Oplettende lezers merkten op dat in de artikelen van de auteur Instructables onder de bijnaam WilkoL over de stemvorkgenerator en een klok met het gebruik ervan slechts één frequentiemeter wordt getoond, en in het artikel over de generator met een glas als frequentie-instellend element, werd er een tweede aan toegevoegd, en hij kwam daar zelfs op de KDPV. Dit verhaal gaat over hem.
Ik ben blij om te werken zelfgemaakt de master begint met de studie van het theoretische deel, namelijk met de keuze van de methode voor het meten van frequentie. In veel frequentiemeters wordt hiervoor het aantal perioden van het ingangssignaal gedurende een bepaalde periode, bijvoorbeeld een seconde, geteld:
Deze methode is goed voor frequenties die hoog genoeg zijn, maar als de frequentie laag is, is het niet mogelijk een voldoende groot aantal decimalen te verkrijgen. Als de meetcyclus bijvoorbeeld een seconde duurt, dan zijn er voor een frequentie in de orde van 50 Hz nul decimalen. U wilt bijvoorbeeld drie tekens - er is een uitweg, we verlengen de meetcyclus tot 1000 seconden. Maar het is één ding wanneer een pc of een smartphone vertraagt, wat iedereen op zijn minst gewend is, en het is iets heel anders - als een frequentiemeter ook lid wordt van dit leuke bedrijf, zal dit de gebruiker volledig uit zichzelf slaan. Over het algemeen is er een andere manier nodig. Maar wat als we de periode van oscillaties zo meten?
Dus doe het ook. Ze nemen een signaal van de referentiefrequentie, die een aantal ordes van grootte hoger is dan de gemeten frequentie, en bekijken hoeveel perioden van het referentiesignaal in een periode van de gemeten periode zullen passeren. Dus met een referentiefrequentie van 10 MHz en gemeten bij 50 Hz zal dit dus 200.000 zijn. Dit betekent dat de periode 20.000,0 ms is, en een moderne (en trouwens niet erg) microcontroller, als de programmeur het "leert", met herberekent gemakkelijk de periode tot een frequentie gelijk aan 50.000 Hz. Als de frequentie toeneemt tot 50,087 Hz, dan zullen in één periode van het ingangssignaal 199650 perioden van het voorbeeld passen, en een dergelijke verandering zal de frequentiemeter in realtime opmerken.
Maar bij deze meetmethode neemt het aantal decimalen daarentegen af met toenemende frequentie van het ingangssignaal. Als het bijvoorbeeld 40 kHz is en de referentie nog steeds 10 MHz is, krijgen we bij 40-161 Hz 249 perioden van de referentiefrequentie en bij 39840 Hz - 251 perioden. Ten minste twee frequentiemeters zijn in orde: de ene voor hoge frequenties, die op de eerste manier werken, de andere voor lage frequenties, in de tweede. Hoewel - wacht! Is het niet mogelijk om beide methoden in één frequentiemeter te combineren? Dat kan, en de meester vertelt hoe. Je moet een gewone D-trigger nemen, dan worden het symbool en de waarheidstabel gegeven:
De wizard toont vier signalen op de kaart, waarvan de vierde een trigger produceert:
Het eerste van deze signalen is de gemeten frequentie; het wordt toegevoerd aan de klokingang van de D-trigger. De tweede is een referentiefrequentie, bijvoorbeeld weer van 10 MHz, die een hoge stabiliteit vereist. Het derde is een signaal met een frequentie in de orde van 1 Hz, waarvan de stabiliteit helemaal niet vereist is, het wordt toegevoerd aan dezelfde trigger op ingang D. Nou, het vierde wordt als volgt gegenereerd door de trigger van het eerste en derde. Als het derde signaal van nul naar één schakelt, reageert de trigger hier niet direct op, maar pas als zo'n schakelaar optreedt bij het eerste signaal daarna. De voorkant van een van de pulsen van het vierde signaal valt dus precies samen met de voorkant van een van de pulsen van de eerste. Dan schakelt het derde signaal, gevolgd door het vierde, naar nul, waarop de microcontroller op geen enkele manier reageert, dan schakelt het derde signaal weer terug naar één, maar de trigger reageert er niet meteen weer op, maar pas na hetzelfde schakelen van het eerste signaal. En nogmaals, de fronten van de eerste en vierde signalen vallen volledig samen. En in de volledige periode van het vierde signaal past een geheel aantal perioden van het eerste. Verder - een technische kwestie: vergeet niet dat we ook een tweede signaal hebben. De microcontroller berekent hoeveel volledige perioden van het eerste en tweede signaal in de volledige periode van het vierde vielen.
