Клеммные колодки Keen Side

Простой низкочастотный частотомер

Microchip ATtiny13

Новое – это хорошо забытое старое

Частотомер предназначен для работы в составе аналогового генератора низких частот [1] и служит для замены круговой шкалы на оси элемента перестройки. Применение счетчика делает ненужными операции по подбору номиналов компонентов и укладке границ поддиапазонов.

Универсальные LED-драйверы семейства X6E от MOSO

Схема низкочастотного счетчика.
Рисунок 1. Схема низкочастотного счетчика.

Низкочастотный счетчик, схема которого представлена на Рисунке 1, состоит из минимума деталей (Рисунок 2). Счетчик не требует настройки и обладает необходимым в большинстве случаев диапазоном при минимальной стоимости. Основные элементы – это микроконтроллер (МК) ATTiny13/13A и 4-разрядный светодиодный дисплей на базе TM1637. Понадобится еще интегральный стабилизатор напряжения 5 В для подключения к питанию генератора.

Основные детали счетчика.
Рисунок 2. Основные детали счетчика.

Частота отображается в трех разрядах, десятичная точка проставляется автоматически. Горизонтальные сегменты четвертого знакоместа используются как индикаторы диапазона (Гц, кГц, Рисунок 3). Максимальная входная частота 500 кГц. Вход счетчика подключается к выходу компаратора, входящего в состав генератора [1]. При автономном использовании необходим простейший формирователь, так как обеспечить гистерезис программными средствами, сохранив полосу рабочих частот, не удалось из-за ограниченности ресурсов МК.

Индикация частоты 124 кГц.
Рисунок 3. Индикация частоты 124 кГц.

Временнáя база частотомера основана на внутреннем RC-генераторе 9.6 МГц микроконтроллера. Температурная нестабильность, согласно документации производителя, не превышает 1% и соизмерима с нестабильностью генератора низких частот, для которого предназначен счетчик. Любые вероятные отклонения от средней частоты 9.6 МГц компенсируются простым способом без вмешательства в программу. Об этом ниже.

Выходное напряжение генератора измеряется входящим в состав счетчика вольтметром с любым выпрямителем. Максимальное напряжение на входе не должно превышать напряжение питания МК. Встроенный измеритель имеет шкалу до 20.00 В с весом младшего разряда 10 мВ (Рисунок 4). Коэффициент преобразования вольтметра может легко изменяться в очень широких пределах и позволяет обеспечить точность показаний с любым выпрямителем и делителем. Ресурсы МК дали возможность применить метод повышения точности АЦП до 12 бит [2]. Для правильной синусоиды величина RMS (среднеквадратичное значение напряжения) составляет 0.707 от максимального значения, поэтому применение пикового детектора на входе АЦП МК – это самый лучший способ получить измерительный прибор, а не индикатор.

Индикация напряжения 2.87 В.
Рисунок 4. Индикация напряжения 2.87 В.

Перед началом работ со счетчиком его нужно откалибровать. На вход порта PB3 (вывод 2) подключается любой потенциометр номиналом от 1 до 100 кОм с линейной характеристикой (Рисунок 1а). Настоятельно рекомендуется проверить симметричность регулировки. Для этого ручка выводится в среднее положение, и измеряются сопротивления плеч. Подберите переменный резистор, у которого они равны с точностью не хуже 10%. Сгодятся и любые, но придется потратить больше усилий.

Потребуются эталонные частотомер и вольтметр. Для калибровки счетчика перед включением питания (!), ручку потенциометра нужно повернуть против часовой стрелки до упора. После включения в течение 4 с ручку поставить приблизительно в среднее положение. Режим калибровки индицируется на дисплее точкой в правой позиции. Отклонение ручки регулятора влево начинает уменьшать показания (окно счета сужается) и наоборот. Чем больше угол, тем выше скорость изменения.

