструировании аналогичных устройств.

Вашему вниманию предлагается частотомер – цифровая шкала, в котором вся работа по измерению, преобразованию и динамической индикации перенесена на программное обеспечение, а аппаратная часть содержит всего две микросхемы.

Устройство выполняет следующие функции:

• Семиразрядного частотомера с индикацией частоты в десятках герц в младшем разряде индикатора
• Цифровой шкалы радиолюбительского трансивера (приемника). В этом режиме к измеренному значению прибавляется или вычитается значение промежуточной частоты, записанное в энергонезависимую память PIC процессора.
   

1. Принципиальная схема.

2. Печатная плата. Конденсатор С1 - 47.0 мкф , С2 - 0.1 мкф

 

Технические характеристики:

     Максимальная измеряемая частота .………………30 мгц
     Максимальное разрешение измеряемой частоты…10 Гц,
     Чувствительность по входу………………………….250 мВ
     Напряжение питания ………………………………. 8…12 В,
     Потребляемый ток………………………………….. 35 мА,

Принципиальная схема частотомера - цифровой шкалы приведена на рис 1. Она состоит из:
 

• формирователя входного сигнала, выполненного на транзисторе VT1. Сигнал измеряемой частоты, поданный на вход J5, ограничивается, усиливается и подается на вход PIC процессора для измерения;
• центрального процессора U1, выполняющего функции измерения, расчета, преобразования, управления динамической индикацией и динамического опроса входных сигналов. Выводы J3 и J4 используются для выбора режима цифровой шкалы. Тактовая частота процессора определяется кварцевым резонатором Y1 и может изменяться в небольших пределах конденсаторами C3 и C4.
• светодиодного индикатора U2 для отображения частоты.
• микросхемы U3 – дешифратора позиции отображаемой цифры.
• Интегрального стабилизатора питающего напряжения U4. Напряжение питания частотомера величиной 8..12 вольт подается на выводы J1(+) и J2(-)

 Функции устройства реализованы следующим образом:

• При отключенных выводах J3 и J4 работает как частотомер (режим измерения);
• При подаче лог. “0” на вывод J3 складывает измеренные значения с заранее записанной в энергонезависимую память константой (цифровая шкала);
• При подаче лог. “0” на вывод J4 вычитает по модулю эту константу из измеренного значения(цифровая шкала);
• При подаче лог. “0” одновременно на выводы J3 и J4 через 1 сек. шкала перейдет в  режим записи константы, отобразит на индикаторе букву "F" и измеренную частоту.
• Повторная подача лог. "0" на J3 и J4 приведет к записи замеренного значения в энергонезависимую память процессора и возврату в режим измерения. После этого новая константа будет использоваться в качестве  величины промежуточной частоты.
• Данный режим сделан для того, чтобы пользователи могли сами устанавливать величину ПЧ в своей шкале без перепрограммирования PIC процессора. По умолчанию в тексте программы записана величина ПЧ равная 5.5 мгц.

Прим. логическому “0” соответствует потенциал 0 вольт (“земля”).

Конструкция выполнена на односторонней печатной плате размерами 57 х 67 мм. Эскиз печатной платы приведен на рис.2 , однако предельная простота конструкции позволяет легко повторить ее даже на макетнице.

Правильно собранный частотомер - цифровая шкала с правильно запрограммированным PIC процессором почти не требует настройки. Минимальная настройка заключается в подаче на вход частотомера эталонной частоты и подстройки конденсатора C3 до получения правильных показаний на индикаторе. При этом возможно потребуется корректировка емкости конденсатора C4.
 

    Теперь немного информации для тех, кто не имеет большого опыта работы с PIC процессорами.

Для транслирования исходного текста программы в машинный код процессора использовался широко распространенный, бесплатный ассемблер MPASM, для программирования – программатор PIX, так же бесплатный и доступный на многих серверах. Сушествует много других ассемблеров и программаторов, однако эти наиболее доступны для пользователей с небольшим опытом. Их можно скачать с моей. Схемы аппаратной части программатора находятся в файле программатора PIX.

Архивы MPASM и PIX распаковываем в разных директориях MPASM и PIX соответственно, файл DIGSCAL.ASM с исходным текстом программы частотомера переписываем в директорию ассемблера MPASM.

1. Трансляция исходного текста

Набираем команду MPASM DIGISCAL.ASM. После выполнения программы на экране дисплея должно быть следующее:

MPASM 01.40 Released      © 1993-96 Microchip Technology  Ink./Byte Craft Limi

Checking c:\MPASM\DIGISCAL.ASM for symbols…
Assembling…
DIGISCAL.ASM   639
Building files…

Errors  : 0
Warnings : 0 reported 0 suppressed
Messages : 0 reported 0 suppressed
Lines assembled : 638

Press any key to continue.

Отсутствие сообщения об ошибках и предупреждений говорит о том, что программа оттранслирована правильно. После трансляции в директории MPASM появятся несколько файлов с именем DIGISCAL и разными расширениями. Файл DIGISCAL.HEX и есть тот файл, который будет записан в PIC процессор.

2. Программирование PIC процессора

2.1. Переходим в директорию PIX, запускаем программу PIX.EXE, подключаем к разъему COM2 аппаратную часть программатора с вставленным PIC процессором (рис.3).

2.2. Даем команду F7 (Erase) – стираем ранее записанную информацию, т.к. новые микросхемы заполнены нулями, которые нужно «стереть». Микросхема без информации заполнена 3FFF, а ее энергонезависимая память FF. После стирания в этом можно убедиться, посмотрев содержимое памяти командой F4 (Read).

2.3. Даем команду F3 (File) и выбираем файл DIGISCAL.HEX из директории MPASM.

2.4. Последняя команда – F9 (Blow) – запись микросхемы.

После завершения процесса программирования появляется надпись “All loaded Areas Blown OK 1195 mSec”, последняя цифра может отличаться в зависимости от быстродействия компьютера.

2.5. Отключаем аппаратную часть программатора от порта COM2 и выгружаем программатор командой ALT-X.

Микросхема запрограммирована и готова к работе в частотомере.

Правильно собранный частотомер - цифровая шкала с запрограммированным PIC процессором почти не требует настройки. Минимальная настройка заключается в подаче на вход частотомера эталонной частоты и подстройки конденсатора C3 до получения правильных показаний на индикаторе. При этом возможно потребуется корректировка величины C4.