Miernik częstotliwości z dwoma chipami z odczytem binarnym: 16 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:33

za pomocą dwunastu diod elektroluminescencyjnych. Prototyp ma CD4040 jako licznik i CD4060 jako generator podstawy czasu. Bramkowanie sygnału odbywa się za pomocą rezystora - bramki diodowej. Zastosowane tutaj układy CMOS pozwalają na zasilanie instrumentu dowolnym napięciem z zakresu od 5 do 15 woltów, ale maksymalna częstotliwość jest ograniczona do około 4 MHz.

4040 to dwunastostopniowy licznik binarny w 16-pinowej obudowie. 4060 to czternastostopniowy licznik binarny i oscylator, w tym samym 16-pinowym opakowaniu. Wersje tych chipów 74HC lub 74HCT mogą być używane dla wyższego zakresu częstotliwości, ale zakres napięcia zasilania jest wówczas ograniczony do maksymalnie 5,5 wolta. Aby to wykorzystać do wyświetlenia częstotliwości typowego nadajnika HAM, potrzebny będzie jakiś preskaler i przedwzmacniacz. Mam nadzieję, że będą one przedmiotem kolejnej instrukcji.

Krok 1: Dwanaście diod LED

Zacząłem ten projekt, aby mieć prosty licznik częstotliwości, który działałby bezproblemowo, używając najmniejszej liczby komponentów i BEZ programowania. Zdecydowałem się na ten projekt „dwuukładowego licznika częstotliwości”, ponieważ jego prostota była atrakcyjna.

Pierwszym krokiem było podłączenie licznika i sprawienie, by działał. Zaokrągliłem kilka czerwonych diod LED o średnicy 3 mm z mojego pojemnika na śmieci i różnych płytek i przylutowałem je liniowo na kawałku płytki drukowanej - wynik jest pokazany obok układu licznika. Ten konkretny ic został wydobyty z innego niedokończonego projektu, z gorącą nadzieją, że przynajmniej ten zostanie ukończony. 74HC4040 będzie lepszym wyborem, jeśli planujesz to zbudować. Może liczyć na wyższą częstotliwość.

Krok 2: Uruchamianie gniazda szczurów

Postanowiono zbudować go tak mały, jak to możliwe, więc nie ma płytki drukowanej. Przewody 4040 zostały przycięte, a ceramiczny wielowarstwowy kondensator 100n połączony z przewodami zasilającymi. Ma to na celu lepsze przetrwanie ESD.

Przewody (z kabla CAT-5) zostały następnie przylutowane do końcówek wyprowadzeń. Po tym, jak jedna strona została tak potraktowana, nadszedł czas, aby sprawdzić, czy chip nadal żyje.

Krok 3: Testowanie 4040

Dioda LED i chip zostały ze sobą połączone, a szybkie sprawdzenie, podłączenie zasilania do układu i uziemienie wspólnego diod LED, dało mi migające diody LED, gdy wejście zegara układu zostało dotknięte palcem - liczyło 50 Przydźwięk sieciowy Hz.

Jedna dioda była zbyt jasna – w porównaniu z nią inne wydawały się zbyt słabe. Została bezlitośnie wyciągnięta, a następnie delikatnie odłożona do ewentualnego użytku solo. Diody LED są delikatnymi urządzeniami i łatwo ulegają awarii w przypadku przegrzania, gdy przewody są obciążone. Musiałem wymienić około trzech w mojej tablicy. Jeśli je kupujesz, upewnij się, że dostaniesz kilka dodatkowych. Jeśli je zbierasz, upewnij się, że dostaniesz dużo więcej, ponieważ potrzebujesz ich nieco podobnej jasności.

Krok 4: Licznik - ukończony

Zdjęcie przedstawia wypełniony licznik i wyświetlacz. Jest dwanaście diod LED, układ licznika, kondensator obejściowy zasilania i dwa rezystory. Rezystor 1K ustawia jasność wyświetlacza. Rezystor 4,7 K łączy wejście resetujące z masą. Niepodłączony pin obok to wejście zegara.

Krok 5: Szafka na ladę

Metalowa okładzina z ogniwa D została odwinięta i uformowana wokół tego zespołu. Zastosowano folię z tworzywa sztucznego, aby zapobiec zwarciom.

Film pokazuje mój test licznika. Liczy sygnał 50 Hz dostarczany przez mój palec.

Krok 6: Podstawa czasu – części

Licznik częstotliwości działa poprzez zliczanie impulsów sygnału przez znany czas i wyświetlanie tego zliczenia. Licznik stanowi połowę licznika częstotliwości. Drugą częścią jest obwód zapewniający dokładnie znany interwał – podstawę czasu.

Ta funkcja jest realizowana przez CD4040, oscylator i 14-stopniowy dzielnik binarny w 18-pinowej obudowie. Aby było dobrze, nie wszystkie wyjścia dzielników zostały wyprowadzone. Zdecydowałem się na częstotliwość oscylatora 4 MHz - była to najbardziej odpowiednia, jaką miałem w swoim śmietniku. Ten wybór kryształu oznacza, że odczyt częstotliwości będzie wielokrotnością megaherca.

Krok 7: Oscylator kryształowy

Oscylator kwarcowy 4 MHz dla podstawy czasu nabiera kształtów. Rezystor chipowy 10 Mg znajduje się na dwóch pinach oscylatora, a dwa kondensatory 10 pf są przymocowane do kawałka płytki drukowanej razem z kryształem.

Krok 8: Oscylator - Dzielnik

To jest kompletna podstawa czasu. Czerwony przewód łączy najważniejsze wyjście (Q13) z wejściem resetowania. Powoduje to pojawienie się krótkiego impulsu resetującego na tym pinie co 8192 drgań kryształu. Na następnym wyjściu (Q12) pojawi się fala prostokątna, która służy do włączania licznika w stanie niskim i wyświetlania tego licznika w stanie wysokim.

Nie mam jeszcze żadnych schematów. Jest to przybliżony pomysł na to, jak powinien działać licznik częstotliwości, a układy bramkowania i wyświetlania były w stanie płynnym, gdy starałem się znaleźć rozwiązanie z minimalnymi komponentami.

Krok 9: Testowanie podstawy czasu

Teraz testowanie tego jest bardzo skomplikowanym procesem. Muszę to zabrać do pracy. Potem obiecaj temu kolesiowi, że będzie pracował (tak twierdzi, że robi) z oscyloskopem, niebem, ziemią i piwem, żeby miał szansę go użyć. Ta trzecia jest jednak dość bezpieczna, ponieważ rzadko wychodzi z niej tak, jak reszta z nas.

Następnie pospiesz się, wskocz, gdy on jest poza domem, jedząc lunch i przetestuj obwód, i szybko wyjdź, zanim wróci. Inaczej będę musiała mu pomóc w każdej dziurze, w którą się wpakował, i może przegapić lunch. O wiele prostsze jest korzystanie z radia. Tanie, kieszonkowe radio na średnie fale, które było modne, zanim pojawiły się nowomodne gadżety mp3. Ta mała podstawa czasu utworzy hash na całej tarczy, gdy będzie działać. Używając go i kilku komórek, byłem w stanie ustalić, że podstawa czasu działa z trzema komórkami i że nie działa na dwóch komórkach, ustalając w ten sposób, że do uruchomienia mojego licznika częstotliwości potrzeba co najmniej 4,5 wolta.

Krok 10: Przestrzeń dla podstawy czasu

Pokazuje przestrzeń wewnątrz licznika zarezerwowaną dla obwodu podstawy czasu.

Krok 11: Integracja

To pokazuje dwa układy scalone na swoim miejscu. Logika „sklejania” potrzebna między nimi, aby działały jako licznik częstotliwości, będzie realizowana przez diody i rezystory.

Kolejny kondensator odsprzęgający został dodany do układu podstawy czasu. Nie możesz mieć zbyt wiele oddzielenia. Zamierzam się do tego przyzwyczaić w pobliżu wrażliwych odbiorników, więc wszelkie szumy muszą być tłumione blisko źródła i zapobiegać ucieczce. Stąd szafka z blachy z recyklingu.

Krok 12: Druga faza integracji

Znowu zmieniłem zdanie, a układ na tym zdjęciu jest trochę inny. Jest bardziej kompaktowy i dlatego był preferowany.

Krok 13: Schemat obwodu

Teraz, kiedy konstrukcja jest już prawie gotowa, oto schemat obwodu. Kiedy w końcu ustaliłem, jak to ma być zrobione i zapisałem to na papierze, zaczęły wkradać się funkcje. Mogłem też sprawić, by działał jako licznik, z przełącznikiem i dwoma dodatkowymi komponentami. Więc teraz jest to licznik / licznik częstotliwości.

Krótki impuls na Q13 resetuje oba liczniki. Wtedy Q12 będzie niski przez pewien czas (2048 cykli xtal) iw tym czasie nadchodzący sygnał taktuje 4040. Tranzystor jest wyłączony, więc diody nie świecą. Następnie Q12 staje się wysoki, a sygnał nie dociera do wejścia 4040. Tranzystor włącza się i zliczanie w 4040 jest wyświetlane na diodach LED, aby cały świat mógł je zobaczyć. Znowu po 2048 zegarach Q12 staje się niski, Q13 staje się wysoki i pozostanie tam, z wyjątkiem tego, że jest podłączony do wejść resetowania obu liczników, więc oba liczniki zostają wyczyszczone, co kasuje stan Q13 i tak cykl zaczyna się od nowa. Jeśli jest ustawiony jako licznik, 4060 jest stale utrzymywany w stanie zerowania, a tranzystor jest włączony na cały czas. Wszystkie dane wejściowe są zliczane i natychmiast wyświetlane. Maksymalna liczba to 4095, a następnie licznik zaczyna się od zera od nowa. Ta dioda Zenera jest celowo wykonana z wyższego napięcia niż normalne napięcie zasilania. Nie przewodzi podczas normalnego użytkowania. Jeśli jednak zostanie przyłożone napięcie większe niż normalne, ograniczy to napięcie do dwóch chipów do wartości, którą mogą obsłużyć. A naprawdę wysokie napięcie spowoduje spalenie tego opornika 470 omów, wciąż chroniącego elektronikę - no, zresztą większość z nich. Przynajmniej mam nadzieję, że tak się stanie, jeśli to coś zostanie podłączone bezpośrednio do sieci.

Krok 14: Przełącznik częstotliwości/liczby

Zainstalowano mały przełącznik, aby wybrać między tymi dwoma trybami, zwykłe liczenie przychodzących impulsów w porównaniu z liczeniem ich przez pewien okres i określaniem częstotliwości, a także dokonano innych porządków.

Część okablowania została pokryta plastikiem, aby były odporne na zwarcie (mam nadzieję). Przylutowanie kolejnej blachy ocynowanej z innego ogniwa D na górze sprawi, że pudełko będzie kompletne i ochroni wnętrze przed zabłąkanymi kawałkami drutu i grudkami lutu, których jest mnóstwo na moim blacie.

Krok 15: Widok z tyłu

Przełącznik umożliwiający wybór między trybami częstotliwości i zliczania jest widoczny w tym widoku z tyłu.

Krok 16: Gotowy instrument

To jest widok gotowego instrumentu. Diody LED pokazują częstotliwość ważoną w następujący sposób:

2 MHz 1 MHz 500 KHz 250 KHz 125 KHz 62,5 KHz 31,25 KHz 15,625 KHz 7,8125 KHz 3,90625 KHz 1,953125 KHz 0,9765625 KHz W celu odczytania częstotliwości należy zsumować wagi świecących się diod. Niektóre dane dotyczące poboru prądu: przy przyłożonym napięciu zasilania 6 woltów (cztery ogniwa AA) pobierany prąd wynosił 1 mA w trybie Licznik i 1,25 mA w trybie Częstotliwość, bez wyświetlania niczego. Podczas wyświetlania zliczeń (niektóre diody LED świeciły) zużycie skoczyło do około 5,5 mA w trybie licznika i 3,5 mA w trybie częstotliwości. Licznik przestał zliczać, jeśli częstotliwość wzrosła powyżej około 4 MHz. Zależy to trochę od amplitudy zastosowanego sygnału. Wymaga pełnego wejścia zgodnego z CMOS, aby mógł niezawodnie liczyć. W związku z tym prawie zawsze konieczny jest pewien rodzaj kondycjonowania sygnału. Przedwzmacniacz i preskaler na wejściu rozszerzą zakres częstotliwości i zwiększą czułość. Więcej na ten temat można znaleźć w wyszukiwaniu słów „dwuprocesorowy licznik częstotliwości” bez cudzysłowów.