Заканчивать калибровку необходимо в среднем положении регулятора, когда изменения нулевые. Придется подождать не более четырех минут, и счетчик перейдет в обычный режим. Поправка запоминается и используется при дальнейшей работе.

Точка-указатель гаснет. Точно так же калибруются показания вольтметра, только перед включением питания ручку следует повернуть по часовой стрелке. Скорости изменения показаний при калибровке счетчика и вольтметра существенно разные, поэтому придется работать внимательно и аккуратно.

Предупреждение. Если забыть вернуть регулятор в среднее положение, значение поправки не сохранится в памяти. Запись может произойти только в среднем положении. Это сделано для того, чтобы ограничить возможности разовой коррекции, так как программных границ регулировки не предусмотрено.

После этой операции потенциометр не нужен и может быть заменен на простой переключатель режимов FX/VX (Рисунок 1а). Однако, сохранив потенциометр в схеме, вы получите плавный переключатель. В крайнем левом положении на индикаторе отображается частота, в правом – напряжение. Между ними 8 вариантов в соотношении времени. «Квант» времени – 1 с. Соответственно, возможность калибровки прибора доступна всегда.

Дисплей перед использованием в схеме придется доработать и удалить конденсаторы на шинах DIO и CLK (Рисунок 5). С ними гарантируется ненормальная работа индикатора. Прототип «поднебесной» TM1637 прекрасно справлялся со скоростями 400 кГц, и непонятно, зачем производители индикаторов загрубили скорость обмена. В нашем случае, программные задержки, в соответствии с протоколом обмена на модуль индикации, требовали ресурсов…

Доработка индикатора TM1637.
Рисунок 5. Доработка индикатора TM1637.

В момент включения питания на дисплее появляется информация о результате чтения поправок из EEPROM МК. Это сообщение об удачном чтении или рекомендация провести коррекцию, коэффициенты которой оказались повреждены.

Программное обеспечение составляют два файла для загрузки в программную память и EEPROM микроконтроллера. После того, как результаты коррекции удовлетворят пользователя, содержимое EEPROM советуем сохранить с именем оригинального файла и в дальнейшем использовать только его. Коррекция, в данном случае, будет гораздо проще. Fuses микроконтроллера должны быть запрограммированы кодом 0x7AF900 {Lo, Hi, Ex} (частота по умолчанию, делитель на 8 выключен, Brown-out detection level at VCC=4.3V).

Помните, что от стабильности питающего напряжения МК напрямую зависит точность вольтметра, поэтому самым лучшим решением будет питание МК и дисплея через разные стабилизаторы 78L05. Блокировочные конденсаторы на схеме отсутствуют.

Ссылки

  1. Валерий Бабанин. Низкочастотный генератор – тестер ОУ
  2. Валерий Бабанин. Простой цифровой вольтметр на ATtiny13A

Материалы по теме

  1. Datasheet Titan Micro Electronics TM1637
  2. Datasheet Microchip ATtiny13

Загрузки

  1. Файлы для загрузки в программную память и EEPROM
67 предложений от 37 поставщиков
ATTINY13A-SSU в корпусе SOP-8 SOIC - низкопотребляющий 8 битный КМОП микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny13...
Элитан
Россия
GJM0335C1E3R1BB01D
Murata
3.13 ₽
Akcel
Весь мир
ATTINY13A-MMUR
Microchip
от 4.14 ₽
Romstore
Россия, Беларусь
ATtiny13A-SU
от 59 ₽
HXD Co.
Весь мир
ATTINY13A-SSH
Microchip
68 ₽
ТМ Электроникс. Электронные компоненты и приборы. Скидки, кэшбэк и бесплатная доставка
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Теперь можно применить дисплей без доработки. Скачать файл http://vbb.su/wp-content/uploads/2022/06/lfc0C.7z , распаковать и использовать вместо lfc0.hex .
  • Дисплей с доработкой, без конденсаторов, будет работать нормально.