Dus we hebben twee nummers. Bijvoorbeeld 32 en 10185892. Vermenigvuldig 32 met 10.000.000 (referentiefrequentie) en deel door 10185892. We krijgen 31.416 Hz. Drie decimalen. En de meting blijft nauwkeurig, zowel bij lage frequenties als bij het naderen van het model. En als je nog hogere frequenties moet meten, kun je een deler toevoegen.
Nu moeten we beslissen welke microcontroller de frequentiemeter moet gebruiken. De master heeft al geprobeerd ze te maken op de ATmega328, en zelfs op de STM32F407, met een klokfrequentie van 168 MHz. Maar deze keer is hij doordrenkt van minimalisme en besluit hij te controleren of hij een vergelijkbaar resultaat kan behalen op ATtiny2313.
Hij heeft meer dan genoeg conclusies, zeker als je een LED-display gebruikt met een ingebouwde driverchip zoals MAX7219:
Een compleet apparaatdiagram ziet er als volgt uit:
Een nogal complexe driver voor discrete componenten, die RC-circuits, een diodebegrenzer en versterkertrappen bevat, wordt gebruikt om rechthoekige pulsen te verkrijgen uit een signaal van bijna elke vorm. De D-trigger bevindt zich buiten, het gemeten frequentiesignaal (eerste) wordt door de driver geleverd, signalen met frequenties van 10 MHz en 1 Hz (respectievelijk tweede en derde) worden ontvangen van de microcontroller, het uitgangssignaal (vierde) gaat terug naar de microcontroller. De tweede dergelijke trigger dient om een signaal te genereren op een controlepunt. Hetzelfde PDF-schema in het ZIP-archief is beschikbaar. hier.
Nadat hij een diagram heeft samengesteld, verzamelt de meester er een frequentiemeter op, het blijkt als volgt:
Op de foto worden, in tegenstelling tot het circuit, de batterij en de laadregelaar weergegeven, de pulsstabilisator wordt ook genoemd door de meester, maar waar deze is, is deze niet zichtbaar. Al deze componenten zijn later toegevoegd, wat het werken met de frequentiemeter gemakkelijker maakte. Een 18650-batterij moet worden genomen met bescherming, het solderen van draden is onaanvaardbaar. Ofwel het compartiment of puntlassen.
Firmware (leugens hier ook in het ZIP-archief) schrijft de meester rekening houdend met de noodzaak om de microcontroller over te dragen van de klok naar de RC-generator om te werken vanaf extern kwarts, evenals de mogelijkheid om verschillende functies toe te wijzen aan elk van de uitgangen van de microschakeling:
Om de firmware te uploaden, neemt de wizard een in-circuit programmeur van Olimex. Dit is een Bulgaars bedrijf met een profiel dicht bij Adafruit.
De meester dicht de kleine ontlading op het display af en snijdt vervolgens een gat in het behuizingsdeksel zodat deze ontlading wordt gesloten, omdat de metingen ondanks alle genomen maatregelen onnauwkeurig waren.Dit wordt beïnvloed door de kenmerken van het algoritme en niet door een te hoge temperatuurstabiliteit van de kristaloscillator. Om het in te stellen, sluit de master een externe frequentiemeter aan op het controlepunt met frequentiestabilisatie van de klokgenerator van de GPS-ontvanger, waarna hij de exacte 5 MHz instelt door de afstemcondensator te draaien (de trigger deelt de klokfrequentie door twee). Een correct afgestelde frequentiemeter biedt de vereiste nauwkeurigheid in het bereik van gemeten frequenties van 0,2 Hz tot 2 MHz. De volgende twee foto's laten zien hoe de master hetzelfde signaal tegelijkertijd op de referentie- en geverifieerde frequentiemeters toepaste:
