Частотомер из компьютера своими руками. Как сделать осциллограф из компьютера своими руками: пошаговая инструкция

Как превратить обычный компьютер в осциллограф. Какие компоненты понадобятся для сборки. Пошаговая инструкция по изготовлению осциллографа из ПК. Какие бывают варианты самодельных осциллографов на базе компьютера. Какие программы нужны для работы самодельного осциллографа.

Что такое осциллограф и для чего он нужен

Осциллограф — это измерительный прибор, который позволяет наблюдать и анализировать форму электрических сигналов. Он визуализирует изменение напряжения во времени, отображая сигнал в виде графика на экране.

Основные функции осциллографа:

• Измерение амплитуды сигнала
• Определение частоты и периода колебаний
• Анализ формы сигнала
• Обнаружение искажений и помех в сигнале
• Сравнение нескольких сигналов между собой

Осциллографы широко применяются при разработке, ремонте и настройке электронной техники. Они незаменимы для диагностики неисправностей в электрических цепях.

Преимущества самодельного осциллографа на базе ПК

Изготовление осциллографа из обычного компьютера имеет ряд существенных преимуществ:

• Низкая стоимость по сравнению с готовыми приборами
• Возможность использовать уже имеющийся ПК
• Большой экран для удобного просмотра сигналов
• Простота хранения и обработки данных
• Возможность модернизации за счет программного обеспечения
• Многофункциональность — один прибор может заменить несколько

При этом самодельный осциллограф вполне способен обеспечить точность, достаточную для большинства любительских применений.

Какие компоненты понадобятся для сборки

Для изготовления простейшего осциллографа на базе ПК потребуется минимальный набор компонентов:

• Компьютер или ноутбук с звуковой картой
• USB-осциллограф или внешняя звуковая карта
• Измерительные щупы
• Программное обеспечение для осциллографа

При желании получить более функциональное устройство, можно дополнительно использовать:

• Специализированную плату АЦП/ЦАП
• Предусилитель сигнала
• Делитель напряжения для расширения диапазона измерений

Выбор компонентов зависит от желаемых характеристик самодельного осциллографа и имеющегося бюджета.

Пошаговая инструкция по изготовлению осциллографа из ПК

Рассмотрим процесс создания простого осциллографа на базе звуковой карты компьютера:

1. Подготовьте компьютер с установленной звуковой картой
2. Скачайте и установите программное обеспечение для осциллографа (например, Soundcard Scope)
3. Подключите измерительные щупы к линейному входу звуковой карты через штекер 3.5 мм
4. Запустите программу осциллографа и настройте параметры отображения
5. Проведите калибровку, используя источник сигнала с известными параметрами
6. Прибор готов к использованию — подключите щупы к исследуемой схеме

При необходимости расширить диапазон измерений, можно добавить простой резистивный делитель напряжения перед входом звуковой карты.

Варианты самодельных осциллографов на базе компьютера

Существует несколько основных вариантов создания осциллографа из ПК:

1. На базе звуковой карты

Самый простой и бюджетный вариант. Использует встроенную или внешнюю звуковую карту в качестве АЦП. Ограничен по частоте и амплитуде входного сигнала.

2. С использованием USB-осциллографа

Более функциональное решение. USB-осциллограф представляет собой внешнее устройство с АЦП, подключаемое к компьютеру. Обеспечивает лучшие характеристики по сравнению со звуковой картой.

3. На основе платы АЦП/ЦАП

Продвинутый вариант для серьезных применений. Использует специализированную плату сбора данных с высокоскоростным АЦП. Позволяет получить характеристики, близкие к профессиональным приборам.

4. Портативный осциллограф на базе планшета или смартфона

Мобильное решение для работы в полевых условиях. Использует мобильное устройство в качестве дисплея и вычислительного блока.

Какие программы нужны для работы самодельного осциллографа

Для функционирования осциллографа на базе ПК необходимо специальное программное обеспечение. Наиболее популярные программы:

• Soundcard Scope — простая программа для работы со звуковой картой
• Visual Analyser — многофункциональный анализатор сигналов
• Zelscope — виртуальный осциллограф с широкими возможностями
• PC Oscilloscope — профессиональное ПО для работы с USB-осциллографами
• Virtins Multi-Instrument — комплексный пакет для анализа сигналов

Выбор программы зависит от используемого оборудования и требуемого функционала. Многие программы распространяются бесплатно или имеют пробные версии.

Ограничения и недостатки самодельных осциллографов

При всех достоинствах, самодельные осциллографы на базе ПК имеют ряд ограничений:

• Ограниченная полоса пропускания (обычно до 100 кГц для звуковой карты)
• Невысокая чувствительность входа
• Отсутствие гальванической развязки входа
• Зависимость от производительности компьютера
• Невозможность работы в автономном режиме

Тем не менее, для большинства любительских применений характеристик самодельного осциллографа вполне достаточно. А при использовании качественных компонентов можно добиться результатов, близких к профессиональным приборам.

Как переделать монитор ПК или планшет в осциллограф: схемы и программы

Автор Aluarius На чтение 7 мин. Просмотров 4.6k. Опубликовано 30.04.2020

Осциллограф – это не только медицинский прибор, но также и полезное устройство, незаменимое при настройке аудиоаппаратуры и ремонте техники. Приобретать его отдельно достаточно накладно, даже самые дешёвые модели могут стать неприятной неожиданной статьёй расходов. Лучший выход – сделать виртуальный осциллограф из своего домашнего компьютера.

Осциллограф из компьютера — соответствует ли оборудование ПК требованиям

Если у вас современный персональный компьютер, оснащённый звуковой картой, к которому подключён монитор, этого уже достаточно. Конфигурация компьютера не имеет никакого значения, а также вместо стационарного ПК можно использовать ноутбук и даже нетбук.

ВАЖНО! Настройка вашего компьютера как осциллографа никак не помешает его остальным функциям – не придётся ничего добавлять внутрь самого ПК (это просто осциллограф-приставка к компьютеру) или критически изменять в программном обеспечении.

Обычно всё, что необходимо для настройки виртуального прибора, уже есть в конструкции ПК. Для того, чтобы «организовать» работу устройств, достаточно скачать готовый софт, который находится в свободном доступе в сети – это полностью безопасно и легко для освоения даже пользователем-новичком.

Что необходимо для создания осциллографа

Если вам нужен более точный осциллограф из ПК, то придётся сделать специальную USB-приставку. Это чуть более сложная задача – пользователю желательно владеть такими базовыми навыками радиолюбителя как построение схем, спайка, а также знать, где приобретать необходимые материалы.

ВАЖНО! «На коленке» можно собрать только низкокачественный прибор – для учёбы или другой серьёзной деятельности он может не подойти. Однако выгода очевидна – если на покупку самого дешёвого варианта придётся отдать около 200 долларов, то собрать приставку можно за 5-7 долларов без учёта доставки.

Для простой сборки вам помимо основы для прибора, проводников и USB-входа для связи с компьютером понадобятся следующие детали (их легко найти в интернет-магазинах для радиолюбителей):

• MCP1700;
• STM32F042Fx;
• MCP6S21.

В том случае, если целью работы с прибором не является что-то серьёзное, более простым и быстрым вариантом будет простой осциллограф из звуковой карты, не требующий дополнительных манипуляций со схемами.

Программы

Без специального программного обеспечения ничего работать не будет – к счастью, всё необходимое любой желающий может найти в интернете и скачать. Заниматься запуском программ необходимо после настройки оборудования.

ВАЖНО! Прежде чем определиться, как программа-осциллограф для ПК вам подходит, посмотрите, для какой версии Windows она предназначена. Если софт требует наличия «десятки», а вы до сих пор на виндовс 7, то вы только потратите время.

Разобраться в работе программ будет несложно – большинство из них адаптированы под русскоязычную аудиторию и русский интерфейс поддерживают.

Лучшие программы осциллографы:

1. Winscope. Одна из самых популярных программ, может быть использована для анализа любого типа сигналов. Также может сохранять данные в удобном для пользователя формате, измерять частоты, строить диаграммы и совершать другие аналитические действия.
2. Visual Analyzer. Программа для Windows 10. Особенностью является подача полученной и обработанной информации на двух экранах. Первый показывает стандартные данные, а второй БПФ сигнала. Также пользователь может настроить фильтры программы для любых своих целей.
3. Soundcard Oscilloscope. Для личного пользования эту программу можно использовать бесплатно. Плюсами софта считается его многофункциональность, возможность направить сигнал на динамики устройства, а также генерация пользовательских каналов сигнала и шумов.
4. Oscilloscope. Программа, предназначенная не для анализа, а для просмотра – с её помощью можно только визуализировать на экране XY-спектры сигнала или аудиофайла. В основном используется, как развлекательный софт.
5. Frequency Analyzer. Может работать через микрофон, показывает анализ сигнала в реальном времени. Широко настраивается – пользователь может выбрать FFT, частоты выборки и точек на преобразовании, а также между 8 и 16 бит.
6. Real-time Spectrum. Считывает спектры сигнала (приём через аудио-разъём в 3.5 мм.) и выводит их на экран. Пользователь может посмотреть сигнал с любого канала (или с обоих), настроить динамический диапазон графического отображения, а также частоту кадров.
7. AUDio MEasurement System. Работает с помощью микрофона. Среди функционала есть генератор сигналов, измерение частотных характеристик и анализ спектра. Простая программа, без особых функций, идеальна для несложного анализа сигналов.

Все эти программы можно найти в свободном доступе – в этом вам поможет поиск или любой компьютерный форум. В зависимости от того, для чего вам нужно настроить осциллограф онлайн, выбирайте простые или сложные программы.

Оборудование

Как говорилось ранее, большинство необходимого оборудования уже находится внутри вашего ПК. Для анализа простых сигналов достаточно использовать микрофон (звук будет поступать через динамик), аудио-разъём или USB-порт. Если цель вашей работы с самодельным осциллографом – простое любопытство, то и сам комп может не понадобится, можно сделать осциллограф из планшета.

Звуковая карта

Звуковая карта обязательно присутствует во всех персональных компьютерах и даже в мобильных устройствах. Выход на неё (порт) – это обычно аудио-разъём на 3.5. мм. Использовать её очень просто, достаточно подключить к ней устройство подачи сигнала или устройство, которое принимает сигнал (например, микрофон).

Монитор

Монитор, как и звуковая карта, есть у любого ПК. У стационарного компьютера это отдельный монитор, у ноутбука – встроенный. Для анализа аудиосигнала достаточно любого монитора, даже несовременного.

Встроенный вольтметр

Необходим для контроля процедуры. Приобрести такой совсем недорого – достаточно поискать в любом специализированном интернет-магазине или на радиорынке. Присоединяется к приставке-осциллографу и выводит показатели в реальном времени.

Частотомер

Как и предыдущий прибор, легко и дёшево приобретается. Настоящий частотометр нужен пользователю редко, так как давно есть его виртуальные аналоги, которые действуют не хуже, но в то же время не требуют никаких специальных навыков.

Электрическая схема

Если вы всё же решили работать через самодельную приставку, то для осциллографа из компьютера своими руками потребуется схема. Схема эта достаточно простая и работа над ней для того, кто хотя бы раз занимался чем-то подобным, не составит никакого труда. Вам понадобятся инструменты и навыки базовой работы со схемами – соединения, теоретические знания.

ВАЖНО! Есть и более сложные схемы, но новичку лучше начать с элементарного варианта. Если первая попытка подойдёт для решения задачи, то для последующих проб сложность можно поднять, спаяв новую, более совершенную схему.

 

Как это будет работать?

В зависимости от того, какой способ сделать осциллограф из обычного компьютера своими руками выбрал пользователь. Если это только виртуальная копия обычного прибора, то понадобится только соединить компьютер (с предустановленной программой-прибором) и источник звука. Это осуществляется через микрофон, с помощью подключения устройства с записью, необходимой для анализа, или вообще через динамики ПК.

Если же присутствует приставка (в таком случае для создания осциллографа из компьютера нужна спаянная схема), то принцип работы остаётся тем же, только самодельный прибор служит посредником между сигналом и компьютером. Данный способ является более точным – для серьёзных анализа и обработки лучше использовать его.

Проблемы при создании осциллографа

Проблемы могут возникнуть как у новичка, так и у того, кто знает, как из обычного домашнего компьютера сделать осциллограф на практике. Чтобы минимизировать шансы, лучше изучить всю теорию перед работой или настройкой, а также купить материалы с запасом, если есть необходимость изготовить приставку.

Возможные трудности:

1. Проблемы со схемой. Схема для простейшего осциллографа лёгкая сама по себе, но если возникают сложности, можно воспользоваться видеогайдами.
2. Программы не устанавливаются. Если программное обеспечение отказывается работать на компьютере, проверьте совместимость (соответствие требованиям операционной системы, наличие всех необходимых деталей в ПК).
3. Результат не выводится на экран. Это проблема внутренней настройки – укажите корректный путь, чтобы сохранение и воспроизведение результатов анализа шли корректно.

Большинство возникающих проблем легко решить последующими попытками, минимальными теоретическими знаниями и опытом – стоит только набраться немного терпения.

Компьютер как осциллограф своими руками

Осциллограф — инструмент, который имеется почти у каждого радиолюбителя. Но для начинающих он стоит слишком дорого.

Проблема высокой стоимости решается просто: есть много вариантов изготовления осциллографа.

Компьютер отлично подойдёт для такой переделки, причём его функциональность и внешний вид никак не пострадают.

Устройство и назначение

Принципиальная схема осциллографа сложна для понимания начинающего радиолюбителя, поэтому рассматривать её нужно не целиком, а предварительно разбив на отдельные блоки:

Каждый блок представляет собой отдельную микросхему, или плату.

Сигнал с исследуемого устройства поступает через вход Y на входной делитель, задающий чувствительность измерительного контура. После прохождения предварительного усилителя и линии задержки он попадает на конечный усилитель, который управляет вертикальным отклонением индикаторного луча. Чем выше уровень сигнала — тем больше отклоняется луч. Так устроен канал вертикального отклонения.

Второй канал — горизонтального отклонения, нужен для синхронизации луча с сигналом. Он позволяет удерживать луч в заданном настройками месте.

Без синхронизации луч уплывет за границы экрана.

Синхронизация бывает трёх видов: от внешнего источника, от сети и от исследуемого сигнала. Если сигнал имеет постоянную частоту, то синхронизацию лучше использовать от него. В качестве внешнего источника обычно выступает лабораторный генератор сигналов. Вместо него для этих целей подойдёт смартфон с установленным на него специальным приложением, которое модулирует импульсный сигнал и выводит его в гнездо для наушников.

Осциллографы применяются при ремонте, проектировании и настройке различных электронных устройств. Сюда входят диагностика систем автомобиля, устранение неисправностей в бытовой технике и многое другое.

Осциллограф измеряет:

• Уровень сигнала.
• Его форму.
• Скорость нарастания импульса.
• Амплитуду.

Также он позволяет развёртывать сигнал до тысячных долей секунды и просматривать его в мельчайших подробностях.

Большинство осциллографов имеют встроенный частотомер.

Осциллограф, подключаемый через USB

Есть множество вариантов изготовления самодельных USB осциллографов, но не все из них доступны новичкам. Самым простым вариантом будет его сборка из уже готовых комплектующих. Они продаются в радиомагазинах. Более дешёвым вариантом будет купить эти радиодетали в китайских интернет-магазинах, но нужно помнить о том, что купленные в Китае комплектующие могут прийти в неисправном состоянии, а деньги за них возвращают далеко не всегда. После сборки должна получиться небольшая приставка, подключаемая к ПК.

Этот вариант осциллографа имеет самую высокую точность. Если встает проблема, какой осциллограф выбрать для ремонта ноутбуков и другой сложной техники, лучше остановить свой выбор на нём.

Для изготовления понадобятся:

• Плата с разведёнными дорожками.
• Процессор CY7C68013A.
• Микросхема аналого-цифрового преобразователя AD9288−40BRSZ.
• Конденсаторы, резисторы, дроссели и транзисторы. Номиналы этих элементов указаны на принципиальной схеме.
• Паяльный фен для запайки SMD компонентов.
• Провод в лаковой изоляции сечением 0,1 мм².
• Тороидальный сердечник для намотки трансформатора.
• Кусок стеклотекстолита.
• Паяльник с заземлённым жалом.
• Припой.
• Флюс.
• Паяльная паста.
• Микросхема памяти EEPROM flash 24LC64.
• Корпус.
• USB разъём.
• Гнездо для подключения щупов.
• Реле ТХ-4,5 или другое, с управляющим напряжением не более 3,3 В.
• 2 операционных усилителя AD8065.
• DC-DC преобразователь.

Собирать нужно по этой схеме:

Обычно для изготовления печатных плат радиолюбители пользуются методом травления. Но сделать таким образом двухстороннюю печатную плату со сложной разводкой самостоятельно не получится, поэтому её нужно заранее заказать на заводе, выпускающем подобные платы.

Для этого нужно отослать на завод чертёж платы, по которому её изготовят. На одном и том же заводе делают разные по качеству платы. Оно зависит от выбранных при оформлении заказа опций.

Для того чтобы получить в итоге хорошую плату, нужно указать в заказе следующие условия:

• Толщина стеклотекстолита — не менее 1,5 мм.
• Толщина медной фольги — не менее 1 OZ.
• Сквозная металлизация отверстий.
• Лужение контактных площадок свинецсодержащим припоем.

После получения готовой платы и покупки всех радиодеталей можно приступать к сборке осциллографа.

Первым собирается DC-DC преобразователь, выдающий напряжения +5 и -5 вольт.

Его нужно собрать на отдельной плате и подключить к основной с помощью экранированного кабеля.

Припаивать микросхемы к основной плате нужно аккуратно, не перегревая их. Температура паяльника не должна быть выше трехсот градусов, иначе паяемые детали выйдут из строя.

После установки всех компонентов собирают устройство в подходящий по размеру корпус и подключают к компьютеру USB кабелем. Замыкают перемычку JP1.

Нужно установить и запустить на ПК программу Cypress Suite, перейти во вкладку EZ Console и кликните по LG EEPROM. В появившемся окне выбрать файл прошивки и нажать Enter. Дождаться появления надписи Done, говорящей об успешном завершении процесса. Если вместо неё появилась надпись Error, значит, на каком-то этапе произошла ошибка. Нужно перезапустить прошивальщик и попробовать снова.

После прошивки изготовленный своими руками цифровой осциллограф будет полностью готов к работе.

Вариант с автономным питанием

В домашних условиях радиолюбители обычно пользуются стационарными устройствами. Но иногда возникает ситуация, когда нужно отремонтировать что-то находящееся вдали от дома. В таком случае понадобится портативный осциллограф с автономным питанием.

Перед началом сборки приготовьте следующие комплектующие:

• Ненужные Bluetooth наушники или аудиомодуль.
• Планшет или смартфон на Android.
• Литий-ионный аккумулятор типоразмера 18650.
• Холдер для него.
• Контроллер заряда.
• Гнездо Jack 2,1 Х 5,5 мм.
• Разъем для подключения измерительных щупов.
• Сами щупы.
• Выключатель.
• Пластиковая коробочка из-под губки для обуви.
• Экранированный провод сечением 0,1 мм².
• Тактовая кнопка.
• Термоклей.

Нужно разобрать беспроводную гарнитуру и достать из неё плату управления. Отпаять от неё микрофон, кнопку включения и аккумулятор. Отложить плату в сторонку.

Вместо блютус-наушников можно использовать Bluetooth аудиомодуль.

Ножом соскрести с коробочки остатки губки и хорошо почистить её с использованием моющих средств. Подождать, пока она высохнет, и вырезать отверстия под кнопку, выключатель и разъёмы.

Припаять провода к гнёздам, холдеру, кнопке и выключателю. Установить их на свои места и закрепить термоклеем.

Провода нужно соединять так, как показано на схеме:

Расшифровка обозначений:

1. Холдер.
2. Выключатель.
3. Контакты «BAT +» и «BAT —».
4. Контроллер заряда.
5. Контакты «IN +» и «IN —».
6. Разъём Jack 2,1 Х 5,5 мм.
7. Контакты «OUT+» и «OUT —».
8. Контакты батареи.
9. Плата управления.
10. Контакты кнопки включения.
11. Тактовая кнопка.
12. Гнездо для щупов.
13. Контакты микрофона.

Далее припаять провода к контроллеру заряда и плате управления, затем поместить их внутрь корпуса и зафиксировать термоклеем. Закрыть коробочку крышкой и защёлкнуть её.

Затем скачать из плеймаркета приложение виртуального осциллографа и установить его на смартфон. Включить блютус модуль и синхронизировать его со смартфоном. Подключить щупы к осциллографу и открыть на телефоне его программную часть.

При касании щупами источника сигнала на экране Android-устройства появится кривая, показывающая уровень сигнала. Если она не появилась, значит, где-то была допущена ошибка.

Следует проверить правильность подключения и исправность внутренних компонентов. Если все в порядке, нужно попробовать запустить осциллограф снова.

Установка в корпус монитора

Этот вариант самодельного осциллографа легко устанавливается в корпус настольного ЖК монитора. Такое решение позволяет сэкономить немного места на вашем рабочем столе.

Для сборки понадобятся:

• Компьютерный ЖК монитор.
• DC-DC инвертор.
• Материнская плата от телефона или планшета с HDMI-выходом.
• USB разъём.
• Кусок HDMI кабеля.
• Провод сечением 0,1 мм².
• Тактовая кнопка.
• Резистор на 1 кОм.
• Двусторонний скотч.

Встроить своими руками в монитор осциллограф сможет каждый радиолюбитель. Для начала нужно снять с монитора заднюю крышку и найти место для установки материнской платы. После того как определились с местом, рядом с ним нужно вырезать в корпусе отверстия для кнопки и USB разъёма.

Далее выпаять HDMI разъёмы, установленные на плате и в мониторе. Припаять один конец кабеля к контактам на плате монитора. Делать это нужно согласно распиновке:

Второй конец кабеля нужно припаять к плате от планшета. Перед припаиванием каждой жилки прозванивать её мультиметром. Это поможет не перепутать порядок их подключения.

Далее нужно найти на плате монитора точки с постоянным напряжением в 5, 9, 12, 19 или 24 вольта. И припаять к ним провода.

Следующим шагом нужно выпаять с платы планшета кнопку включения и micro USB разъём. К тактовой кнопке и USB гнезду припаять провода и закрепить их в вырезанных отверстиях.

Затем соединить все провода так, как это показано на рисунке, и припаять их:

Поставить перемычку между контактами GND и ID в микро ЮСБ разъёме. Это нужно для перевода USB порта в режим OTG.

Далее необходимо впаять между минусовым и средним контактом батареи резистор. Без этой процедуры материнка не запустится без аккумулятора, а он в мониторе ни к чему.

Нужно приклеить инвертор и материнку от планшета на двусторонний скотч, после чего защёлкнуть крышку монитора.

Подключить к USB порту мышку и нажать кнопку включения. Пока устройство загружается, включить Bluetooth передатчик. Затем нужно синхронизировать его с приёмником. Можно открыть приложение осциллографа и убедиться в работоспособности собранного устройства.

Вместо монитора отлично подойдёт и старый ЖК телевизор, в котором нет Смарт ТВ. Начинка от планшета по своим возможностям превосходит многие Smart TV системы. Не стоит ограничивать её применение одним лишь осциллографом.

Изготовление из аудиокарты

Осциллограф, собранный из внешнего аудиоадаптера, обойдётся всего в 1,5-2 доллара и займёт минимум времени на своё изготовление. По размеру он получится не больше обычной флешки, а по функционалу не уступит своему большому собрату.

Необходимые детали:

• USB аудиоадаптер.
• Резистор на 120 кОм.
• Штекер mini Jack 3,5 мм.
• Измерительные щупы.

Нужно разобрать аудиоадаптер, для этого стоит поддеть и расщёлкнуть половинки корпуса.

Выпаять конденсатор C6 и припаять на его место резистор. Затем установить плату обратно в корпус и собрать его.

Следует отрезать от щупов стандартный штекер и припаять на его место мини-джек. Подключить щупы ко звуковому входу аудиоадаптера.

Затем нужно скачать соответствующий архив и распаковать его. Вставить карту в USB разъём.

Осталось самое простое: зайти в Диспетчер устройств и во вкладке «Аудио, игровые и видеоустройства» найти подключённый USB аудиоадаптер. Щёлкнуть по нему правой кнопкой мыши и выбрать пункт «Обновить драйвер».

Что делать дальше, показано на картинках:

Нужно указать путь к папке device из распакованного архива и нажать Enter:

После нажатия на «Далее» произойдёт установка драйверов из указанной папки. Если пропустить этот этап и оставить стандартные драйвера, осциллограф не заработает.

Затем переместить файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log из архива в отдельную папку. Запустить «miniscope.exe».

Перед использованием программу нужно настроить. Необходимые настройки показаны на скриншотах:

Если коснуться щупами источника сигнала, в окне осциллографа должна появиться кривая:

Таким образом, чтобы превратить аудиоадаптер в осциллограф, нужно приложить минимум усилий. Но стоит помнить, что погрешность такого осциллографа составляет 1-3%, чего явно недостаточно для работы со сложной электроникой. Он отлично подойдёт для начинающего радиолюбителя, а мастерам и инженерам стоит присмотреться к другим, более точным осциллографам.

Современная измерительная аппаратура давно срослась с цифровыми и процессорными средствами управления и обработки информации. Стрелочные указатели уже становятся нонсенсом даже в дешевых бытовых приборах. Аналитическое оборудование все чаще подключается к обычным ПК через специальные платы-адаптеры. Таким образом, используются интерфейсы и возможности программ приложений, которые можно модернизировать и наращивать без замены основных измерительных блоков, плюс вычислительная мощь настольного компьютера.

Кроме того, и расширение возможностей обычного компьютера возможно за счет разнообразных программно-аппаратных средств, — специальных плат расширения, содержащих измерительные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). И компьютер очень легко превращается в аналитический прибор, к примеру, — спектроанализатор, осциллограф, частотомер… , как и во многое другое. Подобные средства для модернизации компьютеров выпускаются многими фирмами. Однако цена и узконаправленная специфика не делают это оборудование распространенным в наших условиях.

Но зачем далеко ходить? Оказывается, простой ПК в своей конструкции уже содержит средства, которые с некоторыми ограничениями способны превратить его в тот же осциллограф, спектроанализатор, частотомер или генератор импульсов. Согласитесь, уже немало. К тому же делаются все эти превращения только с помощью специальных программ, которые к тому же совершенно бесплатны и каждый желающий может их скачать в Интернете.

Вы, наверное, зададитесь логичным вопросом — как же в измерениях можно обойтись без АЦП и ЦАП? Никак нельзя. Но ведь и то и другое присутствует почти в каждом компьютере, правда, называется по другому — звуковая карта. А чем не АЦП/ЦАП, скажите, пожалуйста? Это уже давно поняли те, кто написал для нее массу программ, не имеющих никакого отношения к воспроизведению музыки. Ведь обычная звуковая плата ПК способна воспринимать и преобразовывать сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму со входа LINE-IN или же с микрофона. Возможно и обратное преобразование, — на выход LINE-OUT (Speakers). Таким образом, вы можете работать с любым сигналом до 20 кГц, а то и выше, в зависимости от звуковой платы. Максимальный предел уровня входного напряжения 0,5-2 В тоже не составляет проблемы, — примитивный делитель напряжения на резисторах собирается и калибруется за 15 минут. Вот на таких-то нехитрых принципах и строятся программное обеспечение: осциллографы, осциллоскопы, спектроанализаторы, частотомеры и, наконец, генераторы импульсов всевозможной формы. Такие программы эмулируют на экране компьютера работу привычных для нас приборов, естественно со своей спецификой и в пределах частотного диапазона вашей звуковой платы.

Как это работает? Для пользователя все выглядит очень просто. Запускаем программу, в большинстве случаев такое ПО не нужно даже инсталлировать. На экране монитора появляется изображение осциллографа: с характерным для этих приборов экраном с координатной сеткой, тут же и панель управления с кнопками, движками и регуляторами, тоже часто копирующими вид и форму таковых с настоящих — аппаратных осциллографов. Кроме того, в программных осциллографах могут присутствовать дополнительные возможности, как, например, возможность сохранения исследуемого спектра в памяти, плавное и автоматическое масштабирование изображения сигнала и т.д. Но, конечно же, есть и свои недостатки.

Как подключиться к звуковой карте? Здесь нет ничего сложного — к гнезду LINE-IN, с помощью соответствующего штекера. Типичная звуковая плата имеет на панельке всего три гнезда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), соответственно линейный вход, микрофон, выход для колонок или наушников. Конструкция всех гнезд одинакова, соответственно и штекеры для всех идут одни и те же. Программа осциллограф будет работать и отображать спектр и в том случае если снимается звуковой сигнал с помощью микрофона, подключенного к своему входу. Более того, большинство программных осциллографов, спектроанализаторов и частотомеров нормально функционируют, если в это же время на выход звуковой платы LINE-OUT выводится какой-то другой сигнал с помощью другой программы, пусть даже музыка. Таким образом, на одном и том же компьютере можно задавать сигнал, скажем с помощью программы генератора, и тут же его контролировать осциллографом или анализатором спектра.

При подключении сигнала к звуковой плате следует соблюдать некоторые предосторожности, не допуская превышения амплитуды выше 2 В, что чревато последствиями, такими как выходом устройства из строя. Хотя для корректных измерений уровень сигнала должен быть гораздо ниже от максимально допустимого значения, что так же определяется типом звуковой карты. Например, при использовании популярной недорогой платы на чипе Yamaha 724 нормально воспринимается сигнал с амплитудой не выше 0,5 В, при превышении этого значения пики сигнала на осциллографе ПК выглядят обрезанными (рис.1). Поэтому для согласования подаваемого сигнала со входом звуковой карты потребуется собрать простой делитель напряжения (рис.2).

Довольно часто в последнее время вместо того, чтобы сделать, к примеру, осциллограф из компьютера, многие предпочитают просто купить цифровой USB-осциллоскоп. Однако, пройдясь по рынку, можно понять, что на самом деле стоимость бюджетных осциллографов начинается приблизительно от 250 долларов. А более серьезное оборудование и вовсе имеет цену в несколько раз больше.

Именно для тех людей, которых не устраивает такая стоимость, актуальнее сделать осциллограф из компьютера, тем более что он позволяет решить большое количество задач.

Что нужно использовать?

Одним из наиболее оптимальных вариантов является программа Osci, которая имеет интерфейс, схожий со стандартным осциллографом: на экране есть стандартная сетка, при помощи которой вы можете самостоятельно измерить длительность, или же амплитуду.

Из недостатков данной утилиты можно отметить то, что она работает несколько нестабильно. В процессе своей работы программа может иногда зависать, а для того, чтобы потом ее сбросить, нужно будет использовать специализированный Task Manager. Однако все это компенсируется тем, что утилита имеет привычный интерфейс, является достаточно удобной в использовании, а также отличается достаточно большим количеством функций, которые позволяют сделать полноценный осциллограф из компьютера.

На заметку

Сразу стоит отметить, что в комплекте этих программ есть специализированный генератор низкой частоты, однако его использование крайне не рекомендуется, так как он пытается полностью самостоятельно регулировать работу драйвера аудиокарты, что может спровоцировать необратимое отключение звука. Если вы будете пробовать его применять, позаботьтесь о том, чтобы у вас была собственная точка восстановления или возможность сделать бэкап операционной системы. Наиболее оптимальным вариантом того, как сделать из компьютера осциллограф своими руками, является скачивание нормального генератора, который находится в «Дополнительных материалах».

«Авангард»

«Авангард» – это отечественная утилита, которая не имеет стандартной и привычной всем измерительной сетки, а также отличается слишком большим экраном для снятия скриншотов, но при этом предоставляет возможность использовать встроенный вольтметр амплитудных значений, а также частотомер. Это позволяет частично компенсировать те минусы, которые были указаны выше.

Сделав такой осциллограф из компьютера своими руками, вы можете столкнуться со следующим: на малых уровнях сигнала как частотомер, так и вольтметр могут сильно искажать результаты, однако для начинающих радиолюбителей, которые не привыкли воспринимать эпюры в вольтах или же миллисекундах на деление, данная утилита будет вполне приемлемой. Другой же ее полезной функцией является то, что можно осуществлять полностью независимую калибровку двух уже имеющихся шкал встроенного вольтметра.

Как это будет использоваться?

Так как входные цепи аудиокарты имеют специализированный разделительный конденсатор, компьютер в качестве осциллографа может использоваться исключительно с закрытым входом. То есть на экране будет наблюдаться только переменная составляющая сигнала, однако, имея некоторую сноровку, при помощи этих утилит можно будет также провести измерение уровня постоянной составляющей. Это является довольно актуальным в том случае, если, например, время отсчета мультиметра не дает возможности зафиксировать определенное амплитудное значение напряжения на конденсаторе, который заряжается через крупный резистор.

Нижний предел напряжения ограничивается уровнем шума и фона и составляет приблизительно 1 мВ. Верхний предел имеет ограничения только по параметрам делителя и может достигать даже нескольких сотен вольт. Частотный диапазон непосредственно ограничивается возможностями самой аудиокарты и для бюджетных устройств составляет примерно от 0.1 Гц до 20 кГц.

Конечно, в данном случае рассматривается относительно примитивное устройство. Но если у вас нет возможности, к примеру, использовать USB-осциллограф (приставка к компьютеру), то в таком случае его применение вполне оптимально.

Такой прибор может помочь вам в ремонте различной аудиоаппаратуры, а также может быть использован исключительно в учебных целях, особенно если дополнить его виртуальным генератором НЧ. Помимо этого, программа-осциллограф для компьютера позволит вам сохранить эпюру для иллюстрации определенного материала или же с целью размещения в Интернете.

Электрическая схема

Если вам нужна приставка к компьютеру (осциллограф), то сделать его будет уже несколько сложнее. На данный момент в интернете можно найти достаточно большое количество различных схем таких устройств, и для постройки, к примеру, двухканального осциллографа вам нужно будет их продублировать. Использование второго канала часто является актуальным в том случае, если нужно сравнивать два сигнала или же приставка к компьютеру (осциллограф) будет использоваться также с подключением внешней синхронизации.

В преимущественном большинстве случаев схемы являются предельно простыми, однако таким образом вы сможете обеспечить самостоятельно довольно широкий диапазон доступных для измерения напряжений, используя при этом минимальное количество радиодеталей. При этом аттенюатор, который строится по классической схеме, потребовал бы от вас использования специализированных высокомегаомных резисторов, а его входное сопротивление постоянно изменялось бы в случае переключения диапазона. По этой причине вы бы испытывали определенные ограничения в использовании стандартных осциллографических кабелей, которые рассчитываются на входной импеданс не более 1 мОм.

Обеспечиваем безопасность

Для того чтобы линейный вход аудиокарты был защищен от возможности случайного попадания высокого напряжения, параллельно можно установить специализированные стабилитроны.

При помощи резисторов вы сможете ограничить ток стабилитронов. К примеру, если вы собираетесь использовать ваш компьютер-осциллограф (генератор) для измерения напряжения около 1000 Вольт, то в таком случае в качестве резистора можно будет задействовать два одноваттных или же один двухваттный резистор. Они между собой различаются не только по своей мощности, но еще и по тому, какое напряжение в них является предельно допустимым. Также стоит отметить тот факт, что в этом случае вам потребуется и конденсатор, максимально допустимое значение для которого составляет 1000 Вольт.

Внимание!

Нередко нужно изначально посмотреть переменную составляющую сравнительно небольшой амплитуды, которая при этом может отличаться довольно большой постоянной составляющей. В таком случае на экране осциллографа с закрытым входом может быть такая ситуация, когда вы не увидите ничего, кроме переменной составляющей напряжения.

Выбираем резисторы делителя напряжения

По той причине, что достаточно часто современные радиолюбители испытывают определенные трудности с тем, чтобы найти прецизионные резисторы, нередко случается так, что приходится использовать стандартные устройства широкого применения, которые нужно будет подогнать с максимальной точностью, так как сделать осциллограф из компьютера в противном случае не выйдет.

Высокоточные резисторы в преимущественном большинстве случаев стоят в несколько раз дороже по сравнению с обычными. При этом на сегодняшний день их чаще всего продают сразу по 100 штук, в связи с чем их приобретение не всегда можно назвать целесообразным.

Подстроечные

В данном случае каждое плечо делителя составляется из двух резисторов, один из которых является постоянным, в то время как второй – подстроечный. Недостатком такого варианта является его громоздкость, однако точность ограничивается только тем, какие доступные параметры имеет измерительное устройство.

Подбираем резисторы

Второй вариант сделать компьютер в роли осциллографа – это подобрать пары резисторов. Точность в данном случае обеспечивается за счет того, что используются пары резисторов из двух комплектов с достаточно большим разбросом. Здесь важно изначально сделать тщательное измерение всех устройств, а затем выбрать пары, сумма сопротивлений которых является наиболее соответствующей выполняемой вами схеме.

Стоит отметить, что именно этот способ использовался в промышленных масштабах для того, чтобы подгонять резисторы делителя для легендарного устройства «ТЛ-4». Перед тем как сделать осциллограф из компьютера своими руками, необходимо изучить возможные недостатки такого устройства. В первую очередь можно отметить трудоемкость, а также необходимость применения большого количества резисторов. Ведь чем более длинным будет список используемых вами устройств, тем более высокой будет конечная точность проводимых измерений.

Подгонка резисторов

Стоит отметить, что подгонка резисторов посредством удаления части пленки на сегодняшний день иногда используется даже в современной промышленности, то есть таким способом часто делается осциллограф из компьютера (USB или какой-нибудь другой).

Однако при этом сразу стоит отметить, что если вы собираетесь подгонять высокоомные резисторы, то в таком случае резистивная пленка ни в коем случае не должна быть прорезана насквозь. Все дело в том, что в таких устройствах она наносится на цилиндрическую поверхность в форме спирали, поэтому производить подпил нужно предельно осторожно, чтобы исключить возможность разрыва цепи.

Если вы делаете осциллограф из компьютера своими руками, то для того, чтобы провести подгонку резисторов в домашних условиях, нужно просто использовать самую простую наждачную бумагу «нулевку».

1. Первоначально у того резистора, у которого присутствует заведомо меньшее сопротивление, нужно удалить аккуратно защитный слой краски.
2. После этого следует подпаять резистор к концам, которые и будут подклеиваться к мультиметру. Путем выполнения осторожных движений наждачной бумагой показатели сопротивления резистора доводятся до нормального значения.
3. Теперь, когда резистор окончательно подогнан, место пропила нужно покрыть дополнительным слоем специализированного защитного лака или же клея.

На данный момент такой способ можно назвать наиболее простым и быстрым, но при этом он позволяет получить неплохие результаты, что и делает его оптимальным для проведения работ в домашних условиях.

Что нужно учитывать?

Есть несколько правил, которые нужно соблюдать в любом случае, если вы собираетесь проводить подобные работы:

• Используемый вами компьютер в обязательном порядке должен быть надежно заземлен.
• Ни в какой ситуации вы не должны совать в розетку земляной провод. Он соединяется через специализированный корпус разъема линейного входа с корпусом системного блока. В этом случае, вне зависимости от того, попадаете вы в ноль или же в фазу, у вас не произойдет короткого замыкания.

Другими словами, в розетку может втыкаться исключительно провод, соединяющийся с резистором, который располагается в схеме адаптера и имеет номинал 1 мегом. Если же вы пытаетесь включить в сеть кабель, который соединяется с корпусом, то практически во всех случаях это приводит к самым неприятным последствиям.

Если вами будет использоваться осциллограф «Авангард», то в таком случае в процессе калибровки вам следует выбрать шкалу вольтметра «12.5». После того как вы увидите напряжение сети на вашем экране, в окошко калибровки нужно буде ввести значение 311. При этом стоит отметить, что вольтметр после этого должен показать вам результат в виде 311 мВ или же приближенное к нему.

Помимо всего прочего, не стоит забывать, что форма напряжения в современных электросетях отличается от синусоидальной, так как на сегодняшний день электроприборы выпускаются с импульсными блоками питания. Именно по этой причине вам нужно будет ориентироваться не просто на видимую кривую, но и на ее синусоидальное продолжение.

Схемы частотомеров, самодельные измерители частоты

Высокочастотная приставка к низкочастотному частотомеру

Частотомеры, сделанные на основе микросхем К561 (CD40) или микроконтроллеров обычно предназначены для измерения частоты не более 1 Мгц. А частотомеры в составе мультиметров DT9206A всего до 20 кГц. Программные частотомеры, использующие в качестве входа звуковую карту компьютера — до 40 кГц. Но …

0 996 0

Простой частотомер на 5МГц (ATtiny2313, DV-162)

Схема самодельного частотомера без входного узла, выполненный на микроконтроллере AT-tiny2313 и жидкокристаллическом дисплее DV-162. Схема с минимальным набором навесных элементов. Модуль предназначен для встраивания в лабораторные генераторы, а так же для построения на его основе частотомера …

2 2376 1

Схема частотомера на 1Гц — 10МГц (CD4060, CD4017, CD4001, HCF4026BEY)

Принципиальная схема простого частотомера, построенного на микросхемах HCF4026BEY, диапазон измеряемых частот от 1Гц до 10МГц. Сейчас радиолюбителям стала доступна зарубежная элементная база, а, подчас, она бывает даже доступнее отечественной. Вот пример, — искал счетчики К176ИЕ4 чтобы сделать …

2 4003 0

Цифровой индикатор частоты, частотомер 1Гц-10кГц (К176ИЕ12, К176ТМ2, К176ИЕ4)

Действие цифрового частотомера основано на измерении числа входных импульсов в течение образцового интервала времени в 1 секунду. Исследуемый сигнал подают на вход формирователя импульсов, который собран на транзисторе VT1 и элементе DD3.1, который вырабатывает электрические колебания прямоугольной …

5 5312 0

Схема частотомера на 1Гц-100КГц (CD4001, CD4026, CD4040)

Не сложная схема самодельного пятиразрядного частотомера с пределами измерений от 1Гц до 99999Гц, выполнен на микросхемах CD4001, CD4026, CD4040. Принципиальная схема пятиразрядного частотомера 1Гц до 99999Гц (CD4001, CD4026, CD4040). Это простой частотомер для измерения частоты …

2 5597 7

Схема широкополосного делителя частоты, приставка к мультиметру (5Гц-20МГц)

Принципиальная схема самодельной приставки к мультиметру для измерения частоты в пределах 5Гц-20МГц. В некоторых цифровых мультиметрах, например, MY64, MY68, М320, M266F имеется встроенная функция измерения частоты, благодаря чему мультиметр может использоваться как цифровой частотомер …

0 5829 0

Схема самодельного частотомера 0-100 кГц (4060, 4017, 4026)

Этот частотомер может работать и как самостоятельное устройство, так и всоставе генератора ЗЧ в качестве его цифровой шкалы. Частотомер предназначен для измерения частоты в пределах до 100 кГц. (0-99999 Гц). Схема состоит из входного усилителя на транзисторе VТ1, измерительного счетчика …

2 6022 0

Схема простого самодельного НЧ частотомера (до 10 КГц)

Частотомер, схема которого приведена ниже, может быть использован в качестве цифровой шкалы для какого-то устройства, к примеру для лабораторного генератора звуковой частоты (ЗЧ). Он измеряет частоту от 1 до 99999 Гц. Входное напряжение сигнала должно быть не ниже 0,5-0,6V. Но, при использовании …

0 4772 0

Простой самодельный цифровой частотомер до 10МГц (CD4060, 74C926, 74LS28)

Микросхема ММ74С926 (или другие аналоги 74C926 представляет собой десятичный четырехразрядный счетчик, объединенный с системой индикации из дешифратора в код для семисегментного индикатора и схемы опроса для динамической индикации. На основе этой микросхемы можно строить различные приборы, в том …

0 5936 0

Схема частотомера на цифровых микросхемах (до 1МГц)

Частотомеры, построенные по «медленной» схеме популярны среди радиолюбителей потому, что их схема проще и не требует применения регистров или триггеров для запоминая данных предыдущего измерения. Но, недостаток таких частотомеров вих медленности. Многоразрядный частотомер без переключателя …

1 6202 0

Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

Как компьютер использовать как осциллограф

Приобретение дорогостоящего осциллографа может быть неподъемной задачей для начинающего радиолюбителя. Различные приставки к компьютеру и соответствующие программы позволяют заменить устройство и сделать осциллограф из своего компьютера. Кроме экономии средств, появляется возможность сохранить данные измеряемого сигнала на компьютере, и автоматизировать вычисления параметров.

Программы, эмулирующие работу осциллографа

Обработкой сигналов, поступающих на вход компьютера или ноутбука занимаются виртуальные осциллографы. Эти программы имеют интерфейс, схожий с экраном реального осциллографа. Часть приложений предназначена для работы с устройствами на основе звуковых карт, другие взаимодействуют с USB-осциллоскопами.

Программы, работающие через аудиовхода:

1. Digital Oscilloscope;
2. SoundCard Oszilloscope;
3. Российская разработка «Авангард».

Софт для USB-осциллографов:

1. Aktakom OscilloscopePro.
2. Simplescope.

Все виртуальные приборы являются двухканальными, снабжены генераторами частот, анализаторами. Проведенные измерения и осциллограммы можно сохранять на ПК. Обычно их не нужно инсталлировать. После распаковки архива и запуска программы появляется интерфейс реального осциллографа с регуляторами настроек.

Методы работы

Компьютер — цифровое устройство, поэтому для измерения аналогового параметра необходимо перевести сигнал в дискретный вид. Для этого используется АЦП — аналогово-цифровой преобразователь. Для вывода данных применяют ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь.

Звуковая карта компьютера дискретизирует входящие аналоговые сигналы, подключаемые к входам LINE IN и MIC.

Поэтому аудиоплату можно использовать в качестве АЦП для подачи на компьютер или ноутбук измеряемого сигнала. Так как человек слышит звук в диапазоне 4Гц- 20кГц, то соответственно и аудиокарта работает в низкочастотном спектре. Полученный осциллограф также будет работать в указанном диапазоне.

Еще одним недостатком в работе «звукового» осциллоскопа является ограничение по напряжению, подаваемому на вход. Оно должно быть в пределах 0,5 В для входа MIC и до 2 В для LINE IN. Подключение сигнала амплитудой более 2В выведет из строя звуковую карту или компьютер.

Из-за конструкционных особенностей аудиокарты — наличие разделительного конденсатора на входе, постоянная составляющая электрического тока не будет показана на осциллографе. Но, используя приложение, можно ее измерить. Подавать сигнал лучше на вход LINE IN, так как он имеет наименьший уровень шумов. Минимальный уровень сигнала, который можно измерить — около 1мВ.

Использование таких осциллоскопов ограничено по частоте. Ими можно снимать показания с усилителей, магнитофонов, различных звуковых девайсов, а также микросхем, работающих на частотах до 20 кГц.

На высоких частотах применяется USB-осциллографы, имеющие больше возможностей. Минусом таких устройств является высокая цена.

Конструкция и применение

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

1. Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
2. Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
3. Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Схема и сборка устройства

Существует много схем для изготовления цифрового USB-осциллографа своими руками. Не все доступны для неопытного радиолюбителя. Наиболее легким является сборка устройств на основе звуковой карты, так как здесь нужно собрать только делитель для увеличения порога входящего напряжения.

Подключение через USB

USB-осциллограф сложный в изготовлении своими руками, но высокоточный прибор с большим диапазоном по частоте. Детали для него можно приобрести в магазине или заказать через интернет. Список запчастей следующий:

• двусторонняя плата с готовыми дорожками;
• АЦП AD9288−40BRSZ;
• система собирается на процессоре марки CY7C68013A;
• резисторы, трансформаторы, конденсаторы, дроссели — номиналы указаны на схеме;
• паяльник и монтажный фен, паяльная паста, флюс и припой;
• провод с площадью сечения 0,1 мм 2 и лаковым покрытием;
• тороидальный сердечник для изготовления трансформатора;
• чип памяти EEPROM flash 24LC64;
• реле с управляющим напряжением не более 3,3 В;
• операционные усилители AD8065;
• преобразователь постоянного тока DC-DC;
• USB коннектор;
• стеклотекстолит;
• разъемы для щупов, корпус для платы.

Схема устройства приведена ниже.

Так как используется двусторонний монтаж, то самостоятельно плату с дорожками изготовить не получится. Надо обратиться к производственному объединению, выпускающему подобные изделия, и сделать заказ со следующими условиями:

• стеклотекстолит, на котором будет размечена схема, должен иметь толщину не менее 1,5 мм;
• толщина медных дорожек не менее 1 унции (OZ) или 35 мкм;
• сквозная металлизация отверстий;
• лужение контактных площадок для лучшего припаивания элементов.

Получив заказ, можно приступать к сборке. Вначале собирается конвертер DC-DC, для получения двух постоянных напряжений: +5 В и -5 В. Изготавливается он отдельно от основного устройства, а затем подсоединяется экранированным кабелем.

Далее аккуратно припаять элементы схемы. Особенно быть осторожным при пайке микросхем, не допускать увеличения температуры паяльника выше 300°С.

Разместив изготовленное устройство в корпусе, подключить его к компьютеру через USB разъем. После этого перемкнуть перемычку JP1.

Использование аудиокарты

Осциллограф из внешней звуковой карты — малобюджетный и простой в изготовлении осциллоскоп к компьютеру или ноутбуку. Более всего подойдет начинающим радиолюбителям. Можно использовать как внешнее, так и внутреннее звуковое устройство.

Входное напряжение для внутренней звуковой карты компьютера не должно превышать 0,5-2 В. Чтобы измерить сигнал с амплитудой более 2 В, необходимо подать его на компьютер через делитель напряжения. Собирается аттенюатор по следующей схеме.

Подаваемое напряжение уменьшается в 100, 10 или 1 раз, в зависимости от величины. Для этого щупы вставляются в соответствующие разъемы. Точная настройка происходит через подстроечный резистор. Диоды предохраняют от случайной подачи напряжения более 2 В.

Конструкцию разместить в металлической коробке для устранения возможных наводок. Провод, подключаемый к звуковой карте, должен быть коротким с медной оплеткой. Для создания второго канала необходимо продублировать устройство. Если на карте есть несколько входов, то выбрать с наименьшим внутренним сопротивлением.

Ниже рассматривается схема с использованием внешней USB звуковой карты стоимостью около 2 долларов.

Кроме адаптера понадобятся:

• сопротивление на 120 кОм:
• коннектор mini Jake;
• щупы для измерений.

После приобретения всех запчастей проделать следующие шаги:

1. Вскрыть аккуратно адаптер, так, чтобы не сломать защелки. Внутри будет небольшая плата.
2. Снять конденсатор C6 и поставить на его место сопротивление на 120 кОм.
3. Припаять к щупам коннекторы mini Jack вместо оригинальных и вставить их в адаптер.
4. Скачатьархив с драйверами устройства и распаковать его в папку. Вставить гаджет в компьютер.
5. Компьютер запросит драйвера на новое устройство.
6. Установить их, указав путь к папке.
7. Нажать на кнопку «Далее» для установки драйверов.

Перед использованием осциллограф необходимо настроить.

Настройка изделий

После сборки USB-осциллографа, на последнем этапе нужно прошить чип памяти EEPROM flash 24LC64. Для этого:

1. Скачать и установить на компьютер приложение Cypress Suite.
2. Запустить программу и перейти в меню EZ Console.
3. Нажать на надпись «LG EEPROM».
4. Появится окно с файлом прошивки. Выбрать его и запустить клавишей Enter.
5. Если появилась ошибка «Error», запустить операцию прошивки снова.
6. После успешного окончания процесса должна появиться надпись «Done». Осциллограф готов к работе.

Перед запуском осциллоскопа на основе внешнего аудиоадаптера проделать следующие действия:

1. Сохранить файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log из скачанного архива в отдельной папке. Открыть miniscope.exe.
2. После запуска программы, зайти в настройки и произвести действия, показанные на рисунках.

Устройство готово к работе.

Калибровка необходима устройству, работающему через аттенюатор и внутреннюю звуковую карту. Для этого подать на гаджет сигнал с известными амплитудой и частотой. Добившись устойчивой развертки, включить измерительную сетку. Согласовывая действия подстроечного резистора с регулировками на панели управления, привести значения сетки к исходным величинам.

Если не получится корректно отобразить значения, то можно отъюстировать сетку при помощи регулировок звука на компьютере. Открыть для этого регулятор громкости, расположенный на панели задач и, двигая ползунок, получить нужный уровень сигнала.

Готовые изделия перед включением обязательно заземлить. Соблюдать осторожность при подаче сигнала на порт звукового адаптера.

Современная измерительная аппаратура давно срослась с цифровыми и процессорными средствами управления и обработки информации. Стрелочные указатели уже становятся нонсенсом даже в дешевых бытовых приборах. Аналитическое оборудование все чаще подключается к обычным ПК через специальные платы-адаптеры. Таким образом, используются интерфейсы и возможности программ приложений, которые можно модернизировать и наращивать без замены основных измерительных блоков, плюс вычислительная мощь настольного компьютера.

Кроме того, и расширение возможностей обычного компьютера возможно за счет разнообразных программно-аппаратных средств, — специальных плат расширения, содержащих измерительные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). И компьютер очень легко превращается в аналитический прибор, к примеру, — спектроанализатор, осциллограф, частотомер… , как и во многое другое. Подобные средства для модернизации компьютеров выпускаются многими фирмами. Однако цена и узконаправленная специфика не делают это оборудование распространенным в наших условиях.

Но зачем далеко ходить? Оказывается, простой ПК в своей конструкции уже содержит средства, которые с некоторыми ограничениями способны превратить его в тот же осциллограф, спектроанализатор, частотомер или генератор импульсов. Согласитесь, уже немало. К тому же делаются все эти превращения только с помощью специальных программ, которые к тому же совершенно бесплатны и каждый желающий может их скачать в Интернете.

Вы, наверное, зададитесь логичным вопросом — как же в измерениях можно обойтись без АЦП и ЦАП? Никак нельзя. Но ведь и то и другое присутствует почти в каждом компьютере, правда, называется по другому — звуковая карта. А чем не АЦП/ЦАП, скажите, пожалуйста? Это уже давно поняли те, кто написал для нее массу программ, не имеющих никакого отношения к воспроизведению музыки. Ведь обычная звуковая плата ПК способна воспринимать и преобразовывать сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму со входа LINE-IN или же с микрофона. Возможно и обратное преобразование, — на выход LINE-OUT (Speakers). Таким образом, вы можете работать с любым сигналом до 20 кГц, а то и выше, в зависимости от звуковой платы. Максимальный предел уровня входного напряжения 0,5-2 В тоже не составляет проблемы, — примитивный делитель напряжения на резисторах собирается и калибруется за 15 минут. Вот на таких-то нехитрых принципах и строятся программное обеспечение: осциллографы, осциллоскопы, спектроанализаторы, частотомеры и, наконец, генераторы импульсов всевозможной формы. Такие программы эмулируют на экране компьютера работу привычных для нас приборов, естественно со своей спецификой и в пределах частотного диапазона вашей звуковой платы.

Как это работает? Для пользователя все выглядит очень просто. Запускаем программу, в большинстве случаев такое ПО не нужно даже инсталлировать. На экране монитора появляется изображение осциллографа: с характерным для этих приборов экраном с координатной сеткой, тут же и панель управления с кнопками, движками и регуляторами, тоже часто копирующими вид и форму таковых с настоящих — аппаратных осциллографов. Кроме того, в программных осциллографах могут присутствовать дополнительные возможности, как, например, возможность сохранения исследуемого спектра в памяти, плавное и автоматическое масштабирование изображения сигнала и т.д. Но, конечно же, есть и свои недостатки.

Как подключиться к звуковой карте? Здесь нет ничего сложного — к гнезду LINE-IN, с помощью соответствующего штекера. Типичная звуковая плата имеет на панельке всего три гнезда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), соответственно линейный вход, микрофон, выход для колонок или наушников. Конструкция всех гнезд одинакова, соответственно и штекеры для всех идут одни и те же. Программа осциллограф будет работать и отображать спектр и в том случае если снимается звуковой сигнал с помощью микрофона, подключенного к своему входу. Более того, большинство программных осциллографов, спектроанализаторов и частотомеров нормально функционируют, если в это же время на выход звуковой платы LINE-OUT выводится какой-то другой сигнал с помощью другой программы, пусть даже музыка. Таким образом, на одном и том же компьютере можно задавать сигнал, скажем с помощью программы генератора, и тут же его контролировать осциллографом или анализатором спектра.

При подключении сигнала к звуковой плате следует соблюдать некоторые предосторожности, не допуская превышения амплитуды выше 2 В, что чревато последствиями, такими как выходом устройства из строя. Хотя для корректных измерений уровень сигнала должен быть гораздо ниже от максимально допустимого значения, что так же определяется типом звуковой карты. Например, при использовании популярной недорогой платы на чипе Yamaha 724 нормально воспринимается сигнал с амплитудой не выше 0,5 В, при превышении этого значения пики сигнала на осциллографе ПК выглядят обрезанными (рис.1). Поэтому для согласования подаваемого сигнала со входом звуковой карты потребуется собрать простой делитель напряжения (рис.2).

Приобретение дорогостоящего осциллографа может быть неподъемной задачей для начинающего радиолюбителя. Различные приставки к компьютеру и соответствующие программы позволяют заменить устройство и сделать осциллограф из своего компьютера. Кроме экономии средств, появляется возможность сохранить данные измеряемого сигнала на компьютере, и автоматизировать вычисления параметров.

Программы, эмулирующие работу осциллографа

Обработкой сигналов, поступающих на вход компьютера или ноутбука занимаются виртуальные осциллографы. Эти программы имеют интерфейс, схожий с экраном реального осциллографа. Часть приложений предназначена для работы с устройствами на основе звуковых карт, другие взаимодействуют с USB-осциллоскопами.

Программы, работающие через аудиовхода:

1. Digital Oscilloscope;
2. SoundCard Oszilloscope;
3. Российская разработка «Авангард».

Софт для USB-осциллографов:

1. Aktakom OscilloscopePro.
2. Simplescope.

Все виртуальные приборы являются двухканальными, снабжены генераторами частот, анализаторами. Проведенные измерения и осциллограммы можно сохранять на ПК. Обычно их не нужно инсталлировать. После распаковки архива и запуска программы появляется интерфейс реального осциллографа с регуляторами настроек.

Методы работы

Компьютер — цифровое устройство, поэтому для измерения аналогового параметра необходимо перевести сигнал в дискретный вид. Для этого используется АЦП — аналогово-цифровой преобразователь. Для вывода данных применяют ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь.

Звуковая карта компьютера дискретизирует входящие аналоговые сигналы, подключаемые к входам LINE IN и MIC.

Поэтому аудиоплату можно использовать в качестве АЦП для подачи на компьютер или ноутбук измеряемого сигнала. Так как человек слышит звук в диапазоне 4Гц- 20кГц, то соответственно и аудиокарта работает в низкочастотном спектре. Полученный осциллограф также будет работать в указанном диапазоне.

Еще одним недостатком в работе «звукового» осциллоскопа является ограничение по напряжению, подаваемому на вход. Оно должно быть в пределах 0,5 В для входа MIC и до 2 В для LINE IN. Подключение сигнала амплитудой более 2В выведет из строя звуковую карту или компьютер.

Из-за конструкционных особенностей аудиокарты — наличие разделительного конденсатора на входе, постоянная составляющая электрического тока не будет показана на осциллографе. Но, используя приложение, можно ее измерить. Подавать сигнал лучше на вход LINE IN, так как он имеет наименьший уровень шумов. Минимальный уровень сигнала, который можно измерить — около 1мВ.

Использование таких осциллоскопов ограничено по частоте. Ими можно снимать показания с усилителей, магнитофонов, различных звуковых девайсов, а также микросхем, работающих на частотах до 20 кГц.

На высоких частотах применяется USB-осциллографы, имеющие больше возможностей. Минусом таких устройств является высокая цена.

Конструкция и применение

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

1. Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
2. Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
3. Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Схема и сборка устройства

Существует много схем для изготовления цифрового USB-осциллографа своими руками. Не все доступны для неопытного радиолюбителя. Наиболее легким является сборка устройств на основе звуковой карты, так как здесь нужно собрать только делитель для увеличения порога входящего напряжения.

Подключение через USB

USB-осциллограф сложный в изготовлении своими руками, но высокоточный прибор с большим диапазоном по частоте. Детали для него можно приобрести в магазине или заказать через интернет. Список запчастей следующий:

• двусторонняя плата с готовыми дорожками;
• АЦП AD9288−40BRSZ;
• система собирается на процессоре марки CY7C68013A;
• резисторы, трансформаторы, конденсаторы, дроссели — номиналы указаны на схеме;
• паяльник и монтажный фен, паяльная паста, флюс и припой;
• провод с площадью сечения 0,1 мм 2 и лаковым покрытием;
• тороидальный сердечник для изготовления трансформатора;
• чип памяти EEPROM flash 24LC64;
• реле с управляющим напряжением не более 3,3 В;
• операционные усилители AD8065;
• преобразователь постоянного тока DC-DC;
• USB коннектор;
• стеклотекстолит;
• разъемы для щупов, корпус для платы.

Схема устройства приведена ниже.

Так как используется двусторонний монтаж, то самостоятельно плату с дорожками изготовить не получится. Надо обратиться к производственному объединению, выпускающему подобные изделия, и сделать заказ со следующими условиями:

• стеклотекстолит, на котором будет размечена схема, должен иметь толщину не менее 1,5 мм;
• толщина медных дорожек не менее 1 унции (OZ) или 35 мкм;
• сквозная металлизация отверстий;
• лужение контактных площадок для лучшего припаивания элементов.

Получив заказ, можно приступать к сборке. Вначале собирается конвертер DC-DC, для получения двух постоянных напряжений: +5 В и -5 В. Изготавливается он отдельно от основного устройства, а затем подсоединяется экранированным кабелем.

Далее аккуратно припаять элементы схемы. Особенно быть осторожным при пайке микросхем, не допускать увеличения температуры паяльника выше 300°С.

Разместив изготовленное устройство в корпусе, подключить его к компьютеру через USB разъем. После этого перемкнуть перемычку JP1.

Использование аудиокарты

Осциллограф из внешней звуковой карты — малобюджетный и простой в изготовлении осциллоскоп к компьютеру или ноутбуку. Более всего подойдет начинающим радиолюбителям. Можно использовать как внешнее, так и внутреннее звуковое устройство.

Входное напряжение для внутренней звуковой карты компьютера не должно превышать 0,5-2 В. Чтобы измерить сигнал с амплитудой более 2 В, необходимо подать его на компьютер через делитель напряжения. Собирается аттенюатор по следующей схеме.

Подаваемое напряжение уменьшается в 100, 10 или 1 раз, в зависимости от величины. Для этого щупы вставляются в соответствующие разъемы. Точная настройка происходит через подстроечный резистор. Диоды предохраняют от случайной подачи напряжения более 2 В.

Конструкцию разместить в металлической коробке для устранения возможных наводок. Провод, подключаемый к звуковой карте, должен быть коротким с медной оплеткой. Для создания второго канала необходимо продублировать устройство. Если на карте есть несколько входов, то выбрать с наименьшим внутренним сопротивлением.

Ниже рассматривается схема с использованием внешней USB звуковой карты стоимостью около 2 долларов.

Кроме адаптера понадобятся:

• сопротивление на 120 кОм:
• коннектор mini Jake;
• щупы для измерений.

После приобретения всех запчастей проделать следующие шаги:

1. Вскрыть аккуратно адаптер, так, чтобы не сломать защелки. Внутри будет небольшая плата.
2. Снять конденсатор C6 и поставить на его место сопротивление на 120 кОм.
3. Припаять к щупам коннекторы mini Jack вместо оригинальных и вставить их в адаптер.
4. Скачатьархив с драйверами устройства и распаковать его в папку. Вставить гаджет в компьютер.
5. Компьютер запросит драйвера на новое устройство.
6. Установить их, указав путь к папке.
7. Нажать на кнопку «Далее» для установки драйверов.

Перед использованием осциллограф необходимо настроить.

Настройка изделий

После сборки USB-осциллографа, на последнем этапе нужно прошить чип памяти EEPROM flash 24LC64. Для этого:

1. Скачать и установить на компьютер приложение Cypress Suite.
2. Запустить программу и перейти в меню EZ Console.
3. Нажать на надпись «LG EEPROM».
4. Появится окно с файлом прошивки. Выбрать его и запустить клавишей Enter.
5. Если появилась ошибка «Error», запустить операцию прошивки снова.
6. После успешного окончания процесса должна появиться надпись «Done». Осциллограф готов к работе.

Перед запуском осциллоскопа на основе внешнего аудиоадаптера проделать следующие действия:

1. Сохранить файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log из скачанного архива в отдельной папке. Открыть miniscope.exe.
2. После запуска программы, зайти в настройки и произвести действия, показанные на рисунках.

Устройство готово к работе.

Калибровка необходима устройству, работающему через аттенюатор и внутреннюю звуковую карту. Для этого подать на гаджет сигнал с известными амплитудой и частотой. Добившись устойчивой развертки, включить измерительную сетку. Согласовывая действия подстроечного резистора с регулировками на панели управления, привести значения сетки к исходным величинам.

Если не получится корректно отобразить значения, то можно отъюстировать сетку при помощи регулировок звука на компьютере. Открыть для этого регулятор громкости, расположенный на панели задач и, двигая ползунок, получить нужный уровень сигнала.

Готовые изделия перед включением обязательно заземлить. Соблюдать осторожность при подаче сигнала на порт звукового адаптера.

Виртуальные устройства на базе звуковой системы компьютера

На базе аудио устройств компьютера, создаются виртуальные измерительные устройства. Такие как виртуальный частотомер, вирутальный осциллограф, виртуальный спектрометр. Устройства подключаются к микрофонному или линейному входу звуковой карты, измерение сигнала осуществляется микросхемой АЦП. Частота (ширина) сигнала зависит от частоты дискретизации аудиокарты, чаще всего 22кГц. Было рассмотрено нескольких программ инструментов Frequency Counter 1.01, Simple Audio Spectrum Analyzer, Music Tuner v1.2 и OSZI v1.0

Рис. 1. Микрофон с поддержкой High Definition Audio

В настройках после «включения» устанавливаются для микрофонного или линейного входа уровни усиления входного сигнала: сначала минимальные значения, далее увеличивая уровни добиваться оптимальных значении. Сильное усиление сигнала вызывает искажения и перегрузку. Разрядность и частоты дискретизации необходимо выбрать максимально возможные. В моем случае разрядность 16 бит, частота дискретизации 96000Гц рис. 1 т.е. на канал приходится максимальная частота 48кГц. Для согласования уровней входного сигнала нужен небольшой адаптер на рис. 2. Адаптер фильтрует и сглаживает принимаемый сигнал. На аудио джек 3,5мм контакт 1, подается измеряемый сигнал. Необходимо контролировать напряжение входного сигнала — безопасным для данного адаптера входное напряжение до 9В, оптимальный диапазон от 1 до 2.5В. Для высокого напряжения требуется разработка иной схемы адаптера, «трансформаторные» варианты. Схема гальванически не развязана, поэтому соблюдайте полярность, минус к минусу, плюс к стороне с конденсатором.

Рис. 2. Схема адаптера для вирутального: частотомера; осциллографа; спектрометра

Виртуальные устройства

Frequency Counter 1.01 100кб. Программа для измерения частоты рис. 3.
Работает сразу, позволяет призводить измерение без настроек. Отображается частота максимального по амплитуде сигнала. Слабые сигналы не учитываются.

Рис. 3. Вирутальный частотомер Frequency Counter 1.01

Самой удобной программой имхо является Simple Audio Spectrum Analyzer 150кб — спектральный анализатор.
Диапазон измеряемого спектра от 0 до 22кГц. Измерение осуществляется после включения кнопки «Start». Градурированая шкала спектра (частота и амплитуда сигнала) регулируемая.

Рис. 4. Виртуальный спектрометр Simple Audio Spectrum Analyzer

Можно подробно рассмотреть кол-во сигналов. К примеру произведено измерение генератора на микросхеме К155ЛА3. Видна основная частота, а также её гармоники. Легко определимы количество, частота всех сигналов и их амплитуда рис. 5.

Рис. 5. Спектр сигнала

Music Tuner v1.2 144кб- анализатор аудиосигнала рис. 6. Не указал при измерении точных данных по частоте, но осциллограф отобразил график сигнала.

Рис. 6. виртуальный частотомер и осциллограф Music Tuner v1.2

OSZI v1.0 780кб — виртуальный осциллограф. Довольно шустрая программа, но часто зависает на ОС Windows VISTA.

Рис. 7. Виртуальный осциллограф OSZI v1.0

Есть возможность выбора входного устройства — либо микрофон, либо линейный вход. Осциллограф двухканальный. Настройки каждого канала индивидуальные. Частоту сигнала можно определить с помощью мышки установив контрольные точки на пики 2-х соседних сигналов.

Рис. 8. График измерения сигнала OSZI v1.0

 

Есть также множество других программ. Например генераторы сигналов Discrete Acoustics Lab 392кб.

В целом на базе ПК любой сможет создать свои виртуальные инструменты. Единственное ограничение таких устройств — низкая частота дискретизации звуковой карты, из-за которых цифровые измерения заканчиваются на частотах 48кГц. Имхо для любого радиолюбителя в простых задачах пригодятся такие виртуальные помощники.

 

2009. Art!P

ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР СВОИМИ РУКАМИ

Предлагаемый для самостоятельной сборки частотомер сравнительно низкочастотный, тем не менее позволяет измерять частоты до нескольких мегагерц. Разрядность измерителя частот зависит от количества установленных цифровых индикаторов. Чувствительность входа — не хуже 0,1V, максимальное входное напряжение, которое он может выдерживать без повреждения — порядка 100V. Время индикации и время измерения чередуются, длительность одного цикла — 1 сек. измерение и 1 сек. — индикация. Собран он по классической схеме, с генератором частоты 1 Гц на специализированных микросхемах-счётчиках, применяемых в частности в схемах цифровых часов:

На К176ИЕ5 собран «секундный» генератор по типовой схеме, с кварцевым «часовым» резонатором 16,384 Гц. Конденсатор С2 — подстроечный, позволяет в некоторых пределах подстраивать частоту с необходимой точностью. Резистор R1 подбирается при настройке по наиболее устойчивому запуску и генерации схемы. Цепь С3 VD1 R2 формирует короткий импульс «сброса» всей схемы в начале каждого секундного периода счёта.

Транзистор VT2 работает как ключ: когда на его коллектор поступает постоянное напряжение питания от схемы «счёта» (уровень логической «1») — он пропускает импульсы от входного формирователя, которые затем поступают на десятичные счетчики и цифровые светодиодные индикаторы. Когда же на его коллекторе появляется уровень логического «0» — коэффициент усиления транзистора резко снижается и счёт входных импульсов прекращается. Эти циклы повторяются каждую 1 сек.

Вместо К176ИЕ5 можно применить также аналогичную по функциям микросхему К176ИЕ12:

В обоих случаях используется часовой кварц на частоту 16 348 Гц (такие часто применяются, например, в «китайских» электронных часах разных размеров и видов). Но можно поставить и отечественный кварц на 32768 Гц, тогда необходимо понизить частоту в два раза. Для этого можно использовать типовую схему «делителя на 2» на триггере К561ТМ2 (имеет два триггера в корпусе). Например, как показано на рисунке выше (обведено пунктиром). Таким образом на выходе получим необходимую нам частоту (секундные импульсы).
 
К коллектору транзистора-ключа (КТ315 на первой схеме) подключается узел счёта и индикации на микросхемах — десятичных счётчиках-дешифраторах и цифровых светодиодных индикаторах:

Вместо индикаторов АЛС333Б1 можно без каких-то изменений в схеме использовать АЛС321Б1 или АЛС324Б1. Или любые другие подходящие индикаторы, но с соблюдением их цоколёвки. Цоколёвку можно определить по справочной литературе или же просто «прозвонить» индикатор «батарейкой» на 9V с последовательно включенным резистором 1 кОм (по засвечиванию). Количество микросхем-дешифраторов и индикаторов может быть любым, в зависимости от общей необходимой разрядности счётчика (количества цифр в показаниях).

В данном случае были использованы три имеющихся в наличии малогабаритных знакосинтезирующих индикатора типа К490ИП1 — индикаторы управляемые цифровые, красного цвета свечения, предназначенные для применения в радиоэлектронной аппаратуре. Схема управления выполнена по КМОП технологии. Индикаторы имеют 7 сегментов и децимальную точку, позволяют воспроизвести любую цифру от 0 до 9 и децимальную точку. Высота знака 2,5 мм):

Данные индикаторы удобны тем, что имеют в своём составе не только сам индикатор, но и счётчик-дешифратор, что позволяет значительно упростить схему и сделать её очень малогабаритной. Ниже приведена схема счёта-индикации на таких микросхемах: 

Как видно из схемы, эти МС требуют два отдельных питания — для самих светодиодных индикаторов и для схемы счётчиков-дешифраторов. Однако напряжения питания обоих «частей» МС одинаковы, поэтому и запитать их можно от одного источника. Но от напряжения питания «индикатора» (выводы 1) зависит яркость свечения «цифр», а величина напряжения питания схемы дешифраторов (выводы 5) оказывает некоторое влияние на чувствительность и стабильность работы этих МС в целом. Поэтому при настройке эти напряжения следует подбирать экспериментально (при питании от 9 вольт можно использовать дополнительные «гасящие» резисторы, чтобы несколько понизить напряжение). При этом следует обязательно зашунтировать все выводы питания микросхем конденсаторами ёмкостью 0,1-0,3 мкФ.

Для гашения «точек» на индикаторах следует отключить напряжение +5…9 V от выводов 9 индикаторов. Светодиод HL1 — это индикатор «переполнения» счётчика. Он загорается при достижении счёта цифры 1000 и в данном случае (при наличии трёх МС-индикаторов как на этой схеме) соответственно показывает количество единиц килогерц — в данном варианте счётчик в целом может посчитать и «показать» частоту 999 Гц. Для увеличения разрядности счётчика следует, соответственно увеличить количество микросхем дешифраторов-индикаторов. В данном случае подобных микросхем было в наличии только три, поэтому пришлось добавить дополнительный узел деления частоты на 3-х микросхемах К176ИЕ4 (или аналогичных микросхемах счётчиков-делителей на 10) и соответствующий переключатель. В целом схема получилась такая:

Переключатель также управляет включением/гашением «точек» на индикаторах для лучшего визуального восприятия отображаемого значения измеряемой частоты. Он ползунковый, сдвоенный, на четыре положение (такие применяются, например, в импортных магнитолах). Таким образом при разных положениях переключателя измерение и отображение частоты имеет следующие значения и вид:

«999 Гц» — «9.99 кГц» — «99.9 кГц» — «999. кГц». При превышении значения частоты 1 МГц загорится светодиод HL2, 2 МГц — загорится дважды и т. д.

Схема входной цепи

Большое значение при измерениях частоты имеет качество входного каскада — формирователя сигнала. Он должен иметь высокое входное сопротивление чтобы не оказывать влияния на измеряемую цепь и преобразовывать сигналы любой формы в последовательность прямоугольных импульсов. В данной конструкции применена схема согласующего каскада с полевым транзистором на входе:

Эта схема частотомера, конечно, не лучшая из возможных, но всё-таки обеспечивает более-менее приемлемые характеристики. Она была выбрана в основном исходя из общих габаритов конструкции, которая получилась очень компактная. Вся схема собрана в пластиковом корпусе-футляре от зубной щётки:

Микросхемы и прочие элементы запаяны на узкой полоске макетной платы и все соединения сделаны с помощью проводов типа МГТФ. При настройке входного каскада-формирователя сигнала следует подбором сопротивлений R3 и R4 добиться установления напряжения 0,1…0,2 вольт на истоке полевого транзистора. Транзисторы здесь можно заменить на аналогичные, достаточно высокочастотные.

Дополнения

Для питания частотомера можно использовать любой сетевой адаптер с выходным стабилизированным  напряжением 9 вольт и током нагрузки не менее 300 мА. Либо установить в корпус частотомера стабилизатор на микросхеме типа КРЕН на 9 вольт и питать от адаптера с выходным напряжением 12 вольт, либо брать питание непосредственно от измеряемой схемы, если там напряжение питания не менее 9 вольт. Каждую микросхему необходимо зашунтировать по питанию конденсатором порядка 0,1 мкФ (можно подпаять конденсаторы прямо на ножки «+» и «-» питания). В качестве входного щупа можно использовать стальную иглу, припаянную к входной «площадке» платы, а «общий» провод снабдить зажимом типа «крокодил».

Данная конструкция была «создана» в 1992 году и успешно работает до сих пор. Андрей Барышев.

   Форум

   Форум по обсуждению материала ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР СВОИМИ РУКАМИ

Как сделать осциллограф из компьютера своими руками? :: SYL.ru

Довольно часто в последнее время вместо того, чтобы сделать, к примеру, осциллограф из компьютера, многие предпочитают просто купить цифровой USB-осциллоскоп. Однако, пройдясь по рынку, можно понять, что на самом деле стоимость бюджетных осциллографов начинается приблизительно от 250 долларов. А более серьезное оборудование и вовсе имеет цену в несколько раз больше.

Именно для тех людей, которых не устраивает такая стоимость, актуальнее сделать осциллограф из компьютера, тем более что он позволяет решить большое количество задач.

Что нужно использовать?

Одним из наиболее оптимальных вариантов является программа Osci, которая имеет интерфейс, схожий со стандартным осциллографом: на экране есть стандартная сетка, при помощи которой вы можете самостоятельно измерить длительность, или же амплитуду.

Из недостатков данной утилиты можно отметить то, что она работает несколько нестабильно. В процессе своей работы программа может иногда зависать, а для того, чтобы потом ее сбросить, нужно будет использовать специализированный Task Manager. Однако все это компенсируется тем, что утилита имеет привычный интерфейс, является достаточно удобной в использовании, а также отличается достаточно большим количеством функций, которые позволяют сделать полноценный осциллограф из компьютера.

На заметку

Сразу стоит отметить, что в комплекте этих программ есть специализированный генератор низкой частоты, однако его использование крайне не рекомендуется, так как он пытается полностью самостоятельно регулировать работу драйвера аудиокарты, что может спровоцировать необратимое отключение звука. Если вы будете пробовать его применять, позаботьтесь о том, чтобы у вас была собственная точка восстановления или возможность сделать бэкап операционной системы. Наиболее оптимальным вариантом того, как сделать из компьютера осциллограф своими руками, является скачивание нормального генератора, который находится в «Дополнительных материалах».

«Авангард»

«Авангард» – это отечественная утилита, которая не имеет стандартной и привычной всем измерительной сетки, а также отличается слишком большим экраном для снятия скриншотов, но при этом предоставляет возможность использовать встроенный вольтметр амплитудных значений, а также частотомер. Это позволяет частично компенсировать те минусы, которые были указаны выше.

Сделав такой осциллограф из компьютера своими руками, вы можете столкнуться со следующим: на малых уровнях сигнала как частотомер, так и вольтметр могут сильно искажать результаты, однако для начинающих радиолюбителей, которые не привыкли воспринимать эпюры в вольтах или же миллисекундах на деление, данная утилита будет вполне приемлемой. Другой же ее полезной функцией является то, что можно осуществлять полностью независимую калибровку двух уже имеющихся шкал встроенного вольтметра.

Как это будет использоваться?

Так как входные цепи аудиокарты имеют специализированный разделительный конденсатор, компьютер в качестве осциллографа может использоваться исключительно с закрытым входом. То есть на экране будет наблюдаться только переменная составляющая сигнала, однако, имея некоторую сноровку, при помощи этих утилит можно будет также провести измерение уровня постоянной составляющей. Это является довольно актуальным в том случае, если, например, время отсчета мультиметра не дает возможности зафиксировать определенное амплитудное значение напряжения на конденсаторе, который заряжается через крупный резистор.

Нижний предел напряжения ограничивается уровнем шума и фона и составляет приблизительно 1 мВ. Верхний предел имеет ограничения только по параметрам делителя и может достигать даже нескольких сотен вольт. Частотный диапазон непосредственно ограничивается возможностями самой аудиокарты и для бюджетных устройств составляет примерно от 0.1 Гц до 20 кГц.

Конечно, в данном случае рассматривается относительно примитивное устройство. Но если у вас нет возможности, к примеру, использовать USB-осциллограф (приставка к компьютеру), то в таком случае его применение вполне оптимально.

Такой прибор может помочь вам в ремонте различной аудиоаппаратуры, а также может быть использован исключительно в учебных целях, особенно если дополнить его виртуальным генератором НЧ. Помимо этого, программа-осциллограф для компьютера позволит вам сохранить эпюру для иллюстрации определенного материала или же с целью размещения в Интернете.

Электрическая схема

Если вам нужна приставка к компьютеру (осциллограф), то сделать его будет уже несколько сложнее. На данный момент в интернете можно найти достаточно большое количество различных схем таких устройств, и для постройки, к примеру, двухканального осциллографа вам нужно будет их продублировать. Использование второго канала часто является актуальным в том случае, если нужно сравнивать два сигнала или же приставка к компьютеру (осциллограф) будет использоваться также с подключением внешней синхронизации.

В преимущественном большинстве случаев схемы являются предельно простыми, однако таким образом вы сможете обеспечить самостоятельно довольно широкий диапазон доступных для измерения напряжений, используя при этом минимальное количество радиодеталей. При этом аттенюатор, который строится по классической схеме, потребовал бы от вас использования специализированных высокомегаомных резисторов, а его входное сопротивление постоянно изменялось бы в случае переключения диапазона. По этой причине вы бы испытывали определенные ограничения в использовании стандартных осциллографических кабелей, которые рассчитываются на входной импеданс не более 1 мОм.

Обеспечиваем безопасность

Для того чтобы линейный вход аудиокарты был защищен от возможности случайного попадания высокого напряжения, параллельно можно установить специализированные стабилитроны.

При помощи резисторов вы сможете ограничить ток стабилитронов. К примеру, если вы собираетесь использовать ваш компьютер-осциллограф (генератор) для измерения напряжения около 1000 Вольт, то в таком случае в качестве резистора можно будет задействовать два одноваттных или же один двухваттный резистор. Они между собой различаются не только по своей мощности, но еще и по тому, какое напряжение в них является предельно допустимым. Также стоит отметить тот факт, что в этом случае вам потребуется и конденсатор, максимально допустимое значение для которого составляет 1000 Вольт.

Внимание!

Нередко нужно изначально посмотреть переменную составляющую сравнительно небольшой амплитуды, которая при этом может отличаться довольно большой постоянной составляющей. В таком случае на экране осциллографа с закрытым входом может быть такая ситуация, когда вы не увидите ничего, кроме переменной составляющей напряжения.

Выбираем резисторы делителя напряжения

По той причине, что достаточно часто современные радиолюбители испытывают определенные трудности с тем, чтобы найти прецизионные резисторы, нередко случается так, что приходится использовать стандартные устройства широкого применения, которые нужно будет подогнать с максимальной точностью, так как сделать осциллограф из компьютера в противном случае не выйдет.

Высокоточные резисторы в преимущественном большинстве случаев стоят в несколько раз дороже по сравнению с обычными. При этом на сегодняшний день их чаще всего продают сразу по 100 штук, в связи с чем их приобретение не всегда можно назвать целесообразным.

Подстроечные

В данном случае каждое плечо делителя составляется из двух резисторов, один из которых является постоянным, в то время как второй – подстроечный. Недостатком такого варианта является его громоздкость, однако точность ограничивается только тем, какие доступные параметры имеет измерительное устройство.

Подбираем резисторы

Второй вариант сделать компьютер в роли осциллографа – это подобрать пары резисторов. Точность в данном случае обеспечивается за счет того, что используются пары резисторов из двух комплектов с достаточно большим разбросом. Здесь важно изначально сделать тщательное измерение всех устройств, а затем выбрать пары, сумма сопротивлений которых является наиболее соответствующей выполняемой вами схеме.

Стоит отметить, что именно этот способ использовался в промышленных масштабах для того, чтобы подгонять резисторы делителя для легендарного устройства «ТЛ-4». Перед тем как сделать осциллограф из компьютера своими руками, необходимо изучить возможные недостатки такого устройства. В первую очередь можно отметить трудоемкость, а также необходимость применения большого количества резисторов. Ведь чем более длинным будет список используемых вами устройств, тем более высокой будет конечная точность проводимых измерений.

Подгонка резисторов

Стоит отметить, что подгонка резисторов посредством удаления части пленки на сегодняшний день иногда используется даже в современной промышленности, то есть таким способом часто делается осциллограф из компьютера (USB или какой-нибудь другой).

Однако при этом сразу стоит отметить, что если вы собираетесь подгонять высокоомные резисторы, то в таком случае резистивная пленка ни в коем случае не должна быть прорезана насквозь. Все дело в том, что в таких устройствах она наносится на цилиндрическую поверхность в форме спирали, поэтому производить подпил нужно предельно осторожно, чтобы исключить возможность разрыва цепи.

Если вы делаете осциллограф из компьютера своими руками, то для того, чтобы провести подгонку резисторов в домашних условиях, нужно просто использовать самую простую наждачную бумагу «нулевку».

1. Первоначально у того резистора, у которого присутствует заведомо меньшее сопротивление, нужно удалить аккуратно защитный слой краски.
2. После этого следует подпаять резистор к концам, которые и будут подклеиваться к мультиметру. Путем выполнения осторожных движений наждачной бумагой показатели сопротивления резистора доводятся до нормального значения.
3. Теперь, когда резистор окончательно подогнан, место пропила нужно покрыть дополнительным слоем специализированного защитного лака или же клея.

На данный момент такой способ можно назвать наиболее простым и быстрым, но при этом он позволяет получить неплохие результаты, что и делает его оптимальным для проведения работ в домашних условиях.

Что нужно учитывать?

Есть несколько правил, которые нужно соблюдать в любом случае, если вы собираетесь проводить подобные работы:

• Используемый вами компьютер в обязательном порядке должен быть надежно заземлен.
• Ни в какой ситуации вы не должны совать в розетку земляной провод. Он соединяется через специализированный корпус разъема линейного входа с корпусом системного блока. В этом случае, вне зависимости от того, попадаете вы в ноль или же в фазу, у вас не произойдет короткого замыкания.

Другими словами, в розетку может втыкаться исключительно провод, соединяющийся с резистором, который располагается в схеме адаптера и имеет номинал 1 мегом. Если же вы пытаетесь включить в сеть кабель, который соединяется с корпусом, то практически во всех случаях это приводит к самым неприятным последствиям.

Если вами будет использоваться осциллограф «Авангард», то в таком случае в процессе калибровки вам следует выбрать шкалу вольтметра «12.5». После того как вы увидите напряжение сети на вашем экране, в окошко калибровки нужно буде ввести значение 311. При этом стоит отметить, что вольтметр после этого должен показать вам результат в виде 311 мВ или же приближенное к нему.

Помимо всего прочего, не стоит забывать, что форма напряжения в современных электросетях отличается от синусоидальной, так как на сегодняшний день электроприборы выпускаются с импульсными блоками питания. Именно по этой причине вам нужно будет ориентироваться не просто на видимую кривую, но и на ее синусоидальное продолжение.

ПРОСТОЙ ЧАСТОТОМЕР

ПРОСТОЙ ЧАСТОТОМЕР

ПРОСТОЙ ЧАСТОТОМЕР
(2010-2018)

KLIK HIER VOOR DE NEDERLANDSE VERSIE

Частотомер. Программа написана на языке программирования Python.
Поэтому его легко адаптировать к вашим требованиям.

Простой частотомер для ПК со звуковой картой
Больше никаких примитивных частотомеров со светодиодами! Выкинь их! Мы заменяем эти простые частотомеры настоящим дисплеем на ПК.Это выглядит намного лучше, не так примитивно, да и оборудование проще, всего 1 микросхема! И частота намного проще, удобнее и точнее!
Идея очень проста и применяется чаще. Мы делим РЧ-сигнал с помощью предделителя на звуковые частоты. Этот звуковой сигнал подключается к звуковой карте ПК, и мы измеряем звуковую частоту. Затем эта частота умножается на значение предделителя, и … у нас действительно есть частота RF!
Когда вы нажимаете «Стоп», то текущие настройки сохраняются в файле «Недавние.jpg «и загружается при следующем запуске программы.

Фурнитура, коробка очень простая.

Принцип измерения и точность
Частотомер подсчитывает в течение определенного времени количество периодов. Этот частотомер работает иначе. От определенного количества периодов отмеряется точное время.
Разрешение этого измерения времени зависит от частоты дискретизации звуковой карты. Разрешение измерения времени составляет плюс-минус 1 отсчет.Но добавив один дополнительный резистор и один дополнительный конденсатор, точность можно повысить в 20 раз! И с коротким временем измерения 0,2 секунды, которое вы хотите использовать для настройки приемника, у нас все еще есть хорошая точность.

Когда наклон уменьшается с помощью RC-сети, у нас также есть
информация об амплитуде, и мы можем вычислить, где между
отсчетов пересечение нуля.

Уловка для повышения точности
С прямоугольным сигналом от прескалера мы не знаем, где именно между двумя аудиосэмплами звуковой карты происходит пересечение нуля.Первая выборка всегда +5 вольт, а следующая — 0 вольт. Таким образом, точность измерения времени всегда составляет плюс-минус 1 отсчет. Но когда мы могли вычислить, где именно проходит нулевой переход между двумя отсчетами, мы также можем проводить измерения с помощью долей отсчетов, и тогда точность измерения времени станет намного лучше! И это возможно! Когда наклон уменьшается с помощью RC-цепи, у нас также есть информация об амплитуде, и тогда мы можем определить, в каком месте между обоими отсчетами происходит пересечение нуля! Если U2 меньше U1, то переход через нуль ближе к S3, чем к S2.А с соотношением U1: U2 мы можем точно вычислить, где находится переход через нуль!

Предделитель до 30 МГц со встроенным опорным сигналом.
С дополнительным предделителем вы можете расширить диапазон до нескольких ГГц.
большая диаграмма

Оборудование
На входе вы найдете ограничитель для предотвращения поломки. Он состоит из резистора R1 на 1 кОм и двух диодов, соединенных встречно параллельно. Когда S1 находится в нижнем положении, РЧ-сигнал поступает на вход 74HC4060.Эта ИС делит РЧ-сигнал на 4096 до звуковой частоты. На выходе 74HC4060 вы можете найти RC-цепь 10 кОм и 10 нФ для уменьшения крутизны. И сеть резисторов 22 кОм и 1 кОм ослабляет уровень звука, так что звуковая карта не перегружается.
Два резистора по 1 МОм предназначены для правильной настройки постоянного тока на входе. Конденсатор 10 нФ фильтрует переменную составляющую. В противном случае возникает обратная связь, которая снижает усиление на низких частотах.
Когда S1 находится в верхнем положении, 74HC4060 действительно работает как кварцевый генератор, а затем у вас есть опорная частота для калибровки звуковой карты.Конечно, также можно использовать другой кристалл. Вам не нужно настраивать частоту. Моя копия имеет частоту 4095,754 кГц, и я ввожу эту частоту во время калибровки.
Схема питается через порт USB. Сходите в магазин за дешевым USB-кабелем, отрежьте нужный штекер, найдите нужные провода, и у вас действительно есть источник питания на 5 вольт. Поскольку напряжение питания составляет 5 вольт, вы также можете использовать более доступный 74HCT4060 вместо 74HC4060. В схеме есть дополнительный выход для калибровочного сигнала 4 кГц / 5 В для простого осциллографа, работающего со звуковой картой.

Частота (МГц)	Чувствительность с R1 = 120 (мВ RMS)	Чувствительность с R1 = 1k (мВ RMS)
0,03 0,1 1 10 20 30 50 80 100 120	15 10 3 10 25 30 100 150 200 500	15 10 5 20 50 100 300 1000 — —

Чувствительность простого предделителя.

Точность
Тесты проводились с внутренним звуковым модулем ноутбука и с простым внешним USB-аудиоустройством. Калибровочный сигнал 1 МГц исходит от заблокированного модуля GPS.
Внутренний звуковой модуль выдал отклонение +20 Гц. Аудиоустройство USB имело отклонение -75 Гц.
После калибровки измеренные значения колебались от 1 до 2 Гц. Это проверено временем измерения 1 секунда.

Настройка звукового модуля
Установите для частоты дискретизации значение по умолчанию вашей операционной системы.Обычно это 44100 выборок в секунду.
Вы можете подключить предделитель к линейному входу или к микрофонному входу звуковой карты. Когда вы используете микрофонный вход, вы должны отключить дополнительное усиление на 20 дБ. Отрегулируйте входной уровень так, чтобы он был значительно ниже максимального 100%, например 5% -20%. С помощью мыши вы можете регулировать громкость звукового модуля. Как это должно быть сделано, зависит от используемого звукового модуля, вашей операционной системы и ее версии.

Калибровка
Есть две возможности для калибровки:
Возможность 1 : Выберите «Предварительный делитель» и введите вручную значение предварительного делителя.
Значение предварительного делителя должно быть выбрано так, чтобы отображалось точное значение частоты. Так что не 4096, а например 4096.0235.
Возможность 2 : Подключите частотомер к опорной частоте и выполните измерение с длительным временем измерения 5 секунд.
Нажмите «Стоп», чтобы остановить измерение. Выберите «Предварительный делитель», но нажмите «Отмена» вместо того, чтобы ввести значение предварительного делителя.
Ответьте на вопрос «Калибровка с измеренной частотой» с «да» и введите опорную частоту в Гц. Точное значение предварительного делителя рассчитывается автоматически. Вы можете сохранить его вместе с другими настройками, такими как частота смещения. Для калибровки, конечно, вы можете использовать встроенный кварцевый генератор предварительного делителя частоты.

Другие приложения
Многие любительские схемы действительно имеют стабилизатор частоты (например, Huff & Puff), с помощью которого сигнал VFO уже делится с помощью предварительного делителя частоты (например, 74HC4060) на звуковые частоты.Единственное, что вам нужно добавить, это простая RC-сеть, состоящая из 3 резисторов, 1 конденсатора и кабеля с вилкой. Частоту ПЧ можно запрограммировать как смещение частоты, и у нас есть очень хороший дисплей частоты. Очень часто ПК уже подключен к ресиверу для декодирования цифровых режимов. В этом случае очень удобен переключатель «аудиовыход» или «выход предварительного делителя».

---

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Перед использованием этой программы вам необходимо установить Python.Это очень просто. Но сначала прочтите что-нибудь о Python, щелкнув следующую ссылку:

ЧТО ТАКОЕ PYTHON И КАК УСТАНОВИТЬ PYTHON

Поскольку исходный код Python написан в ASCII, очень просто изменить программу в соответствии с вашими требованиями. Подумайте, например, о размере экрана, цветах и ​​т. Д.

Требуемая версия Python:

Необходимые внешние модули (сайты-пакеты для правильной версии Python!):
Загрузите здесь программу счетчика частоты Python, щелкнув ссылку ниже:

---

Индекс PA2OHH

УКВ частотомер с интерфейсом ПК

Проекты, которые я создаю, часто включают синтез частоты, и один из самых полезных инструментов — хороший частотомер. Мне нравится возможность получать / регистрировать / анализировать показания частоты на моем компьютере. Коммерческие частотомеры могут быть большими и дорогими, а их калибровка — это обычная проблема (вам нужен откалиброванный частотомер, чтобы откалибровать опорную частоту, которую вы используете для калибровки частотомера!). Что касается стоимости латте, я сделал удивительно хороший частотомер (который напрямую считает> 100 МГц без деления входного сигнала) , смешав двойной 16-разрядный счетчик SN74LV8154 (который может удваиваться как 32-разрядный счетчик, $ 1.04 на Mouser) и микроконтроллер ATMega328 (3,37 доллара на Mouser).

Хотя эти две фишки — все, что вам нужно для того, чтобы что-то посчитать, точность ваших подсчетов зависит от ваших ворот. Если вы можете генерировать сигнал 1 импульс в секунду (1PPS), вы можете считать что угодно, но ваша точность зависит от точности вашего сигнала 1PPS. Чтобы устранить необходимость в калибровке (и обеспечить сигнал 1PPS с точностью атомных часов), я использую сигнал 1PPS, исходящий от устройства GPS, которое я уже распределил по всей своей хижине (используя микросхему 74HC240 в качестве линейного драйвера. ).Если у вас нет устройства GPS, подумайте о его приобретении! Я использую модуль NEO-6M (17,66 долларов на Amazon) для создания шлюза 1PPS, и если вы включите его стоимость, мы получим 22,07 доллара. Кроме того, весь код этого проекта (схемы, C, который работает на микроконтроллере, и Python для взаимодействия с последовательным портом) размещен на GitHub! Вы можете спросить, «почему устройства GPS имеют невероятно точные сигналы 1PPS?» Хороший вопрос, но тема для другого дня. А пока поверьте мне, когда я скажу, что они фантастически точны (но немного менее точны из-за джиттера), если вам интересно узнать больше о времени GPS.

Это общая идея работы этого частотомера. Это так просто! Он полностью цифровой и требует очень мало пассивных компонентов. sn74lv8154 настроен в 32-битном режиме (путем объединения в цепочку двух своих 16-битных счетчиков, подробности см. в таблице данных) и действует как интерфейсный модуль, непосредственно принимающий измеренную частоту. Этот чип «редкий» в том смысле, что я нахожу очень мало интернет-проектов, использующих его, и они не доступны на ebay. Однако они дешевы и распространены на mouser, поэтому я настоятельно рекомендую другим изучить их использование! В таблице данных не очень четко указана максимальная частота, но в моих собственных тестах я смог измерить более 100 МГц от макетной схемы! Для умножения имеющегося у меня сигнала (11.Кристалл 0592 МГц, от которого работал MCU) на десять, что дает 110 МГц, которые он смог измерить (снимок экрана внизу).

Стробовой сигнал 1PPS генерируется недорогим модулем GPS, доступным на Amazon. Я намекал на конструкцию этого устройства раньше и сделал сообщение о том, как отправлять выходные сигналы, такие как сигнал 1PPS, сгенерированный здесь, по всей вашей лачуге через коаксиальный кабель с помощью линейного драйвера, поэтому я не буду повторно хешировать все эти детали здесь. Я скажу, что этот модуль имеет только контакты VCC, GND и TX / RX, поэтому, чтобы получить доступ к сигналу 1PPS, вам нужно распаять светодиод SMT и припаять провод к его контактной площадке.Это требует немного тонкости. Если присмотреться, то можно увидеть это на этой картинке (фиолетовый провод).

Я сначала построил это устройство на макетной плате, и, несмотря на «крысиное гнездо» проводов, оно отлично работало! Присмотритесь, и вы увидите микросхемы умножителя частоты ICS501, о которых я писал ранее. В этом случае он измеряет 10-кратное умножение тактовой частоты кристалла MCU (11 МГц -> 110 МГц) и передает эти показания каждые 1 секунду на компьютер через последовательный интерфейс. 32 = 4294967296) и закрытый счет (рассчитанный микроконтроллером), который представляет собой фактическую частоту в Гц.

Этот снимок экрана показывает, что мой кристалл ~ 11,05 МГц на самом деле работает на частоте 11061669,4 Гц. Видите, как я снимаю блок 0,4 Гц в конце? Такой уровень точности является преимуществом использования этого счетчика с функцией VHF в сочетании с 10-кратным умножителем частоты!

Убедившись, что все работает, я собрал это устройство в красивом корпусе. Я определенно трачу деньги каждые несколько месяцев и покупаю экструдированные алюминиевые корпуса с разъемным корпусом оптом (ebay), но их здорово иметь под рукой, потому что они делают проекты такими красивыми.Я добавил несколько резиновых ножек (бамперы шкафа от Walmart), просверлил отверстия для всех разъемов с помощью сверла с непрерывным шагом, сделал квадратное отверстие для последовательного порта с помощью высечки, а все остальное довольно очевидно. Этикетки сделаны с помощью DYMO LetraTag (Target) и прозрачных этикеток (Target, Amazon) с использованием стиля, вдохновленного PA2OHH. Я склонен создавать разовые проекты, подобные этому манхэттенскому стилю.

Я приклеил гнездовой разъем к алюминиевой раме, чтобы упростить внутрисхемное последовательное программирование (ICSP). Не могу поверить, что никогда раньше не думал об этом! Программирование (и перепрограммирование) было настолько удобным. Я собираюсь начать делать это с каждым закрытым проектом, который я создаю с этого момента. К вашему сведению, я использую USBTiny ISP (10,99 долларов США, Amazon) для программирования (больше не BusPirate, он слишком медленный), как я описываю здесь для 64-разрядной Windows 7 (хотя сейчас я использую Windows 10, и она работает тем же).

На передней панели устройства есть светодиоды, указывающие мощность, последовательную передачу и стробирование.Без шлюза 1PPS устройство настроено на отправку счетчика (0) каждые 5 секунд. В этом случае загорится индикатор TX. Если строб обнаружен, светодиоды TX и GATE загорятся одновременно. На самом деле я просто просверлил 3 отверстия, когда мне действительно нужно было два, поэтому мне пришлось придумать функцию для третьего светодиода (ооо!)

Задняя часть устройства имеет последовательный выход, частотный вход, вход затвора и питание. Внутри находится регулятор напряжения LM7805, и особое внимание было уделено развязке и предотвращению пульсации источника питания (в основном, чтобы не повлиять на вход затвора).Я начинаю привыкать маркировать все последовательные выходные порты уровнем (TTL против CMOS, что имеет ОГРОМНУЮ разницу, поскольку может потребоваться преобразователь уровня MAX232 или последовательный USB-адаптер, способный считывать напряжения TTL), а также скорость передачи (119200), размер байта (8), четность (N) и стоповый бит (1). _Я только что понял, что это опечатка! На этикетке должно быть указано 8N1. Мне не хочется это исправлять, поэтому я воспользуюсь маркером, чтобы превратить 2 в 8. В конце концов, я полагаю, что я всего лишь человек.

Я должен был попытаться соединить все эти штуки, прежде чем просверлить отверстия. У меня есть , так что повезло, что все поместилось, оставалось около 2 мм между этими разъемами BNC. Уф!

Это простой источник тестовой частоты. У меня есть дюжина штатных генераторов разной частоты. На самом деле это генератор, управляемый напряжением (ГУН) с регулировочным контактом (не подключен), и без регулировки он не будет точно 50 МГц. Тем не менее, это достаточно близко для тестирования! Поскольку это> 30 МГц, мы можем назвать сигнал VHF.

Как видите, на экране нет проблем с чтением частоты ~ 50 МГц. Вы заметите, что я использую RealTerm (с хорошей рецензией на sparkfun), которая является моей программой терминала, вместо HyperTerminal (которая действительно должна исчезнуть навсегда). Рассматривая это фото, я оцениваю, сколько незаселенной комнаты у меня на основной плате. Я наполовину склонен встроить схему умножителя частоты и поставить ее под контроль микроконтроллера, чтобы при получении входной частоты от 1 до 20 МГц он задействовал 10-кратный умножитель. Но это мод на другой день! На самом деле, поскольку эти микросхемы SMT, если бы я действительно хотел это сделать, я бы сделал все это очень маленькой печатной платой SMT и значительно упростил бы конструкцию.Это звучит как проект на другой день … Нет

Перед тем, как закрыть его, я добавил дополнительную защиту от пульсаций на первичный счетчик. Есть индуктор серии 560 мкГн с источником питания, за которым следует конденсатор 100 нФ, параллельный земле. Я также добавил ферритовые бусины к линии питания MCU и входной линии затвора. Я ценю то, что борта не закреплены, и что это потенциальная слабость конструкции этого устройства (они тяжелые, поэтому подумайте, что произойдет, если вы встряхнете этот корпус).Однако все, что оторвало бы кабели в случае встряхивания устройства, вероятно, также сломало бы половину всего остального в этой штуке, поэтому я думаю, что это наравне с менее прочной конструкцией, используемой для всех других компонентов в этом. устройство. Он будет жить мирной жизнью на моей полке. Меня это не волнует.

Это последняя частота счета устройства, которая непрерывно выводит результат на мой компьютер. На заднем плане вы можете увидеть источник питания 12 В (желтый), что означает, что он потребляет только 20 мА, а также блок GPS находится в отдельном корпусе в правом нижнем углу.Щелкните здесь, чтобы заглянуть внутрь корпуса GPS 1PPS.

Я уже полюбил этот новый частотомер! Он маленький, легкий и красиво закрытый (это означает, что я не буду слишком сильно с ним связываться!). Я думаю, что это окажется ценным испытательным оборудованием в моей хижине на долгие годы. Я надеюсь, что этот журнал сборки побудит других подумать о создании собственного оборудования. Я многому научился из этой сборки, сэкономил много денег, не покупая что-то коммерческое, отлично провел время, создавая это устройство, и у меня есть прекрасный образец специального тестового оборудования, которое делает именно то, что я хочу.

---

Код микроконтроллера

(AVR-GCC), схемы и скрипт Python для взаимодействия с последовательным портом — все это доступно на странице проекта GitHub

.

---

Одним из больших преимуществ этого проекта является то, что он использует GPS для чрезвычайно точного сигнала 1 PPS, но какие существуют варианты, чтобы адаптировать этот проект, чтобы не полагаться на GPS? Устройство GPS стоит дорого (хотя все еще менее 20 долларов), и блокировка GPS не всегда возможна (под землей, в клетке Фарадея и т. Д.). За исключением таких необычных вещей, как деление рубидиевых стандартов частоты или генераторы, управляемые печью, подумайте о том, чтобы ваш микроконтроллер управлял стробированием, используя прерывания и таймеры, точно настроенные для отсчета секунд.Поскольку в этом проекте используется последовательный порт с кристаллом 11,0592 МГц, стабильность вашего 1PPS будет зависеть от стабильности вашего генератора (что очень хорошо!). Возможно, более элегантно вы могли бы использовать кварцевый генератор 32,768 кГц для создания сигнала 1 PPS. Эту частоту можно многократно делить на 2, чтобы получить идеальный 1 Гц. Это то, что делают большинство современных наручных часов. Многие AVR имеют отдельный генератор, который может содержать кристалл 32 кГц и генерировать прерывания каждую секунду, не влияя на системные часы.В качестве альтернативы 74GC4060 (14-ступенчатый счетчик пульсаций) может делить 32 кГц на 1 Гц и даже может быть выполнен в виде генератора (см. Техническое описание). Можно было бы включить обе опции (местные часы и GPS) и задействовать местные часы только при отсутствии сигнала GPS. Если кому-то нравится идея этого простого частотомера VHF с интерфейсом ПК, но он не хочет возиться с GPS, есть множество вариантов, чтобы иметь что-то почти так же точно. Это действительно снизило бы стоимость конечного устройства, удерживая ее ниже отметки в 5 долларов.

---

GPS-модуль NEO-M8 способен выводить последовательные данные со скоростью 9600 бод и непрерывно выгружать данные GPS в формате NEMA. Хотя это на самом деле не очень полезно для информации о местоположении (чей частотомер требует знания широты и долготы?), Он отлично подходит для отслеживания таких вещей, как мощность сигнала, качество исправления и количество спутников. После использования этой системы для автоматической регистрации частоты моей эталонной частоты я понял, что иногда получаю 1-2 часа действительно странных данных (с отклонением на кГц, а не только на несколько Гц).Отключение и выключение питания GPS-приемника решает проблему, поэтому я предполагаю, что это проблема со спутником. Если я объединю приемник GPS и счетчик в одном блоке, я смогу обнаружить это автоматически и заставить микроконтроллер выключить питание приемника GPS (или, по крайней мере, включить красный светодиод ошибки). Мне не хочется постоянно запускать 2 последовательных USB-адаптера. Мне не хочется программировать свой AVR так, чтобы он слушал вывод GPS-устройства (хотя, вероятно, это правильный способ для ). Вместо этого у меня была более простая идея, которая действительно хорошо сработала, позволив мне одновременно регистрировать последовательные данные с моего устройства GPS и микроконтроллера (частотомера), используя 1 последовательный USB-адаптер.

Первое, что я сделал, — это открыл частотомер и повторно подключил программатор микроконтроллера. Это именно то, что я пообещал себе, что не буду делать, и именно поэтому у меня вообще хороший корпус! Скотт, хватит возиться с вещами! В последний раз, когда я скручивал этот корпус, я подумал о добавлении суперклея на резьбу винта, чтобы убедиться, что я не открою его снова. Я буду кратко изложить свои модификации! А пока это проверка концепции. Когда это будет сделано, я верну схему в исходное состояние и снова закрою ее.Я возьму то, что узнаю, и встроу в будущие проекты.

Я взглянул на последовательные сигналы как частотомера (желтый), так и выхода устройства GPS (синий). К моему удовольствию, мертвого пространства было достаточно, и я подумал, что могу засунуть оба в один и тот же сигнал. После модификации кода я смог его сильно затянуть, чтобы частотомер никогда не конфликтовал с GPS-устройством, одновременно отправляя данные.

Мне пришлось снизить скорость передачи до 9600, но я запрограммировал ее на отправку меньшего количества символов. Это оставляет легкое заполнение ~ 50 мс между моим сигналом частотомера и сигналом GPS. Время смешать два! Это требует некоторого размышления, так как я не могу просто соединить два провода вместе. Последовательный протокол означает, что линии обычно высоки и опускаются только при отправке данных. Пришлось реализовать активную схему.

Используя несколько компонентов, я построил логический элемент И для объединения сигналов от двух последовательных линий. По какой-то причине мне потребовалось некоторое время, прежде чем я понял, что логический элемент И — это то, что мне здесь нужно, но это имеет смысл.Выходной сигнал высокий (что означает отсутствие последовательного сигнала) только тогда, когда оба входа имеют высокий уровень (нет последовательных сигналов на входе). Когда любой сигнал падает на низкий уровень, выходной сигнал падает на низкий уровень. Это потрясающе. Моя первая мысль заключалась в том, что мне понадобится вентиль ИЛИ-НЕ, но перевернутый вентиль И — это вентиль ИЛИ.

Вот моя быстрая и грязная реализация. Еще раз напоминаю, что это будет удалено после этого теста. На данный момент это достаточно хорошо.

После подключения последовательного выхода GPS и последовательного выхода частотомера к логическому элементу И (который выводится на компьютер), я мгновенно получил желаемый результат!

RealTerm показывает, что оба ввода принимаются. Хотя это беспорядок. Если вы хотите знать, что все такое, прочтите данные GPS в формате NEMA.

Я создал программу на Python для анализа, отображения и регистрации ключевой информации. Этот дисплей обновляется каждые 1 секунду. Суть — это то, что добавляется к файлу журнала при чтении. Это неуклюже, но опять же, это просто для тестирования и отладки. Я очень хочу, чтобы это работало столько, сколько смогу (дней?), Чтобы я мог отслеживать, как изменения в спутниковом сигнале / количестве / качестве исправления влияют на измеренную частоту.

Частотомер Дэйва Тутельмана

Частотомер Дэйва Тутельмана Описание цепи Оригинал 1995 Обновлено 1999, 2003 Это повествование, связанное со схемами моего частотомера. Я собираюсь быть многословным в одних местах и ​​кратким в других, согласно моим собственный вкус. Я полагаю, вы кое-что знаете о цифровых схемах, поэтому Мне не придется объяснять основные концепции. К тексту прилагаются схемы и фотографии. Они представлены миниатюрными изображениями. Если щелкнуть миниатюру, значок полноразмерное изображение откроется в новом окне, поэтому вы можете просматривать как изображения и текст, который к нему прилагается. Принцип работы такой: Измерьте время полного цикла вибрации с помощью цифрового таймера. Цифровой таймер — это счетчик, управляемый точным осциллятором (в данном случае тактовый генератор DIP с тактовой частотой 2 МГц, управляемый кристаллом). В конце полного цикла стробируйте содержимое счетчик в регистр, затем сбросьте счетчик, чтобы отсчитать время следующего цикла. На данный момент регистр содержит двоичное число, пропорциональное периоду (времени) цикла. Частота обратно пропорциональна периоду. Двоичное время — это вход в ПЗУ. Он полностью указывает частота, которая полностью определяет сигнал, который необходимо отправить к каждому сегменту трехзначного отсчета.Я использовал компьютерную программу (см. Приложение) для вычисления каждого из этих сигналов и создания файла который использовался PROM-записывающим устройством для программирования 2732 EPROM. На этом уровне дизайн очень общий, и его можно использовать для любой датчик, который генерирует волну, связанную с вибрацией вала. Я построил два очень разных датчика, оба из которых работают со схемой: пьезоэлектрический датчик давления, встроенный в зажим вала, и инфракрасный приспособление с разбитым лучом, в котором вал вибрирует между ИК-светодиодом и ИК-детектор.Как показано на схеме: Датчик давления генерирует один «квадратный» импульс за цикл, когда вибрация давит на него, а затем расслабляется вдали от него. Оптический инфракрасный датчик генерирует два импульса за цикл, по одному каждый раз, когда вал достигает середины вибрации. Цепи формирования волны и управления устраняют различия между датчиками и «кондиционируют» сигнал так, чтобы остальная часть схема видит тот же сигнал относительно цикла вибрации. Примечание о компонентах : Я использовал стандартную логику 74LS, если не указано иное. (Обратите внимание, что драйверы светодиодов имеют более высокую мощность 7406, а не 74LS06.) Транзисторы являются стандартными PNP-транзисторами; подойдет практически любое коммутационное устройство PNP. Прочие компоненты: Вентиль с 2 входами 74LS00 Трехвходовой вентиль 74LS10 8-входной вентиль 74LS30 Триггер (тип D) 74LS74 Демультиплексор (с 2-битной на 4-строчную) 74LS156 Инверторы 74LS14 Счетчик (двойной 4-ступенчатый) 74LS393 Регистр (6 бит) 74LS174 Светодиодные драйверы 7406 ( не LS) Компаратор напряжения LM339 7-сегментный светодиодный дисплей л.с. 5082-7730 Приобретены сенсорные компоненты (как напорные, так и оптические). от All Electronics (http: // www.allelectronics.com), Бесплатная линия заказа 1-888-826-5432. Это было в 1995 году. Есть похожие компоненты, которые могут служить заменой в текущем каталоге. Общая стоимость электронных компонентов, вероятно, не превышает 25 долларов. Дополнительная стоимость (корпус, питание, плата, проводка, программирование ППЗУ и т. Д.) будет зависеть от того, насколько хорошо оборудована ваша электронная мастерская. Входная секция — недорогой компаратор LM339, подключенный с небольшим количеством положительных отзывов, чтобы сделать переход резче и добавить бит гистерезиса (это «мгновенное действие»).Резистор обратной связи следует выбирать с учетом наилучших характеристик истерики. 220K или так, что я показал, должно работать хорошо, но вы можете добавить обрезку. Вы обязательно захотите использовать подстроечный резистор 1K для установки порога. Это необходимо отрегулировать при замене датчиков, и может потребоваться регулировка. время от времени по мере старения датчиков. Я сделал свой доступным через узкое отверстие под отвертку в передней панели. Это не может быть изменено случайно, но вы можете отрегулировать его, не открывая корпус. Регулировка облегчается двумя светодиодами, видимыми на передней панели. На схеме контрольной секции они называются «волновыми индикаторами». Один или другой всегда включен, в зависимости от того, включен ли формирователь волны. включен или выключен. Они графически показывают состояние формирователя волны. С датчиком давления светодиоды также используются для регулировки зажима. давление. Любой датчик в сборе может быть подключен к шасси через 4-контактный разъем: Пьезоэлектрический преобразователь давления просто подключается к входы компаратора. Оптический датчик должен быть запитан, и эту работу выполняет два других вывода, которые питают +5 В и землю. Я ушел без резисторов на блоке оптического датчика; вы, вероятно, тоже можете. За конденсатором 0,01 мкФ на входных выводах стоит история. Когда я изначально отлаживал схему в подвале, частота показанные на светодиодах, время от времени «сходили с ума». Это сработает нормально какое-то время, а потом внезапно отображают частоты зашкаливающие. Мне потребовалось время, чтобы понять, что это было. Помните старый Memorex рекламные ролики «Это вживую или это Memorex?» с участием Эллы Фицджеральд. высокая нота, разбивающая окно? Ну, я слушал Эллу Фицджеральд кассеты пока я работал. Динамики были прямо над моим рабочим столом. В конце концов, я заметил, что счетчик «сходил с ума» всякий раз, когда Элла попадала в высокая нота, и вспомнил те ролики. Я также вспомнил, что Пьезоэлектрические преобразователи изначально создавались как высокочастотные микрофоны.В большинстве случаев они улавливали колебания вала, но когда Элла пела громко и высоко они уловили ее голос и отправили его на частотомер. Конденсатор (и резистор 100 кОм) были добавлены как «эллатенюатор», RC-фильтр нижних частот. Секция управления Вход в секцию управления — это квадрат логического уровня, который пульсирует. один раз за цикл для датчика давления и два раза за цикл для оптического преобразователь. Он подается на счетчик, первые три ступени которого используются.Идея состоит в том, чтобы получить стробирующий сигнал шириной в полную цикл вибрации; это «пульс и обратно» для давления, и два из них для оптики. Выбираются первые три выходных бита счетчика. с помощью DIP-переключателя для подачи на управляющую логику. Биты: А — стробирующий сигнал датчика давления. B — стробирующий сигнал для оптического датчика. C — сигнал половинной скорости, назначение которого будет описано ниже. Логика управления (состоящая из двух триггеров и ряда gates) генерирует два выхода: Строб-импульс , который происходит точно в конце сигнал стробирования и длится ровно один отсчет. Сброс счетчика , который запускается, как только строб выключается, и который сохраняется (держать счетчик выключенным) до начала следующего стробирующего сигнала. На этом этапе нам нужно понять, что этот дизайн, в отличие от большинства Коммерческие частотомеры, не имеют кнопок «сброса» или «старта» . Он измеряет один цикл и отображает частоту, которую представляет цикл. Затем он ожидает цикл, продолжая отображать ту же частоту. В следующем цикле он снова начинает отсчет и отображает новое измерение. в конце этого цикла. Таким образом, он обновляет дисплей с последними чтение каждого второго цикла вибрации. Хорошо, время для некоторых цифр: Типичный диапазон вибрации вала от 240 до 340 имп / мин. cpm. То есть от 4 до 6 в секунду. Таким образом, число на дисплее обновляется с новым показанием 2-3 раза в секунду. Я считаю, что это очень приемлемая оценка для «среднего умственного». Это определенно показывает, стабильно показание или нет; нестабильное чтение будет прыгать два или три раза в секунду, в то время как стабильные показания будут держите ровно или измените только на счет или два. Но я боялся, что Мне может потребоваться более статичное чтение, и возможно, что некоторые пользователи захотят. Таким образом, выход «половинной скорости» счетчика (бит C) может использоваться как часть ворота, чтобы замедлить обновление. Таким образом, настройки DIP-переключателя: Нормальное обновление (2-3 раза в секунду) Медленное обновление (1 раз в секунду) Датчик давления (или другой датчик, дающий один импульс на цикл) A «на» A&B «на» Оптический датчик (или другой датчик, дающий два импульса за цикл) Б «на» B&C «на» Секция счетчика Счетчик состоит из 20 бит микросхем 74LS393.Первое (наименее значимый) десять бит — это просто обратный отсчет частоты от От 2 МГц (выводится кварцевыми часами) до 1953 Гц, что дает временное разрешение чуть более половины миллисекунды. (Да, это почти то же самое, что и время, проведенное мячом по клюшке во время удара. И нет там нет отношений; это чистое совпадение.) Это может решить частота достигает 350 импульсов в минуту с точностью до одной импульса в минуту. Десять старших битов используются для считывания. Это позволяет частотам всего 114 копий в минуту.Это также позволяет отображать более высокие частоты выше 350, но разрешение на частотах выше 350 будет быть более одной копий в минуту. Это размещение секций счетчика было разработано с помощью компьютерной программы. описано в приложении. Счетчик представляет собой прямой двоичный счетчик, за исключением двух интересных вариантов: Когда все 8 старших бит достигают 1, вентиль предотвращает дальнейшие импульсы от увеличения счета.Это предотвращает счетчик от «упаковки». Если бы можно было накрутить, то частоты ниже его диапазон 114 cpm будет отображаться как очень высокие частоты. Два бита высокочастотной части (около 8 и 16 кГц) используются как часы для мультиплексирования 3-значного светодиодного дисплея. Более об этом в главе, посвященной дисплеям. Разделы регистров и ППЗУ Разделы реестра и PROM очень просты.Два 74LS174 шестнадцатеричные триггеры D используются для регистра; мы используем десять из двенадцать бит. Поскольку логика управления была спроектирована как синхронная (синхронизированная) логика, импульс строба синхронизируется с часами счетчика, поэтому счетчик не меняет значение во время строба. ППЗУ 2732 имеет 32 Кбит, расположенные как 4096 байтов по 8 бит в каждом. Мы используем большую его часть, располагая ее как: 1024 строки (10-битный адрес из каскада регистра), на 3 цифры для дисплея (2-битные часы мультиплексирования дисплея, с одна фаза не используется), по 7-битные «мини-байты» для семи сегментов дисплея. Поскольку ППЗУ 2732 становится все труднее найти в наши дни (низкая емкость делает его «устаревшим»), я пометил распиновки их общими обозначениями, и приведите ниже таблицу фактических распиновок для нескольких различных модели ПРОМ. Если вы используйте больший PROM, чем 2732. 2732 Распиновка 2764 Распиновка 27128 Распиновка A0 8 10 10 A1 7 9 9 A2 6 8 8 A3 5 7 7 A4 4 6 6 A5 3 5 5 A6 2 4 4 A7 1 3 3 A8 23 25 25 A9 22 24 24 A10 19 21 год 21 год A11 21 год 23 23 D1 9 11 11 D2 10 12 12 D3 11 13 13 D4 13 15 15 D5 14 16 16 D6 15 17 17 D7 16 18 18 E ‘ 18 20 20 ГРАММ ‘ 20 22 22 Раздел дисплея Дисплей состоит из трех семисегментных светодиодных дисплеев DIP. Это устройства с общим анодом, и мы используем анод для мультиплексирования импульсы. То есть: Во время одной «фазы» (один отсчет тактовой частоты мультиплексора дисплея), на анод одной из цифр подается положительный импульс. Это делается декодером 74LS156 и транзисторами драйвера PNP. В то же время часы мультиплексирования дисплея сообщают PROM какая цифра является текущей «фазой». PROM применяет биты к своему вывод, соответствующий этой цифре.На выходе 7406 драйвера подаются отрицательные пульсирует на некоторые сегменты, включая отображение этой цифры. В течение трех из четырех «фаз» счета, та или иная из цифры пульсируют с правильной отображаемой информацией для этого цифра. На четвертой фазе все упирается. Это хорошо известен как наиболее эффективный способ активации многозначного Светодиодный дисплей. Физический дизайн включает электронную упаковку и конструкцию. датчиков и зажимов.Каждый из них описан в этом разделе, в комплекте с фотографиями. Электронная упаковка Электроника встроена в пластиковый корпус, изначально предназначенный для телекоммуникационного оборудования. Коробка имеет защелкивающиеся замки сбоку для полный доступ сверху к схемотехнике. Передняя панель темно-красная прозрачная оргстекло, поэтому красные светодиоды видны, а схемы — нет. На передней панели есть небольшие отверстия для доступа к регулировкам накладки входной порог и гистерезис. Задняя часть корпуса имеет большое открытое пространство для кабелей и разъемов. На следующем фото электроника с верхней крышкой снято с дела. Схема построена на макетной плате; я сделал печатную плату делать не надо. Все микросхемы вставлены в гнезда, а гнезда иметь длинные кабельные выводы. 7-сегментные светодиодные дисплеи устанавливаются в прямоугольные гнезда, поэтому они против прозрачной красной передней части корпуса. «Волновой индикатор» Светодиоды тоже напротив передней панели; один установлен в верхней части схемы доска, а другой (не виден на фото) находится в том же положении в нижней части доски. Элементы управления для настройки входного порога и гистерезиса: многооборотные потенциометры. Они устанавливаются рядом с лицевой панелью, при этом регулировочный винт, обращенный к панели. В панели есть небольшое отверстие перед каждым. При некоторой ловкости рук можно использовать небольшой отверткой, чтобы отрегулировать их, не открывая корпус. Кабель к датчику представляет собой плоский «радужный» ленточный кабель, который соединяет к печатной плате через штыревой штекер. Каждый датчик имеет собственный кабель и вилка, поэтому их можно менять местами.Зажим на открытой задней части корпуса обеспечивает разгрузка от натяжения разъема и печатной платы. Чтобы заменить датчик, необходимо: Снимите верхнюю часть корпуса. Отсоедините кабель датчика и ослабьте фиксатор натяжения. Вставьте другой датчик, установите и затяните снятие напряжения. Измените DIP-переключатель, чтобы отразить правильный подсчет режим. Отрегулируйте подстроечные резисторы входа.Каждый датчик электрически разные, а порог и гистерезис нужно настраивать заново. Установите на место верхнюю часть корпуса. Оптический датчик и зажим Первое изображение представляет собой обзор всей частоты метр, состоящий из зажима для клюшки (который сам имеет С-образный зажим к рабочему столу), ярмо, содержащее инфракрасный источник и детектор, и электроника.Для измерения зажимается клюшка (с рукояткой). В Зажим также вмещает незатянутый вал, как мы увидим ниже. Зажим взведен под углом 12 градусов. Это достаточно плоско, так что что клюшка сильно вибрирует вверх и вниз, учитывая жесткость проблемы, но наконечник все еще достаточно высок, чтобы прервать инфракрасный луч и чтение. Оптический датчик представляет собой U-образную вилку из двух дюбелей диаметром 1 дюйм. (на самом деле секции метлы) прикручены к длине бруса 1х2.В инфракрасный светодиод (излучатель) находится в отверстии возле кончика одного дюбеля, а инфракрасный Детектор аналогично расположен в другом дюбеле. Я сознательно оставил много места, чтобы конец вала мог вибрировать и даже становиться «овальным». Есть почти 3 дюйма между дюбелями и 5 дюймов снизу до отверстий для светодиодов. Отверстия для инфракрасных компонентов были просверлены до того, как ярмо было скручены вместе. Они были просверлены как одно на сверлильном станке, с обоими дюбелями. зажаты вместе для совмещения. Пока все еще зажаты, пара или стрелы были на концах дюбелей одной линейкой и одним движением ручка (перманентный маркер с острым концом).Эти стрелки помогли с выравниванием при сборке, как и пристрелка через отверстия. Провода от инфракрасных компонентов проложены по дюбелям и привинчены. клеммы в основании, где они прикреплены к ленточному кабелю, который переходит к электронике. Это вид всей сборки с торца. В этом случае Незахваченный вал измеряется 205-граммовым наконечником. Посмотрим вкратце, как мы меняем зажим из режима захвата на голый вал. Хомут крепится к основному базовому блоку с помощью рычага, который фиксируется одиночный болт. Большая ручка с резьбой является «гайкой» для этого болта; это легко ослабляется и затягивается вручную. Следовательно, легко настроить угол наклона. руки так, чтобы штанга находилась посередине балки в состоянии покоя. Это дает наиболее стабильные и точные показания при выдергивании вала. При фактическом использовании эту настройку необходимо изменять только при переключении между валы с захватом и без захвата. Белый гаджет необычной формы, прикрученный к скошенному краю основания. блок представляет собой ручку для переноски.Смещение ручки лучше выровнено с центром тяжести всей сборки, чем прямая ручка бы, поэтому он висит ровно, когда вы его несете. (Если вам интересно, офсетная ручка входила в комплект поставки патио двери Pella.) Зажим представляет собой пару губок из твердой древесины, изготовленных из Пиломатериал 2×2 (на самом деле 1,5 «x1,5», конечно), обрезанный до стандартной длины Зажим 5 дюймов. Нижняя губка фиксируется, а верхняя приводится в движение тумблером. зажим.(Зажим DeStaco. Я думаю, это была модель 603, но я не уверен.) Зажим прикреплен к алюминиевой пластине шириной 7 дюймов, сделанной из двух алюминиевых деталей. уголки, каждый 3,5 дюйма на 1,25 дюйма и 1/8 дюйма толщиной. Когда они скреплены болтами у фланца 1,25 дюйма они образуют пластину, которая очень жесткая в направлении хода клевант, который является направлением нагрузки на пластину. Этот пластина крепится к деревянному основанию большими шурупами, большей частью через Фланец 1,25 дюйма и пара через поверхность 3,5 дюйма. Вся сборка очень прочный и жесткий. Вертикальные и горизонтальные элементы базового блока скреплены между собой. с 4 большими шурупами по дереву и эпоксидной смолой для валов — опять же очень прочной и жесткой. К горизонтальному элементу прикреплены три стальные шайбы эпоксидным слоем; они есть используется в качестве подкладок для C-образного зажима сборки на столешнице, как показано. Дыры в шайбы просверлены в древесине, поэтому они также могут служить в качестве прокладок для более прочного прикручивания сборки к рабочему столу. Клюшка, показанная в зажиме, имеет захват на конце вала.Следующий несколько изображений будут включать детали зажима, в том числе то, как мы его переключаем для работы с незатянутым торцом вала. Ключевым элементом переключателя является длина 5 дюймов. уголка из твердой древесины, сидящего на горизонтальной части основания. Имеет «булавки» которые свободно сидят в отверстиях в основании; это просто место для хранения Это. Вот крупный план зажима без зажатого вала. Нижняя челюсть прикручена к пластине. В нем проделана V-образная канавка. для вала.Канавка находится на том же расстоянии от пластины, что и осевая линия. вала кулачкового зажима. Это удерживает усилие зажима прямо на вал. Канавка имеет ширину 1/2 дюйма и глубину 1/4 дюйма. К нижнему зажиму прикреплены две шестигранные алюминиевые стойки. (Круглый сообщения были бы так же хороши, но у меня были под рукой шестигранные столбы в нужного размера.) В верхней челюсти есть отверстия для стоек, и она поднимается вверх. и вниз на них. Отверстия с зазором достаточно свободны, чтобы угол верхней челюсти может изменяться для установки стыка вала без конуса или конического рукоятка.Верхняя губка имеет V-образную канавку, которая совпадает с канавкой в ​​нижней челюсть. Вместе они жестко удерживают вал. Коленчатый зажим приводит в движение верхнюю челюсть. Его винт 5/16 дюйма встречается с челюстью в неглубокое широкое отверстие, которое не дает ему скользить. (Анализ показывает, что эта дыра лишняя, но на всякий случай она все равно там есть.) К винту прикреплено пластиковое колесо, используемое для регулировки конечного положения. зажима; по сути, это регулировка давления зажима. При отпускании и подъеме рычажного зажима появляется небольшой металлический штуцер. верхняя губка входит в контакт с головкой винта и заставляет верхнюю губку сжиматься. быть поднятым вместе с ним. Я добавил калибровочные метки на нижнюю челюсть с интервалом 1 дюйм, чтобы обеспечить зажим короче 5 дюймов. Однако, поскольку коленчатый зажим давит в посередине 5-дюймового пролета, неясно, насколько эффективным будет более короткий зажим быть. Это не было проверено. На этом снимке я снял угол лиственных пород с его место для хранения на основании. Я сейчас сбрасываю его в V-образный паз в нижней губке зажима. Штифты попадают в ответные отверстия в нижней части канавки и удерживайте ее на месте.Это фитинг с голым валом. К счастью, угол толщиной в четверть дюйма — это именно тот размер, который нужно компенсировать. для разницы между захваченным и не захваченным валом. Компенсирует как по диаметру, так и по фактуре (V-образные канавки впиваются в рукоятку ровно достаточно чтобы обеспечить надлежащее давление). Это, конечно, предполагает «нормальные» условия: Приклад 0,580–600 дюймов и мужская рукоятка нормального размера. Для других переключателей вы можете необходимо отрегулировать колесо глубины винта. Теперь свободный вал можно зажать для измерения.В колесо можно использовать для изменения давления при необходимости, но это редко когда зажим установлен правильно. Зажим для измерения давления Одной из особенностей этого частотомера является то, что он может использовать либо оптический датчик (описанный выше) или пьезоэлектрический преобразователь давления. Преобразователь устанавливается в зажиме таким образом, что прикладывается давление. и отпускается при вибрации вала. На этом рисунке показан используемый зажим для измерения давления.Вся сборка приводится в движение прикрепленными к верстаку столярными тисками. Я использую это с вал вертикальный, но это не обязательно. Выберите ориентацию для сначала жесткость, а потом удобство. Зажим состоит из трех кусков твердой древесины, свободно соединенных между собой. вместе. Две верхние части имеют длину 5 дюймов и имеют соответствующие V-образные канавки для вала. Они скреплены шурупами по дереву, которые вкручены лишь частично. На остальной длине они скользят в пилотном отверстии, позволяя части, которые необходимо отделить (как показано), чтобы вставить или удалить вал. Нижняя часть немного длиннее и содержит датчик. Застегивается к средней детали на петлю на «спине» (левая сторона на фото) и пара пружин в «перед». Пружины 20-ти фунтовые автомобильные. пружины. Когда доски почти соприкасаются, пара пружин обеспечивает что к передней части зажима прилагается 35-фунтовая сила. Если усилие приложено равномерно к верхней части, то такое же усилие должен быть приложен к петле, поэтому общая сила на верхней части составляет 70 фунтов.Вал удерживает две части отдельно, поэтому все 70 фунтов зажимают вал. сила. На виде спереди показан закрепленный пьезоэлектрический преобразователь круглой формы. к нижней части. К нему прикреплен кусок довольно прочного неопрена меньшего размера. к средней части. Когда пружины достаточно сжаты, неопрен нажимает на датчик. Алюминиевый полукруг на верхней части находится ровно посередине между пружины и петля.Это точка, с которой закрываются тиски, так что где сила приложена к зажиму. Это гарантирует равные силы в шарнир и пружина, поэтому давление зажима будет равномерным на протяжении 5 дюймов. зажимаемого вала. Другая функция полукруга — изменение угла между челюсти, если в V-образную канавку вставлен вал с захватом. Нижняя часть плотно прилегает к одной губе тисков. В верхней части используется полукруглый в качестве оси или точки опоры, позволяя регулировать угол наклона. Для настройки для измерения требуются следующие шаги: Поместите весь узел, включая вал, в тиски, и начинаем сжимать губки тисков. При затягивании губок тисков следите за светодиодами «волнового индикатора». на блоке электроники. Когда они переключаются с одного светодиода на другой, перестаньте затягивать и немного отступите, но не настолько, чтобы переключить их обратно. На этом этапе выполняются следующие условия: необходим для стабильных и повторяемых показаний частоты: Датчик оказывает на него давление примерно на уровне порог, для опорного вала.Таким образом, когда вал выдернут, порог будет около центра вибрации. Пружины сжимаются до одинаковой величины при каждом измерении. Благодаря тому, как конструкция распределяет силы, это гарантирует известное, равномерное прижимное давление. Теперь потяните вал и позвольте ему вибрировать. Измеренная вибрация находится в плоскости, перпендикулярной деревянным деталям. Когда голова или кончик вес перемещается к нижней доске, это заставляет неопрен давить на преобразователь сложнее.Когда кончик движется к верхней доске, это облегчает давление на датчик. Эти колебания давления превращаются в напряжения и отправляются в блок электроники. Если светодиоды индикатора волны чередуются вверх и вниз, когда вал ощипывается, значит, вы знаете, что он работает правильно. Если нет, вам нужно увеличивайте или уменьшайте давление в тисках до тех пор, пока светодиоды не начнут чередоваться синхронно с вибрациями. Лучшее и долгосрочное решение может регулировать порог и гистерезис для получения лучших и наиболее стабильных изменений. Зажим для измерения давления имеет очень удобную конструкцию и занимает очень много места. мало места на столе по сравнению с оптической схемой, описанной выше. К сожалению, на практике у него есть несколько проблем: Мой рабочий стол очень жесткий в режиме вибрации вверх-вниз. Но это не так жестко противостоять горизонтальным силам на уровне столешницы. Грустно, любая ориентация зажима в тисках оказывает такое горизонтальное усилие.Результатом стало достаточно гибкости зажима для снижения показаний. примерно на 10 копий в минуту. (Это тяжелый отдельно стоящий стол. Если бы он был стене и прикручен к стойкам, так бы получилось намного лучше.) С возрастом и циклами давления датчик, кажется, потерял некоторая его изначальная стабильность и чувствительность. Если вы решите использовать давление преобразователь, позвольте мне порекомендовать включить в вашу конструкцию возможность замены преобразователь. Из-за этих проблем показания частотомера сильно улучшились. стабильности и точности с тех пор, как я перешел на оптическую систему. Я хотел бы поблагодарить Берджесса Хауэлла за оцифровку моих бумажных рисунков. Он больше, чем просто сканировал их; он также векторизовал их из моей руки от эскизов к качественным инженерным чертежам. Кроме того, Джим Уитлер перепроверил чертежи и обнаружил несколько ошибок схемы, прежде чем у кого-то были какие-либо катастрофы строить это. Наконец, я хотел бы поблагодарить Пола Никлза из Clubmakers ‘ Небеса за то, что предоставили мне достаточно данных, чтобы мотивировать меня разрабатывать и строить этот зверь. Компьютерная программа использовалась для: Определите количество этапов предварительного отсчета и количество значащих битов для управления дисплеем. Разложите биты в ПЗУ и запишите их в приемлемый файл. к PROM-горелке. Вот обсуждение программы и ее результатов, включая загружаемая версия файла PROM (который вам понадобится, если вы соберете частотомер) и загружаемую версию исходного кода C ++ для программы. A1: Конструкция счетных ступеней Первой целью программы было создание счетчика. Он вычислил и распечатал частоты, измеренные с применением 1 Сигнал МГц (то есть 1, а не 2 МГц) на счетчик, состоящий из M предварительных каскадов за которыми следуют N постэтапов. Я проверил на глаз, чтобы увидеть при каждом запуске: Какая самая низкая частота, которую можно было прочитать. (Этот полностью зависел от M + N.) Какая была самая высокая частота при чтении следующей частоты? была всего на 1 cpm выше, без пропуска частоты. (Это было полностью зависит от М.) В следующей таблице приведены результаты программы. Pre- Этапы Post- Этапы Низкая частота Частота первого пропуска 8 10 229 502 9 9 229 352 9 10 114 352 10 8 229 281 10 9 114 281 10 10 57 год 281 Пытаясь вычислить диапазон, который я должен был иметь, я проконсультировался с DSFI 1995 года. Дополнение по фитингам вала.Самая низкая частота драйвера была 194 копий в минуту. (FiberSpeed ​​FS-100), а самая высокая частота 5-железа составляла 338 копий в минуту. (TT Dynamic X). Строка, охватывающая весь диапазон, была выделена. один, с 9 пре-стадиями и 10 пост-стадиями, поэтому я его использовал. Зоркие из вас могли заметить, что схема действительно 10 предварительных стадий, а не 9. Это потому, что осциллятор, о котором я говорил чтобы получить дешево (ну, бесплатно; это было у меня в подвале) была частота 2 МГц, а не 1 МГц. Так что я использовал дополнительный предварительный этап (все равно он был на чипе) для подсчета от 2 МГц до 1 МГц. A2: файл данных PROM После разработки счетчика я расширил программу, чтобы вычислить биты, необходимые для ПЗУ дисплея. Поскольку программа уже могла перейти от содержимого двоичного регистра к десятичной трехзначной частоте, Мне просто нужно было сказать, как выразить каждую цифру в виде семи сегментов дисплея. Так же настроил так: Выше 999 копий в минуту на дисплее отображается « HI », для «слишком высоко для отображения». Ниже 115 копий в минуту на дисплее отображается « LO », для «слишком низко для отображения». Если вы хотите построить свой собственный частотомер из этих планов, вам понадобится файл, из которого вы можете записать ПЗУ, или программу для генерировать его. Вот zip, который вы можете скачать, который содержит: Необработанный двоичный файл для подачи на устройство записи ПЗУ. Исходный код программы на C ++. Исполняемый файл программы на ПК. Наслаждаться! Дэйв Тутельман История: март 1995 г. Встроенный частотомер. Документация состояла из ручных чертежей. 1999 Берджесс Хауэлл отсканировал чертежи и преобразовал их в качественный цифровой изображений. Я написал описание, и Джон Мьюир добавил его в Clubmaker Online. Январь 2003 г. Исправлены рисунки (окончательно), как было предложено Джимом Уитлером. Добавлены разделы по физическому оформлению, с фотографиями.

Частотомер DIY Nixie Tube — Доктор Скотт М. Бейкер

В этом видео я создаю частотомер Nixie Tube. Мне всегда был нужен частотомер Nixie Tube, но я так и не нашел на eBay тот, который бы мне действительно понравился… Поэтому я просто решил пойти дальше и создать свой собственный. Мои цели были:

• Nixie Tube Display
• Диапазон от нескольких сотен герц до пары гигагерц
• Чувствительность до 5 ОмВ
• Шесть значащих цифр

Точность — это то, о чем я особо не задумывался.У меня есть несколько TCXO (кварцевых генераторов с умеренной компенсацией) и несколько пропеллерных плат, чтобы их можно было использовать. Когда я получу доски под рукой, я посмотрю, смогу ли я создать версию счетчика с проверяемой точностью.

CPU

В качестве процессора я выбрал Parallax Propeller. В последнее время во многих других моих проектах использовался Raspberry Pi, но когда дело доходит до программирования в реальном времени, мне нравится эта опора. Детерминированный цикл реального времени легко реализовать в одном из процессоров, а другие процессоры использовать для других задач, таких как управление дисплеем или пользовательским интерфейсом.

При создании прототипа я сначала использовал программу Parallax Propeller Professional Development Boar (PPDB), а затем перешел на Proto-Board Propeller. Для цифровой работы нужно очень немногое — сигналы счетчика в основном поступают на пару контактов, а данные дисплея отправляются через I2C на мои платы драйверов nixie.

Платы драйверов Nixie

Я использовал те же платы, что и для проекта Nixie Tube Calculator, который также описан в моей статье и видео под названием «Управление Nixie Tubes через I2C».В основном эти платы работают с использованием драйверов K155D Nixie Tube, управляемых I2C IO Expanders (MCP23017 и PCF8574). Эти платы могут быть подключены гирляндой для управления до 32 ламп Nixie. Для этого проекта мне понадобилось всего 8 ламп, управляемых двумя моими модулями Nixie Display. Модули также позволяют управлять десятичной запятой, и есть даже возможность для светодиодной подсветки.

Я выбрал популярные лампы ИН-12. Их довольно легко приобрести на eBay, они дешевы и легко подключаются к печатной плате.Также доступны IN-15A и IN-15B, которые отображают различные символы. IN-15A позволял мне отображать «M» или «K» (для мегагерц и килогерц, соответственно), а IN-15B позволял отображать «Гц». Да, я потратил впустую бюджет на лампу, которую использую только для отображения символа «Гц» и ничего больше.

Блок питания

Я использую вариант своего HVPSU, описанный в другом месте моего блога. Это повышающий преобразователь TL494, который выдает около 160 В для освещения ламп. На плате блока питания также присутствует импульсный блок питания 5 В для питания макетной платы гребного винта.

Передняя часть нижнего диапазона

Моя первая попытка построить частотомер заключалась в том, что я подключил свой функциональный генератор непосредственно к гребному винту. Это нормально работало для прямоугольных волн, но совершенно не подходило для синусоидальных волн. Я быстро понял, что мне нужен какой-то интерфейс для обработки и усиления сигнала. Обыскивая Интернет в поисках дизайнерских идей, я нашел микросхему 74HC4046. 75HC4046 — это микросхема с фазовой синхронизацией, но в нее встроен хороший усилитель сигнала. Вот изображение коммутационной платы, которую я разработал:

Измерение частоты нижнего диапазона с помощью 74HC4046

Схема коммутационной платы:

74hc4046_ схема разъединителя

Мне удалось заставить Propeller рассчитывать выходную мощность 74HC4046 напрямую до примерно 32 МГц.Мы, вероятно, могли бы получить немного больше от 74HC4046, добавив делитель частоты и используя опору для подсчета разделенной частоты, но мы не собираемся приближаться к нашей цели в гигагерцах с таким подходом. Итак, пришло время разработать высокопроизводительный интерфейс.

Передняя часть высокого диапазона

Для диапазона высоких частот я хотел получить от 25 МГц до пары гигагерц. Опять же, просматривая Интернет, я видел, как некоторые люди использовали в своих проектах прескалер LMX2322. Как и 74HC4046, эта штука предназначена для приложений с фазовой автоподстройкой частоты, но мы можем обойтись простым использованием функций детектора и предварительного делителя.Он управляется через последовательный интерфейс, который позволяет настраивать предварительный делитель.

Настройка предварительного делителя частоты немного странная, и потребовалось время, чтобы разобраться. Это предварительный делитель 32/33. Он принимает пару чисел, A и B, и делит входную частоту на 33 A раз, а затем делит на 32 (B-A) раза. Он также имеет ограничение, что B должно быть больше или равно 3.

Давайте рассмотрим простой пример. Пусть A равно 0, а B равно 3. Это минимальные значения, которые мы можем использовать. Он разделит входной сигнал на 33 нуля раз, а затем разделит на 32 три раза.Это дает функцию деления на 96. В итоге я выбрал A = 0, B = 4, что дает функцию деления на 128. Таким образом, при входном сигнале 1 ГГц LMX2322 будет выдавать 7 812 500 Гц. Нам просто нужно умножить нашу измеренную частоту на 128, чтобы получить отображаемое значение.

передняя часть высокого диапазона с использованием lmx2322

Схема коммутационной платы:

lmx2322_ схема разъединителя

Первоначальный прототип

Первоначальный прототип, который я сконструировал с использованием платы для профессионального развития с параллаксом:

Частотомер, начальный образец

Окончательная сборка

Я спроектировал корпус, вырезал его лазером в Поноко и установил на него компоненты:

Более высокая точность

Точность стандартного кристалла не лучше.Возможны производственные отклонения примерно на 50 ppm плюс изменение всей схемы генератора в зависимости от температуры. Чтобы получить надежную опорную частоту, имеет смысл использовать так называемый кварцевый осциллятор с умеренной компенсацией. Вы можете купить TXCO 5 МГц на ebay примерно за 15 долларов. Дорого, но с точностью до 0,5 ppm и температурной компенсацией.

Чтобы использовать TXCO с гребным винтом, удалите существующий кристалл и подключите выход TCXO к входу XI гребного винта.Выход XO винта остается отключенным. Я сделал специальную печатную плату, на которой установлены 40-контактный пропеллер, EEPROM, TCXO и регулятор напряжения. Плата заменяет макетную плату пропеллера на изображениях выше. Вот изображение новой платы. TCXO — большая металлическая банка:

Пропеллер Parallax с TCXO

Альтернативный высокочастотный входной каскад

Было две проблемы с LMX2322, как это было реализовано в проекте: 1) он достиг максимальной частоты около 1,9 ГГц, и 2) иногда он не мог правильно настроить через последовательное соединение с пропеллером.Я решил перейти на другой высокочастотный интерфейс, MB506. MB506 может быть сконфигурирован для деления на 64, 128 или 256. Это избавляет от необходимости возиться с какой-либо последовательной связью между опорой и микросхемой. Также кажется, что он надежно работает до 2,44 ГГц. Проблема с MB506 в том, что он не выводит хороший сигнал прямоугольной формы, совместимый с IO, как LMX2322. Он выводит раздражающее 1,6 В размах, центрированное на земле. Я попробовал несколько уловок, например, использовать подтягивающие резисторы и драйверы транзисторов, но в конечном итоге решил, что самым безопасным вариантом было бы просто подать его на второй 74HC4046.Полученная схема показана ниже:

mb506 + 74HC4046 входной интерфейс

Новая печатная плата ниже:

мб506 плата

Как видите, к нижней части платы идет странная красная коса. Это потому, что я не смог правильно прочитать таблицу в первый раз и не заметил, что MB506 был устройством на 5 В, а не на 3,3 В. Честно говоря, при 3,3 В он работал неплохо. Была некоторая нестабильность с перемычками SW1 / SW2 на низких частотах.Однако при 5В он работает намного лучше. Вы также можете видеть, что я разработал эту доску как плату со сквозными отверстиями. У меня были проблемы с частотной характеристикой, когда мы поднялись до 2,4 ГГц. Поэтому я вытащил ключевые компоненты со сквозным отверстием и припаял SMD с нижней стороны платы:

mb506 плата нижняя

Я все еще планирую сделать еще один выстрел с компонентами со сквозным отверстием, как только я получу несколько новых заглушек (длина вывода может быть действительно критичной в конструкциях RF, и мне нужно получить заглушки подходящего размера, чтобы соответствовать сквозному отверстию шаблоны вместо того, чтобы пытаться подставить пакеты неправильного размера на место).Если я не смогу сделать дизайн сквозной фиксации, я перейду на SMD. Одна ревизия платы должна сделать это.

Хорошей новостью является то, что указанная выше плата стабильно работала на частоте около 2,9 ГГц, что выходит за рамки спецификации чипа MB506.

Исходный код

Исходный код доступен в моем репозитории github по адресу https://github.com/sbelectronics/prop-freqcnt

Обзор комплекта частотомера тестера кварцевого генератора

| by R. X. Seger

Довольно много электронных комплектов можно недорого купить на Aliexpress, в этом посте я рассмотрю этот тестер кварцевого генератора с частотным счетчиком, изготовленный своими руками:

Прибыл в мой почтовый ящик через 22 дня после того, как я разместил заказ, неплохо.Комплект пришел в тщательно упакованном виде, распаковав его и вынув из антистатического пакета, вот все детали:

• 1 x 100 кОм, 2 x 10 кОм, резисторы 10 x 1 кОм
• 4 диода 1N4148
• 3 Керамические конденсаторы x 22 пФ
• 1 конденсатор 0,1 мкФ (104), 1 конденсатор 0,001 мкФ (102)
• 5 7-сегментных светодиодных дисплеев 5611AH
• Кристалл 20 МГц
• Разъем DIP16 + Microchip PIC16F628A 8-битный PIC микроконтроллер
• S9014 Кремниевый транзистор NPN (предварительный усилитель, низкий уровень и низкий уровень шума)
• S9018 Кремниевый транзистор NPN (усилитель AM / FM, гетеродин FM / VHF)
• 7550A-1 сильноточный низковольтный 5 В напряжение регулятор
• переменный конденсатор (TODO: какой диапазон?)
• кнопка
• 1×3 гнездо
• цилиндр входного разъема постоянного тока

Пристальный взгляд на печатную плату:

Плата достаточно хорошо маркирована, шелкография четко указывает компонент ценности.Здесь нет позиционных обозначений или даже руководства, в отличие от комплекта для поверхностного монтажа, который я обсуждал в Электроника для поверхностного монтажа для любителей: проще, чем вы думаете , но ни то, ни другое не было необходимо — у меня не было никаких проблем с поиском того, какой компонент и куда , а шелкография также четко указала на ориентацию компонентов. В любом случае, давайте соберем этот комплект.

Сборка

Вставка всех резисторов:

Было десять 1 кОм, два 10 кОм и один 100 кОм, поэтому мне даже не пришлось читать полосы цветовой кодировки резисторов.Формованные провода продевают через предварительно просверленные сквозные отверстия, загнутые наружу, чтобы удерживать их на месте. Вставка дополнительных компонентов:

Перевернул плату, быстро припаял и обрезал каждый вывод:

и припаял остальные компоненты. Я ожидал, что этот процесс завершится быстрее, учитывая, что в этом проекте не так много всего. Вот конечный результат:

Выглядит довольно близко к изображению продавца:

Мне достаточно было взглянуть на это изображение, чтобы узнать, где припаять 3-контактный разъем.Не в 3 отверстия с надписью «+ — IN», а в отверстиях без маркировки поблизости. В любом случае, теперь, когда комплект собран, он работает?

Power

Этот комплект поставляется с центрально-положительным цилиндрическим разъемом размером около 3/8 дюйма. Адаптера питания в комплекте нет, вы здесь сами. Но подойдет любой источник напряжения от 5 до 9 В.

Без совместимой настенной бородавки я припаял провода к клеммам + и -, затем подключил к земле и +5 В от коммутационной платы Raspberry Pi. Это работало нормально, но я бы предпочел что-то вроде 9 вместо этого зажим для батареи вольт для портативного использования.Как и тестер компонентов MTester, о котором я писал в Организация электронных компонентов . Зажим для аккумулятора или, возможно, разъем питания USB кажутся очевидным улучшением, интересно, почему они выбрали этот неясный цилиндрический разъем вместо этого. Но это лишь незначительный недостаток.

Очистка флюса

К настоящему моменту я припаял приличное количество плат, но полностью оставил остатки канифольного флюса. Пора купить очиститель флюса. Купил распылитель изопропилового спирта 91%, распылил его и встряхнул старой зубной щеткой и ватным тампоном.Оказалось, что флюс мгновенно растворяется после распыления. Раньше весь этот мерзкий флюс:

, а после чистки IPA:

намного лучше. Спирт оставил липкие остатки, я счистил их большую часть, но, возможно, лучше очистить с помощью ацетона, как описано в:

, но сейчас я обязательно буду чистить доски хотя бы изопропилом.

Без лишних слов, пора испытать кристаллы!

Кристаллы кварца

За годы работы мне удалось собрать пару кварцевых генераторов от различных устройств.Они годами сидели в ящике, не зная, что я буду с ними делать. Но это замечательные компоненты, обычно сделанные из кварца, как подробно описано в этом старом, но превосходном фильме 1964 года:

Для первого теста я вставил кристалл с надписью 27.000 (10):

, он работает! На дисплее отображается «27.00», что означает 27.00 МГц. Успех.

Теперь, когда мы знаем, что схема работоспособна, я протестировал все остальные свои кристаллы:

• SUNNY 20, 27.000 (10), 01–40 (e): измерено 27.00 МГц
• 5120.0 TEW 8G: измерено 5,120 МГц
• 7,3728 UN 90 (этикетка была частично удалена после распайки капли припоя на верхней части металлического корпуса и удаления флюса, но изначально было 7,3728): измерено 7,374 МГц , это первый, немного уступающий
• SD33.8688: измерено 33,87 МГц

Это вряд ли впечатляющая коллекция кристаллов, но приятно видеть, что все они смогли успешно колебаться вблизи своей указанной частоты.

Керамические резонаторы

Кварцевый кристалл — наиболее известный материал для генераторов на сегодняшний день, используемый в кварцевых часах для точного хронометража, я уже упоминал об этом еще при калибровке SDR через GSM FCCH с использованием Kalibrate и LTE-Cell- Сканер на RTL-SDR и HackRF — но есть еще один материал, полезный для генераторов: титанат свинца-циркония (PZT), используемый в так называемых керамических резонаторах.

Керамические резонаторы дешевле, но менее точны (допуск 0,5% по сравнению с 0,001% для кристаллов кварца согласно Википедии), поэтому их можно использовать там, где точность частоты не критична, например, тактовая частота процессора. Фактически, в некоторых компьютерах даже есть настройка для намеренного увеличения частоты процессора с целью уменьшения электромагнитных помех, расширения спектра:

Я протестировал два керамических резонатора следующим образом (примечание: центральный провод заземлен):

• ZTT 12 .00MT: измерено 11,92 МГц или 11,91 МГц, в пределах 0,67% от предполагаемых 12,00 МГц. Вы могли видеть, что частота колеблется между 11,92 МГц и 11,91 МГц, что явно отражает неполноценность керамического резонанса.
• 4,00 Gd: Не удалось измерить частоту, тестер показал только «0»

Я также тестировал эти компоненты с помощью MTester (см. Организация электронных компонентов ), , и они были распознаны как конденсаторы на 43 пФ и 54 пФ соответственно:

, что неудивительно, учитывая, что конструкция керамических резонаторов может иметь некоторое сходство с керамическими конденсаторами.MTester не распознал кристаллы кварца как что-либо, только показывая «неизвестная / поврежденная / отсутствующая часть». Кристаллы / резонаторы не поддерживаются MTester (TODO: можно ли улучшить прошивку MTester для измерения частоты?)

Дополнительные кристаллы кварца

В дополнение к моей скудной коллекции утилизированных кристаллов кварца, куплено:

• 15 комплектов кварцевых осцилляторов значений каждый 1, 4M, 6M, 7.3728M, 8M, 10M, 11.0592M, 12M, 12.288M, 16M, 20M, 22.1184M, 24M, 25M, 48M, 32.768K (3 * 8)

прибыл за 19 дней в небольшом пластике bag:

Заказал два заказа, так что у меня по два каждого, выбросил мешки:

Измерял каждый кристалл, здесь они перечислены по этикетке:

• (без этикетки, предположительно 32.768 кГц): не тестировалось, не подходит для розетки
• JWT4.000: ??? постоянно сильно меняется, не может получить четкие показания
• 6.000: 6.0010 МГц, 6.0009 МГц
• 7.3728: 7.3737 МГц, 7.3734 МГц
• 8.000: 8.0009 МГц, 8.0007 МГц
• 10.000: 10.001 МГц, 10.001 МГц
• 11.0592 : 11,060 МГц, 11,060 МГц
• 12.000: 12,001 МГц, 12,001 МГц
• 12,288: 12,289 МГц, 12,289 МГц
• 16,000: 16,000 МГц, 16,000 МГц
• 20,000: 20.001 МГц, 20,001 МГц
• 22,1184: 22,120 МГц, 22,120 МГц
• 24,000: 24,002 МГц, 24,003 МГц
• 25,000: 25,002 МГц, 25,003 МГц
• 48,000: 0 (слишком высоко для тестера? Но рекламируется как ≤ 50 МГц), 0

Продавец тестера кристаллов заявляет «1 Гц-50 МГц», но я не смог точно прочитать кристаллы 4 МГц или 48 МГц. Может нужна калибровка регулировкой переменного конденсатора? Пытался повернуть его небольшой отверткой Philips, но при касании дисплей сбрасывался, но видимой регулировки частоты не было.Из руководства:

и есть режим программирования, вход в который осуществляется долгим нажатием кнопки. В руководстве также говорится, что диапазон проверки кристалла составляет «около 1–45 м», хотя он поддерживает измерение килогерцовых сигналов (частоты в кГц отображаются мигающими, а МГц — постоянными). При максимальной тестовой частоте кристалла 45 МГц невозможность измерения кристалла 48 МГц неудивительна.

Это устройство представляет собой тестер кварцевого генератора, а также частотомер, см .:

«-» и «+» подключаются непосредственно к разъему входа питания 5–9 В, а «IN» подключается к микроконтроллеру PIC.Вместо того, чтобы вставлять кристалл в гнездо с 3 отверстиями (слева), вы можете напрямую вводить колебательный сигнал (справа). Максимальное входное напряжение сигнала составляет 5 В (, а не 5–9 В, как на входе блока питания).

Операционный усилитель прямоугольной формы

Существует множество способов создания генератора, некоторые ответы от / r / AskElectronics Circuit для преобразования постоянного тока в переменный включают генератор моста Вина для генерации синусоидальных волн или другие схемы для треугольных и прямоугольных волн.

У меня есть чип операционного усилителя с четырьмя LM324, благодаря восстановленному источнику бесперебойного питания , подарку, который продолжает дарить.Поразительно, сколько полезных компонентов я собрал из этого скромного ИБП. Сверяясь с таблицей данных LM324, набитой полезными приложениями, страница 17:

, если вы присмотритесь, вы можете заметить делитель напряжения — отмеченный на форумах по генераторам прямоугольных импульсов в электронном виде:

С тех пор, как я построил биполярный источник питания ± 5 В (см. Электроника для поверхностного монтажа для любителей: проще, чем вы думаете, ), R2 и R3 можно не устанавливать, вместо этого я помещаю ноль вольт, или землю, в +, и запитываю операционный усилитель с помощью — 5 В и +5 В.В дополнение к операционному усилителю LM324 (или какому-либо другому) необходимы только два резистора R1 и R2 (оба по 100 кОм) и один конденсатор C = 0,001 мкФ.

Чтобы прослушать прямоугольные колебания, я использовал динамик на 8 Ом и трансформатор аудиовыхода, собранные на печатной плате для комплектов Electronic project kits: возьмите винтажный 160-в-1 . Все три платы соединены между собой:

При включении я слышу характерный прямоугольный звук:

, но вопрос в том, какая частота?

Заголовок входного сигнала

Заголовок частотомера на этой плате не заполнен и не входит в комплект.У меня был запасной разъем, поэтому я припаял его:

Однополярное питание

Поскольку частотомер принимает только входной сигнал с максимальным напряжением +5 В, в любом случае мы должны добавить делитель напряжения, как в исходной схеме (или делитель напряжения. на выходе) и снимите источник питания ± 5 В:

Все резисторы имеют сопротивление 100 кОм, и эта схема теперь работает от одного источника питания +5 В (прямоугольный звук слышен при подключении к динамику).

Считаем частоту

Наконец, мы можем измерить частоту.Частотомер питается от +5 В, который напрямую подключается через 3-контактный разъем к генератору прямоугольных импульсов операционного усилителя вместе с входным сигналом:

Частота не слишком стабильна, не ожидалось, меры примерно от 4.200 до 4.202 с мигающей десятичной точкой (= килогерцы) выглядит разумным. Напоминает сгенерированный квадрат 4002 Гц в Audacity:

В целом я вполне доволен этим самодельным набором тестера / частотомера кварцевого генератора. Рекламируется, что он поддерживает частоту до 45 МГц, мне удалось успешно протестировать 33.Кристалл 87 МГц, но не 48 МГц. Низкочастотные кристаллы не так хорошо поддерживаются: якобы 1 МГц — это минимум, но самый низкий, который я мог стабильно измерить, был 5,120 МГц; не удалось получить стабильные показания на кристалле с частотой 4.000 МГц.

Однако входной сигнал частотомера может без проблем подсчитывать килогерцовые сигналы. Я построил прямоугольный генератор с операционным усилителем LM324 и смог измерить частоту около 4 кГц.

Комплект легко собрать, он состоял из всех сквозных компонентов (но я бы не возражал, если версия этого комплекта для поверхностного монтажа была бы более полезной, чем комплект светодиодных индикаторов для практики, встроенный в для поверхностного монтажа. электроника для любителей: проще, чем вы думаете ), и конечный результат — полезный инструмент для тестирования кристаллов и подсчета частот сигналов.Мои единственные претензии связаны с необычным цилиндрическим разъемом блока питания — вместо него следовало использовать стандартный USB (TODO: попробовать его дооснащение?) И отсутствием заголовка входного сигнала, но это лишь очень незначительные недостатки.

В заключение, я определенно рекомендую этот комплект всем, кто хочет построить свой недорогой тестер кварцевого генератора + частотомер.

ВЧ частотомер Raspberry Pi, я создаю много ВЧ схем

Я создаю много ВЧ схем, и часто бывает удобно измерять и регистрировать частоту с помощью компьютера.Раньше я создавал автономные частотомеры, частотомеры с интерфейсом ПК и даже взломал классический частотомер, чтобы добавить интерфейс USB (на самом деле дважды). В моем последнем устройстве используется всего 2 микрочипа, чтобы предоставить Raspberry Pi возможность измерения радиочастотной частоты. Радиочастотный сигнал синхронизирует 32-разрядный счетчик SN74LV8154 (1,04 доллара США на Mouser), подключенный к 16-разрядному расширителю ввода-вывода MCP23017 (1,26 доллара США на Kynix), доступному для Raspberry Pi (через I²C), чтобы обеспечить измерения частоты в реальном времени из сценария python для 2 доллара.30 компонентов! Ну плюс стоимость Raspberry Pi. Все файлы для этого проекта находятся на моей странице GitHub.

Вся схема всего два микрочипа! У меня есть несколько пассивных устройств для очистки РЧ-сигнала (РЧ-вход нагружен резистором 1 кОм на землю, развязан через последовательный конденсатор 100 нФ и сбалансирован на VCC / 2 через делитель напряжения из двух резисторов 47 кОм), но если измеренный сигнал уже является сильной прямоугольной волной, их можно не учитывать. Схема требует стробирующего импульса, который обычно составляет 1 импульс в секунду (1PPS) и может быть сгенерирован путем деления на 32.Генератор 768 кГц, запасной контакт на микроконтроллере, причудливый эталон времени 1PPS или, как в моем случае, модуль GPS (Neo-6M) с выходом 1PPS для обеспечения чрезвычайно точного стробирования.

Подключения интуитивно понятны! Адрес I2C равен 0x20, когда A0, A1 и A2 заземлены. GPB (1-4) управляют выбором регистра счетчика, а GPA (0-7) считывает каждый бит выбранного регистра. Все это управляется Python, но может быть тривиально написано на любом языке.

Вот краткое описание того, как работает код: сначала я отправляю байты по адресам 0 и 1, чтобы установить все контакты GPIO A как входы, а GPIO B как выходы.Обратите внимание, что для выхода используются только 4 из 8 контактов, поэтому технически 4 дополнительных контакта можно использовать для таких вещей, как мигание светодиодов или управление другими устройствами. Затем я установил контакты выбора регистра, отправив значение 0x13 (GPIO B), и прочитал всю шину GPIO A (INTCAPB, 0x18). Подробные сведения об адресе см. В таблице данных. Я делаю это 4 раза (по 1 на каждый байт 32-битного счетчика), делаю небольшую математику, чтобы преобразовать его в значение частоты, и сравниваю текущее значение с последним значением и принимаю разницу для отображения как измеренную частоту.

Преимущество этого непрерывного режима заключается в том, что тактовые циклы не теряются, поэтому вентиль, который случайно срабатывает немного раньше из-за дрожания и прерывает цикл, компенсирует это при последующем чтении. Это показано выше, поскольку этим методом измеряется очень стабильная опорная частота 10 МГц. «Медленный» тик тактового сигнала 1PPS вызывает немного большее значение, компенсируемое тем, что следующее показание немного ниже. Таким образом, источники часов, которые являются чрезвычайно точными, но страдают от низкой точности (например, источники времени GPS), могут обеспечить максимальное долгосрочное измерение частоты.Сочетание этого метода измерения частоты с возможностью генерировать аналоговое напряжение с помощью Raspberry Pi позволит мне провести несколько интересных экспериментов с кварцевым генератором, управляемым напряжением.

Эксклюзивный частотомер 2,5 ГГц Эксклюзивный частотомер

2,5 ГГц Эксклюзивный частотомер 2,5 ГГц
с синим ЖК-дисплеем 2×16
В этом проекте рассказывается об очень мощном частотомере, который имеет множество полезных программных функций.
Программа может складывать или вычитать 3 разные частоты ПЧ (455 кГц, 10.7 МГц и 21,4 МГц).
У вас также есть два уровня разрешения: 1 кГц и 100 Гц.
Основной генератор может быть встроенным 13 МГц или внешним 10 МГц.
Данные счетчика могут быть легко переданы на компьютер с помощью кабеля RS232 (программное обеспечение ниже).
Конструкция чрезвычайно проста, а устройство очень маленькое.
Этот проект представлен в версии KIT, подробности см. Ниже.
Любой вклад на эту страницу приветствуется!

Фон
Еще раз, пора обновить частотомер.
Частотомер — один из самых важных измерительных инструментов, который нам нужен как доморощенный радиотехнический прибор.
Этот частотомер имеет очень высокую производительность, но при этом очень прост в сборке и использовании.
Любой может построить его и получить профессиональный инструмент для измерения частоты.
Счетчик основан на ЖК-дисплее с 2 строками и 16 символами.
Я использовал широко распространенный дисплей на базе HD44780.
Схема PIC16F870 управляет всеми функциями подсчета и отображения.
Добавлен предварительный делитель, чтобы можно было измерить до 2 единиц.5 ГГц с высокой чувствительностью.

Размер модуля дисплея (Ш x В x Т): 80 мм X 36 мм.
Печатная плата контроллера имеет такой же размер. Это делает устройство очень маленьким и тонким.

В системе меню этого частотомера вы можете выбрать одну из двух опорных частот.

Встроенный кристалл 13,000 МГц (рисунок справа) или

Внешний сигнал 10.000 МГц.
Причина использования внешней опорной частоты 10.000 МГц заключается в том, что она распространена среди опорные генераторы, такие как источник синхронизированной частоты HP Z3801 GPS.

Какова причина добавления / вычитания частоты ПЧ?
Радиоприемники сегодня работают с промежуточной частотой (ПЧ). Есть три частоты, которые часто используются, и они 455 кГц, 10,7 МГц и 21,4 МГц. Причина наличия промежуточной частоты заключается в оптимизации фильтрации в приемнике. На картинке справа показан основной принцип работы приемника. У вас есть антенна, подключенная к смесителю, и блок LC (осциллятор), который также подключен к тому же смесителю.Продукт смесителя будет иметь много разных частот, но наиболее интересными являются ПЧ на 10,7 МГц или 455 кГц.
Для получения частоты ПЧ ваш генератор должен работать на 10,7 МГц выше желаемой частоты или на 10,7 МГц ниже желаемой частоты.
То же самое, если ПЧ составляет 455 кГц, тогда генератор должен работать на 455 кГц выше желаемой частоты или на 455 кГц ниже желаемой частоты.
Пример:
Вы хотите получать на частоте 100 МГц. Тогда OSC устанавливается 110.7 МГц, и это даст вам IF = 10,7 МГц.
Если вы теперь измеряете OSC, ваш частотомер покажет 110,7 МГц, но вы слушаете 100 МГц !!!
Мы хотим (добавить) или вычесть ПЧ (10,7 МГц) из измеренной частоты, чтобы вы могли определить фактическую частоту приема.
Программное обеспечение этого счетчика справится со всем этим за вас. Просто подключите счетчик к принимающему OSC и наслаждайтесь.
Подробную информацию о приемнике IF и OSC можно найти, щелкнув по этой ссылке.

Аппаратно-схема
Основная часть этого проекта — ЖК-дисплей, PIC16F870 и прескалер LMX2322.
ЖК-дисплей представляет собой стандартный 2-строчный 16-символьный дисплей, подключенный в 4-проводном режиме к PIC.
Внизу вы найдете частоту 13,000 МГц или внешнюю частоту 10,000 МГц, подключенную к PIC.
Конденсатор C9 переменный и используется для калибровки частотомера.
Если у вас есть внешний генератор 10 МГц, вы должны удалить кристалл C8, C9 и подключить сигнал к контакту 9 PIC16F870.
На выводе 5 у вас есть выход. Его можно подключить к пьезо-зуммеру или к нему, чтобы генерировать звуковой сигнал всякий раз, когда любая кнопка нажата.
Если вы не хотите его использовать, можете оставить этот пин как есть.
Контакт 2 — это переключатель SW1, с помощью которого вы можете переключать варианты в системе меню.
Контакт 4 — это переключатель SW2, который направляет вас через систему меню из семи этапов.

Печатная плата и КОМПЛЕКТ

Ниже вы можете найти всю информацию, чтобы сделать свою собственную печатную плату для этого счетчика.

Если вы хотите купить комплект в сборе с печатной платой заводского изготовления, вы можете немного спуститься в раздел под названием «KIT».Нажмите здесь, чтобы спрыгнуть!

Выше вы можете скачать файл (pdf), представляющий собой черную печатную плату.
Печатная плата является зеркальной, потому что сторона с печатью должна быть обращена вниз во время воздействия ультрафиолета.
Справа вы найдете картинку, показывающую сборку всех компонентов на одной плате.
Вот как должна выглядеть настоящая плата, когда вы собираетесь паять компоненты.
Это плата для компонентов поверхностного монтажа, поэтому медь находится на верхнем слое.

Серая область — медная, и каждый компонент нарисован разными цветами, чтобы упростить просмотр. идентифицировать для вас.
Масштаб PDF-файла составляет 1: 1, а изображение справа увеличено в 4 раза.
Щелкните по картинке, чтобы увеличить ее.

Сборка
Хорошее заземление очень важно в радиочастотной системе. Я использую нижний слой как Земля и подключаю его с верхним слоем в трех местах (сквозные отверстия), чтобы получить хорошее заземление.
Просверлите небольшое отверстие в печатной плате и припаяйте провод к каждому сквозному отверстию, чтобы соединить верхний слой с нижним слоем, который является грунтовый слой. Три сквозных отверстия можно легко найти на печатной плате, а на сборочном рисунке справа они помечены «GND» и отмечены красным цветом.Просверлите оставшиеся 16 отверстий для заглушки 2,54 мм, которая будет соединять ЖК-дисплей к печатной плате.
Поскольку задняя панель печатной платы заземлена, вы должны убедиться, что медь не соединяется с контактом. Заголовок 2,54 мм на задней стороне. Самый простой способ удалить медь с задней стороны — это использовать сверло большего размера (3 мм) и просверлить сверло в отверстиях на задней стороне. обратная сторона печатной платы.

Пайка и тестирование:
Пайка этого устройства довольно проста.
Подключите ЖК-дисплей к плате с помощью (Pin Header 2.54 мм).
PIC16F870 припаян непосредственно к стороне компонента, как если бы он был частью smd (см. Рисунок вверху страницы).
Советую припаять все компоненты, кроме LMX2322.
Подключите питание и убедитесь, что у вас стабильно + 5В на линии питания PIC16F870 и дисплея.
P1 необходимо отрегулировать для обеспечения хорошей контрастности дисплея. Напряжение на выводе 3 ЖК-дисплея должно быть около 0,5–1,5 В.
Если все в порядке, вы должны перейти в меню 1 «Частотный вход».
Поскольку у вас нет входного сигнала от любого LMX2322, показание будет нулевым.
Добавлена ​​перемычка J1 , чтобы выбрать, хотите ли вы сильную подсветку или нет.
Если перемычка J1 отключена, ЖК-дисплей будет иметь мягкую подсветку, потому что через R6 будет проходить слабый ток.
При подключении перемычки J1 будет сильная подсветка.

Калибровка:
Когда используется кристалл 13 МГц, калибровка счетчика выполняется конденсатором переменной емкости C9. Он сможет изменять синхронизацию на 100 ppm (10 кГц при 100 МГц).У большинства людей нет хороших эталонов для калибровки, и тогда это немного сложно. Предполагается, что частотомер является измерительным инструментом с хорошей точностью.

Одна вещь, которую вы можете сделать, — это «калибровка для бедняков». Вы можете использовать хороший TCXO или равный ему с хорошим частотным допуском.
Я тестировал кварцевые генераторы VCTCXO 12,800 МГц производства NDK (NKG3001B) , которые есть на моем компоненте. страницы и имеет допуск 2,5 промилле. Я подключаю 12,8 МГц 2,5 ppm к входному контакту 11 (RC0) PIC.Поскольку я питаю вход с частотой 12,8 МГц, я имитирую входной RF сигнал 1,638,400,000 Гц.
Теперь на дисплее должно отображаться значение 1 638 400 000 Гц. Все, что вам нужно сделать, это настроить C9, пока не дойдете до нужного значения на дисплее. Теперь у вас есть частотомер с точностью 2,5 ppm (250 Гц при 100 МГц).
Вы также можете использовать калиброванный TCXO 10.000 МГц, 0,1 ppm, см. Магазин, затем вкладка Crystal -> TCXO
Входной сигнал 10 МГц должен показывать 1,28 ГГц (Схема справа).
Вы также можете использовать эталонный кристалл 10 МГц для управления счетчиком.( См. Ниже )

Внешняя опорная система 10 МГц

Этот счетчик может работать с двумя опорными частотами.

Встроенный опорный сигнал 13 МГц

Внешний опорный сигнал 10 МГц

Для внешнего опорного сигнала 10 МГц требуется небольшая модификация.
Внешний опорный сигнал 10 МГц должен быть подан на вывод 9 на PIC16F870.
Снимите (, красное обозначение ) конденсатор C9, кристалл X1 и конденсатор C8.
Подайте внешний сигнал 10 МГц на вывод 9, который вы можете найти в положении кристалла (см. Рисунок справа).

Нижняя площадка конденсатора C8 подключена к земле, а нижняя площадка J4
подключена к Vcc (который может использоваться для управления TCXO 10 МГц).

Как подключить TCXO 10,000 МГц 0,1 ppm в качестве эталона
На схеме справа показано, как можно подключить откалиброванный TCXO 10,000 МГц 0,1 ppm
на счетчик Эксклюзив. Vcc и GND можно найти на печатной плате, как показано на рисунке.

Никаких ошибок до и после фланга!
Этот частотомер использует интеллектуальную систему стробирования и специально разработанный алгоритм для обнаружения возможных пре- или постфлангов. в счетной системе.

В результате получается очень точный и стабильный частотомер
, который вы найдете только в дорогих коммерческих частотомерах.

Пайка LMX2322
Вот и большая проблема.
Щелкните здесь, чтобы увидеть фото и узнать, как паять компоненты SOIC и smd.
Схема представляет собой схему SO-IC с мелким шагом, и эта маленькая ошибка может сделать вашу жизнь несчастной.
Не волнуйтесь, я объясню, как с этим справиться. Используйте тонкий свинцовый припой и чистый паяльный инструмент.
Я начинаю с фиксации по одной ноге с каждой стороны контура и проверяю, правильно ли она размещена.
Потом припаиваю все остальные ножки и мне все равно, будут ли свинцовые перемычки.
После этого пора прибираться, и для этого я использую «фитиль».
Демонтажный фитиль представляет собой плоскую плетеную медную оплетку, которая во всем мире похожа на экранирование фонокорректора. (разве что экран луженый) без шнура.
Я пропитываю фитиль канифолью и кладу его на ножки и перемычки контура.Затем фитиль нагревается паяльником, и расплавленный припой капиллярно течет вверх по оплетке. После этого все мосты исчезнут, и трасса будет выглядеть идеально.
Фитиль и тонкий припой будут добавлены в КОМПЛЕКТ.

Назначение резистора R5
Перед тем, как паять R5, следует проверить частотомер.
Вход LMX2322 (предварительный делитель) очень чувствителен. Когда вход не подключен к какому-либо источнику, схема выберет подавить любой радиочастотный шум и начать автоколебание.
Это поведение можно использовать для простой проверки работы схемы. Когда питание включено, на дисплее должно отображаться что-то вроде 1,4–1,6 ГГц.
Если да, то можете быть уверены, что ФАПЧ правильно припаяна и работает нормально. Для предотвращения автоколебаний во входной каскад добавлен резистор R5.
Это заставит счетчик показывать 0, когда нет РЧ-сигнала. R5 не влияет на радиосигнал или чувствительность частотомера.

Программное обеспечение PIC
Давайте посмотрим на различные системы меню и варианты выбора этого частотомера.
Все настройки выполняются двумя переключателями SW1 и SW2.
Устройство всегда будет помнить последние настройки, даже если питание отключено.
На рисунке ниже показаны все варианты выбора в меню.

SW2 проведет вас через меню из семи вариантов.

Меню 1 покажет фактическую частоту.

Меню 2 добавит к частоте 455 кГц.

Меню 3 вычитает 455 кГц из частоты.

Меню 4 добавит 10.7 МГц на частоту.

Меню 5 вычитает 10,7 МГц из частоты.

Меню 6 добавляет к частоте 21,4 МГц.

Меню 7 вычитает 21,4 МГц из частоты.

Меню 8 установит опорную частоту PIC16F870. (Вы можете выбрать между встроенным 13 МГц или внешним 10 МГц).

Меню 9 установит время стробирования. (Вы можете выбрать быстрое разрешение 1 кГц или медленное разрешение 100 Гц).

SW1 будет переключать для вас варианты выбора в меню 8 и 9.

Индивидуальная частота ПЧ
Если вы хотите получить другую частоту ПЧ, напишите мне.

Программное обеспечение Windows

Программное обеспечение Windows довольно простое. Сначала вы выбираете входной com-порт.
Я увеличил его до 4, потому что ноутбуки (использующие преобразователь USB в RS232) часто получают com-порт 3 или 4. После выбора компорта вы просто нажимаете старт.
При желании вы можете изменить цвет дисплея, нажав кнопку «Цвет дисплея» и выбрав другой скин. Вы, конечно, можете создать свой собственный скин, если изображение в формате gif (включенные файлы) имеет тот же размер, что и примеры. На картинке выше показаны некоторые из них.
Программное обеспечение Windows и код VB можно использовать бесплатно. Если вы опытный программист (а я им не являюсь), я буду рад разместить здесь ваше программное обеспечение.

Протокол передачи:
Связь между частотомером и компьютером основана на стандартной последовательной связи.
Последовательный канал RS232 использует 1200 бод, 8 бит, без контроля четности и один стоповый бит (1200, n, 8,1).
Протокол передачи очень простой. Каждый пакет данных состоит из , всегда из 8 символов.

Пример: счетчик измеряет 1 020 157 000 Гц (как на картинке выше)
8 переданных символов будут «10201570». ( 8 символов)
Поскольку наименьшее разрешение составляет 100 Гц, последние два нуля не передаются счетчиком, они добавляются в программе Windows.
Если частота меньше 1 ГГц или меньше 100 МГц, первые два символа будут «пробелом» для генерации 8 переданных символов.

Чувствительность входного сигнала
В таблице ниже показаны мои измерения чувствительности этого устройства.
Этот счетчик будет работать лучше всего при входной частоте от 5,0 МГц до 2,5 ГГц.
Ниже вы увидите таблицу некоторых измерений, которые я провел с помощью генератора сигналов Marconi 2019A.
Я также измерил VCO: s на 2.0 -2,5 ГГц отлично.
Входной сигнал прерывается на предделителях с сопротивлением 100 Ом, и, поскольку входное сопротивление предделителя составляет 100 Ом, у вас есть общий входное сопротивление 50 Ом.

Частота (МГц)	мВ среднеквадратичное значение	мкВт (на нагрузке 50 Ом)	дБм (на нагрузке 50 Ом)
5,0	280	1600	+2.0
10,0	126	316	-5,0
50,0	40	31	-15
100	22	10	-20
200	11	2.5	-26
300	8,9	1,6	-28
400	7,1	1,0	-30
500	7,1	1,0	-30
600	7.1	1,0	-30
700	7,1	1,0	-30
800	7,1	1,0	-30
900	7,1	1.0	-30
1000	7,1	1,0	-30

Аттенюатор
Иногда ваш радиочастотный сигнал слишком силен для частотомера, и тогда вы можете добавить аттенюаторы между источником сигнала и частотомером.
Аттенюатор — это электронное устройство, которое уменьшает амплитуду или мощность сигнала без существенного искажения его формы волны.
Затухание выражается в децибелах относительной мощности.
Как показывает практика, мощность пэда 3 дБ делится на половину, на 6 дБ — на четверть, 10 дБ — на 10, 20 дБ — на 100, 30 дБ — на одну тысячу и так далее.
Для напряжения вы удваиваете дБ, например, 6 дБ — это половина напряжения.

Аттенюаторы очень просты в сборке, и они действительно хорошо работают.
На рисунке справа показано, как построить аттенюатор на 6 дБ.
При необходимости вы можете последовательно подключить несколько аттенюаторов.

6 дБ означает, что выходная мощность составляет только 1/4 входной мощности.
Это также означает, что выходное напряжение составляет 1/2 входного напряжения.
Как видите, я использовал резистор SMD на 100 Ом, потому что он дешевый, чисто резистивный и к тому же точный.
Вот хорошая и простая ссылка для расчета аттенюаторов: Калькулятор резистивного затухания в сети Pi & Tee

КОМПЛЕКТ
Этот проект является обязательным для всех домашних пивоваров, поэтому я собрал полный комплект с заводской печатной платой.
Все компоненты, печатная плата, ЖК-дисплей и PIC16F870 для Exlusive 2.Частотомер 5 ГГц включен в КОМПЛЕКТ (Щелкните здесь, чтобы загрузить компонент list.txt).
Если вы хотите купить только предварительно запрограммированный PIC16F870, щелкните здесь и найдите в разделе ICs -> MCU Pre-prog.

Закажите КОМПЛЕКТ , который будет включать все детали, перечисленные ниже		Печатная плата заводского производства Нажмите на картинку, чтобы увидеть увеличенное изображение. Печатная плата синего цвета, заводского изготовления.
1 шт.	Синяя печатная плата заводского изготовления — см. Фото справа
1 шт.	16×2 ЖК-дисплей с HD44780 Контроллер и синяя подсветка
1 шт.	PIC16F870 PIC16F870 с предварительно запрограммированным программным обеспечением (DIP)
1 шт.	28-контактный разъем IC для PIC16F870 (DIP)
1 шт.	Схема предделителя LMX2322 smd
1 шт.	BC856 (PNP Q1) smd
2 шт.	MMBD7000LT1-D (диод D1, D2) smd
1 шт.	Кристалл 13.000MHz smd высокая производительность (X1)
1 шт.	78L05 РЕГУЛЯТОР + 5 Вольт (V1)
1 шт.	22pF smd (C8)
1 шт.	Конденсатор переменный smd (C9)
2 шт.	1 нФ smd (C6, C7)
4 шт.	100 нФ smd (C2, C3, C5)
1 шт.	2.2 мкФ smd (C10)	Скачать сборку maual Нажмите на картинку или на pdf, чтобы скачать. freqmanual.pdf
1 шт.	47 мкФ smd (C1)
2 шт.	Резисторы 100 Ом smd (R4, R6)
1 шт.	Резистор переменный smd (P1)
5 шт.	Резисторы 3.3к SMD (R1, R2, R3, R7, R8)
1 шт.	Резисторы 100кОм smd (R5)
1 шт.	16-контактный разъем (J6)
1 шт.	3-контактный разъем (J5)
5 шт.	2-контактный разъем (J1, J2, J3, J4, J7)
1 шт.	Джемпер (J1)
1 шт.	паяльный провод (очень тонкий)
1 шт.	Фитиль для очистки (для очистки от плохой пайки)
Заказать здесь		Характеристики Диапазон частот от 5 МГц до 2.5 ГГц 16-символьный двухстрочный высококонтрастный ЖК-дисплей 10-значный дисплей частоты Программируемое смещение ПЧ 2 кнопки для программирования пользователем Встроенный генератор 13 МГц или внешний 10 МГц Связь RS232 с компьютером Вход с защитой от электростатического разряда Малый размер 37 мм x 80 мм (1,5 x 3,1 дюйма) Простота сборки (проект на один вечер)

Раздел поиска и устранения неисправностей
Если у вас возникнут проблемы с вашим устройством, вы можете найти этот раздел полезным.

У меня нет текста на дисплее!

Убедитесь, что у вас есть + 5В на контакте 2 ЖК-дисплея и что фоновая подсветка работает.
Теперь вы должны проверить, что напряжение контрастности ЖК-дисплея в порядке.
Напряжение на выводе 3 ЖК-дисплея должно быть от 0,70 до 1,5 В.
Это даст хороший контраст!
Вы также должны убедиться, что у вас 5, 7, 8, 9, 10 на землю.
Теперь вы должны проверить, поступают ли сигналы данных на ЖК-дисплей.
Посмотрите на сигнал контактов 14, 13, 12, 11, 6 и 4 и убедитесь, что вы измеряете на ЖК-дисплее.
Я часто использую небольшой динамик или пьезоэлемент и слушаю сигналы.
Вы должны услышать щелкающий или звуковой сигнал.
Если у вас нет передачи данных на ЖК-дисплей, проблема связана с PIC16F870, следующий раздел.

Мой PIC16F870 не работает!

Убедитесь, что у вас есть + 5В на выводе 20 PIC.
Вы должны проверить, что сброс (контакт 1) переходит в высокий уровень при включении питания.
Генератор должен работать на частоте 13 МГц. (Проверьте с помощью осциллографа или аналогичного оборудования)
Убедитесь, что RA0 (контакт 2) и RA2 (контакт 4) имеет низкий уровень и переходит в высокий уровень при нажатии SW1 или SW2.

На ЖК-дисплее отображается только ноль, поэтому мой LMX2322 не работает!

Убедитесь, что цепь установлена ​​правильно.
Убедитесь, что у вас нет перемычек для пайки между ножками или заземлением.

Мой компьютер RS232 не работает!

Убедитесь, что у вас есть цифровой сигнал RS232 на RC6 (контакт 17).
Транзистор Q1 с D1 генерируют сдвиг уровня на + 5 В и -12 В для связи с компьютером.
На коллекторе Q1 у вас должен быть сигнал RS232, прыгающий между -12V и + 5V.
(Это будет работать только тогда, когда устройство подключено к компьютеру, так как -12 В поступает от компьютера.)
Если у вас его нет, убедитесь, что вы правильно подключили TX, RX и заземление на D-sub. .

Любая программа для com-порта (терминальное программное обеспечение) может использоваться для проверки того, что данные поступают в компьютер.

Заключительное слово
В этой части я описываю очень мощный частотомер с высокой чувствительностью и интеллектуальными программными функциями.
В остальном выглядит довольно круто.

Руководство по сборке
Заказчик, г-н Ларс А., прислал мне очень профессиональное пошаговое руководство в формате PDF,
, где он описывает, как он построил свой частотный блок и с чем он столкнулся во время сборки.
Отличная работа, Ларс, и мы все благодарим вас за ваши усилия.

Фотогалерея
Мне прислали по почте несколько собранных счетчиков. Пожалуйста, напишите мне больше.

---

Авторские права Последнее изменение 26 сентября 2006 г.

.