Uppmärksamma läsare märkte att det i artiklarna från författaren Instructables under smeknamnet WilkoL om stämgaffelgeneratorn och en klocka med dess användning endast en frekvensmätare visas, och i artikeln om generatorn med ett glas som ett frekvensinställningselement, lades en andra till den, och han fick till och med på KDPV där. Den här historien handlar om honom.
Jag är glad att arbeta homebrew kvist mästaren börjar med att studera den teoretiska delen, nämligen med valet av metod för att mäta frekvens. I många frekvensmätare räknas antalet perioder för insignalen under en viss tidsperiod, säg en sekund, för detta:
Den här metoden är bra för tillräckligt höga frekvenser, men om frekvensen är låg tillåter den inte att få ett tillräckligt stort antal decimaler. Om mätcykeln till exempel tar en sekund kommer det för en frekvens i storleksordningen 50 Hz att finnas noll decimaler. Du vill till exempel ha tre tecken - det finns en väg ut, vi utökar mätcykeln till 1000 sekunder. Men det är en sak när en dator eller en smartphone bromsar ner, som alla åtminstone är vana vid, och det är en helt annan sak - om en frekvensmätare också går med i det här roliga företaget kommer detta helt att slå användaren ur det. I allmänhet behövs ett annat sätt. Men vad händer om vi mäter svängningsperioden, så?
Så gör också. De tar en signal om referensfrekvensen, som är flera storleksordningar högre än den uppmätta, och överväger hur många perioder av referenssignalen kommer att passera under en period av den uppmätta. Så, till exempel, med en referensfrekvens på 10 MHz och uppmätt vid 50 Hz, kommer detta att vara 200 000. Detta innebär att perioden är 20 000,0 ms, och en modern (och förresten, inte mycket) mikrokontroller, om programmeraren "lär" den, med beräknar enkelt perioden till en frekvens som är lika med 50 000 Hz. Om frekvensen ökar till 50,087 Hz, kommer i en period av insignalen 199650 perioder av det exemplifierande passet in, och en sådan förändring kommer frekvensmätaren att märka i realtid.
Men med denna mätmetod minskar antalet decimaler tvärtom med ökande insignals frekvens. Till exempel, om det är 40 kHz, och referensen fortfarande är 10 MHz, får vi vid 40-161 Hz 249 perioder av referensfrekvensen och vid 39840 Hz - 251 perioder. Minst två frekvensmätare är i ordning: en för höga frekvenser, som arbetar på det första sättet, den andra för låga frekvenser, i det andra. Även - vänta! Är det inte möjligt att kombinera båda metoderna i en frekvensmätare? Du kan, och befälhavaren berättar hur. Du måste ta en vanlig D-trigger, sedan ges dess symbol och sanningstabellen:
Guiden visar fyra signaler i diagrammet, varav den fjärde ger en trigger:
Den första av dessa signaler är den uppmätta frekvensen, den matas till klockingången på D-trigger. Den andra är till exempel en referensfrekvens på 10 MHz, vilket kräver hög stabilitet. Den tredje är en signal med en frekvens i storleksordningen 1 Hz, från vilken stabilitet inte krävs alls, den appliceras på samma trigger vid ingång D. Tja, den fjärde genereras av utlösaren från den första och den tredje på följande sätt. När den tredje signalen växlar från noll till en, svarar inte utlösaren omedelbart på detta, utan bara när en sådan omkopplare inträffar med den första signalen efter det. Således sammanfaller fronten på en av pulserna i den fjärde signalen exakt med fronten på en av de första pulserna. Sedan växlar den tredje signalen, följt av den fjärde, till noll, som mikrokontrollern inte reagerar på på något sätt, sedan växlar den tredje signalen tillbaka till en, men utlösaren reagerar inte på den omedelbart, men bara efter samma växling av den första signalen. Och återigen sammanfaller fronterna på den första och den fjärde signalen helt. Och under den fulla perioden av den fjärde signalen passar ett heltal antalet perioder av den första. Vidare - en teknisk fråga: glöm inte att vi också har en andra signal. Mikrokontrollern beräknar hur många hela perioder av den första och andra signalen som föll under hela den fjärde perioden.
Så vi har två nummer. Till exempel 32 och 10185892. Vi multiplicerar 32 med 10000000 (referensfrekvens) och delar med 10185892. Vi får 31.416 Hz. Tre decimaler. Och mätningen förblir korrekt både vid låga frekvenser och vid hög närmar sig modellen. Och om du behöver mäta ännu högre frekvenser kan du lägga till en avdelare.
Nu måste vi bestämma vilken mikrokontroller som ska köra frekvensmätaren. Befälhavaren har redan försökt göra dem på ATmega328, och till och med på STM32F407, med en klockfrekvens på 168 MHz. Men den här gången är han genomsatt av minimalism och bestämmer sig för att kontrollera om han kan få ett liknande resultat på ATtiny2313.
Han har mer än tillräckligt med slutsatser, särskilt om du använder en LED-display med ett inbyggt drivrutin som MAX7219:
Ett komplett enhetsschema ser ut så här:
En ganska komplex drivrutin för diskreta komponenter, som innehåller RC-kretsar, en diodbegränsare och förstärkningssteg, används för att erhålla rektangulära pulser från en signal av nästan vilken form som helst. D-utlösaren är placerad utanför, den uppmätta frekvenssignalen (först) matas till den från föraren, signaler med frekvenser på 10 MHz och 1 Hz (andra respektive tredje) mottas från mikrokontrollern, utsignalen (fjärde) går tillbaka till mikrokontrollern. Den andra sådana utlösaren tjänar till att generera en signal vid en kontrollpunkt. Samma PDF-schema i ZIP-arkivet är tillgängligt. här.
Efter att ha sammanställt ett diagram samlar befälhavaren en frekvensmätare på det, det visar sig så här:
I bilden, till skillnad från kretsen, visas batteriet och laddningsregulatorn, nämns pulsstabilisatorn också av befälhavaren, men där den är, är den inte synlig. Alla dessa komponenter tillkom senare, vilket gjorde arbetet med frekvensmätaren mer praktiskt. Ett 18650-batteri bör tas med skydd, lödningstrådar till det är oacceptabelt. Antingen facket eller punktsvetsning.
Firmware (lögner) här även i ZIP-arkivet) skriver mästaren med hänsyn till behovet av att överföra mikrokontrollern från klockan på RC-generatorn till arbete från extern kvarts, liksom möjligheten att tilldela olika funktioner till var och en av utgångarna från mikrokretsen:
För att ladda upp firmware tar guiden en programmerare i kretsen från Olimex. Detta är ett bulgariskt företag med en profil nära Adafruit.
Befälhavaren förseglar den lilla urladdningen på skärmen och skär sedan ett hål i höljesluckan så att denna urladdning stängs, eftersom dess avläsningar var felaktiga trots alla åtgärder som vidtagits.Detta påverkas av funktionerna i algoritmen och inte för hög temperaturstabilitet hos kristalloscillatorn. För att ställa in den ansluter befälhavaren en extern frekvensmätare till kontrollpunkten med frekvensstabilisering av klockgeneratorn från GPS-mottagaren, varefter den ställer in exakt 5 MHz genom att vrida på inställningskondensatorn (utlösaren delar klockfrekvensen med två). En korrekt avstämd frekvensmätare ger erforderlig noggrannhet inom intervallet för uppmätta frekvenser från 0,2 Hz till 2 MHz. Följande två foton visar hur befälhavaren använde samma signal samtidigt på referens- och kontrollerade frekvensmätare:
