Простой частотомер на attiny2313 с динамической индикацией. Самодельный частотомер на ATTINY2313. Технические характеристики частотомера

Предлагаемый частотомер собран на микроконтроллере PIC16F873 и семиэлементных светодиодных индикаторах с общим катодом. Его расширяющая способность состовляет 0.1 Гц что может быть полезным при проведении точных измерений.

Основные технические характеристики:

Диапазон измеряемых частот ………………0.1Гц….40 МГц
Время измерения частот …………………….…….1с или 10с
Чувствительность …………………………………………0.1в
Напряжение питания ……………………………….…... 4.5-5в
Потребляемый ток в режиме ожидания ……………… 10ма
в режиме измерения…………30ма

Схема частотомера показанная на рисунке выше (нажмите на картинку для увеличения), На входе устройства установлен компаратор DA1, который включен по типовой схеме с инвертирующим входом. Порог срабатывания компаратора можно изменять подборкой резистора R4 - чем больше его сопротивление, тем выше порог. Робота компаратора управляется сигналом на входе LATCH (вывод 5) DA1, который поступает с линии порта RA3 (вывод 5 DD1), и разрешена при низком логическом уровне на этом входе.

Порт в микроконтроллере DD1 задействован для подачи напряжения на элементы a-h индикаторов HG1. HG2.

Входной сигнал преобразуется компаратором DA1 в прямоугольные импульсы с уровнями ТЛЛ, которые поступают на вход микроконтроллера для их дальнейшего счета. Восьмиразрядные регистры предделителя, таймера TMRO и двух счетчиков прерывания по переполнению TMR0 подсчитывают эти импульсы. Измерительный интервал задает таймер TMR1.

Информация в регистрах таймера TMR0 и счетчиков доступна для чтения, а вот содержимое высокочастотного (до 90 МГц) регистрапредделителя не доступно. Поэтому для извлечения информации, хранящейся в нем, применен ставший ставший уже классическим способом досчета импульсов до переполнения предделителя. После остановки счета значения TMR0 сохраняется в цыфровом компараторе. Число поданных на вход предделителя импульсов подсчитывается, и после каждого импульса сравниваются с текущее и сохраненное значения TMR0. При изменении текущего значения TMR0 подача импульсов на предделителе прекращается. Накопленное в младшем регистре число преобразованное в дополнительный код, и будет тем числом, которое было в предделителе Двоичный код на выходах четырех восьмиразрядных регистров преобразуется в двоично-десятичный, а затем в код для управления семиэлементными индикаторами.

После подачи питающего напряжения осуществляется инициализация регистров микроконтроллера. Частота переключения разрядов при динамической индикации должна быть такой чтобы не было видно мерцания индикатора. Как известно эта частота должна быть не ниже 25 Гц. Выбранная длительность индикации одного разряда на восьмиразрядном индикаторе составления F=1/T=1?(0.003*8) =41.7Гц, где F-частота обновления индикатора, Т- период. При такой частоте мерцание индикатора не заметно.

Периодически микроконтроллер проверяет состояние контактов кнопки SB1. Если кнопка зажатая, то состояние флага времени измерения изменяется на противоположное, при этом также изменяется положение запятой на индикаторе. Дале последовательно на индикатор выводится информация остальных разрядов. Последовательность вывода на индикацию нарушается только прерываниями.

В программе использованы два прерывания: одно по результату сравнения значений шестнадцатиразрядных регистров специального события (CCPR1H и CCPR1L) и регистров таймера TMR1 (TMR1H и TMR1L), другое - по переполнению таймера TMR0. Регистры CCP1 b TMR1 используются для формирования временного интервала измерения частоты. Делитель на 10 для получения интервала 10с реализованы на отдельных регистрах которые заполняются прерывании.

После сохранения значений контекстных регистров проверяются флаги прерывания. Если прерывание произошло по переполнению таймера TMR0, то инкрементируется счетчик и программа выходит из прерывания. При прерывании по результату сравнения модуля CCP1 заполняется регистр делителя на 10 и проверяется флаг временю Если установлено время измерения 10с заполняются регистр делителя на 10. После окончания времени измерения выполняются досчет и определение содержимого предделителя Полученные данные перекодируются в девять разрядов двоичного-десятичного кода. Для экономии энергии батарей портативного прибора все не значущие нули гасятся. При выполнении операций во время прерываний работа таймеров TMR0 и TMR1 не останавливается, поэтому цикл измерения повторяется непрерывно!

Фото собранного устройства и печатная плата от Александр Палей, а также исправленная ошибка в программе Александром. Прошивку и исходник можно скачать по ссылке, а печатную палту - по .

C этой схемой также часто просматривают:

Построенный . Он позволяет измерять частоты до 10 МГц в четырех автоматически переключаемых диапазонах. Наименьший диапазон имеет разрешение 1 Гц.

Технические характеристики частотомера

Диапазон 1: 9,999 кГц, разрешение 1 Гц.
Диапазон 2: 99,99 кГц, разрешение до 10 Гц.
Диапазон 3: 999.9 кГц, разрешение до 100 Гц.
Диапазон 4: 9999 кГц, разрешение до 1 кГц.

Описание частотомера на микроконтроллере

Микроконтроллер Attiny2313 работает от внешнего кварцевого генератора с тактовой частотой 20 МГц (это максимально допустимая частота). Точность измерения частотомера определяется точностью данного кварца. Минимальная длина полупериода измеряемого сигнала должна быть больше, чем период кварцевого генератора (это связано с ограничениями архитектуры микроконтроллера ATtiny2313). Следовательно, 50 процентов от тактовой частоты генератора составляет 10 МГц (это максимальное значение измеряемой частоты).

Установка фьюзов (в PonyProg):

Этот самодельный частотомер на ATTINY2313 предназначен для измерения частоты в диапазоне примерно от 4МГц до более 160МГц. Его можно использовать как измеритель частот или в качестве устройства ввода-вывода TRX, например, на диапазон 144МГц (2м).

Технические характеристики частотомера:

измерение частоты в диапазоне 4-160 Мгц
отображение измерений на ЖК-дисплее
чувствительность 700мВ
входное напряжение, макс < 30В
питание: 8-15В
очень простая плата, минимальное количество
элементов, быстрый запуск
размеры платы: 37х80мм

Схема прекрасно отработала в диапазоне от 3,8МГц до 162МГц. Основой схемы является микроконтроллер ATTINY2313. Его преимуществом является возможность работать на частотах до 20МГц. В схеме использован кварц на 16МГц, таким образом, сам процессор теоретически должен правильно измерять частоты до 8МГц.

Зачастую оказывается, что диапазон до 8МГц слишком мал. Увеличение верхнего диапазона можно получить, используя делитель частоты (прескалер). В схеме задействован прескалер LB3500, который позволяет измерять до 150 Мгц.

Краткая информация о LB3500:

напряжение питания — 4,5…5,5В
потребляемый ток — l6мА-24мА
входное напряжение — 100мВ-600мВ
выходное напряжение — 0,9 Vpp
делитель — 8

Без применения дополнительного делителя схема способна измерять частоты до 64МГц. Добавление дополнительного делителя в виде двоичного счетчика 74LS293 (ICl) позволяет увеличить диапазон измерений до 150 Мгц (макс. для LB3500).

ICl делит частоту на 4. Таким образом, вся система прескалера (ICl и IC4) делит входную частоту на 32. Транзистор Tl с элементами C7, R2, R3 обеспечивает высокое входное сопротивление.

Входной сигнал после разделения попадает на вход микросхемы LB3500. На выходе в 9 IC4 сигнал получается в 8 раз меньшей частоты, чем на входе. К сожалению, выходной сигнал микросхемы LB3500 не согласовывается с TTL уровнями. Для устранения этого недостатка в схему добавлен транзистор Т2, который предназначен для согласования. Потенциометр PRI обеспечивает точное соответствие.

Очень полезный и несложный прибор, который просто незаменим в творческой лаборатории радиолюбителя, можно сделать на МК PIC16F628A. Для измерения частот до 30 Мгц и предназначен данный цифровой частотомер на распространённой микросхеме-контроллере PIC16F628A. Его принципиальная схема состоит из базового модуля, с подключенным к его счетному входу входным формирователем. Схема частотомера приведена на рисунке ниже:

Данный измерительный прибор может использоваться в двух режимах - цифровая шкала и измеритель частоты. При включении питания, частотомер переходит в тот режим, в котором он работало до последнего выключения питания. Если это был режим частотомера - в левом разряде индикатора высветится режим частотомера "F.". Так-же в младшем разряде индикатора высветится "0". Частотомер автоматически перейдет в режим измерения частоты и будет находиться в режиме ожидания. При подаче на вход какого-то сигнала, признак режима частотомера "F." гасится и индикатор отобразит значение измеряемой частоты в килогерцах.
Схема входного формирователя частотомера - цифровой шкалы, приведена на рисунке:

Если на момент включения питания, на входе частотомера присутствует измеряемый сигнал, то, после включения питания, признак работы частотомера "F.", высветится в течение 1-й секунды, а затем погаснет.
Для того чтобы перейти на время измерения 0,1 сек. или 10 сек., необходимо нажать либо кнопку № 1, либо одновременно нажать кнопку № 1 и кнопку № 2 соответственно (см. раскладку клавиатуры для режима частотомера), затем дождаться изменения положения десятичной точки, после чего отпустить кнопку (кнопки). Если после этого необходимо вернуться к времени измерения 1 сек., то необходимо нажать кнопку № 2 и дождаться изменения положения десятичной точки, после чего отпустить кнопку. Для любого времени измерения десятичная точка отмечает килогерцы.

Раскладка клавиатуры режима частотомера

Кнопка № 1 0,1 сек. Переход на время измерения 0,1 сек.
Кнопка № 2 1 сек. Переход на время измерения 1 сек.
Кнопка № 1 +
кнопка № 2 10 сек. Переход на время измерения 10 сек.
(кнопки нажимаются одновременно)

Если перед выключением питания происходила работа в режиме цифровой шкалы, то при следующем включении питания будет установлен именно этот режим, а внутри режима цифровой шкалы будет установлен именно тот подрежим ("минус ПЧ" или "плюс ПЧ"), в котором происходила работа до последнего выключения питания. Признаки подрежимов цифровой шкалы ("L." или "H." соответственно) будут постоянно высвечиваться в левом разряде индикатора. При отсутствии сигнала на входе цифровой шкалы, индикатор будет показывать значение записанной в память контроллера промежуточной частоты, а при его наличии - результат вычитания или сложения частоты сигнала, присутствующего на входе цифровой шкалы, и значения промежуточной частоты, записанной в энергонезависимую память PIC контроллера.

Режим цифровой шкалы имеет 4 подрежима.
- При нажатии на кнопку № 1 происходит переход в подрежим "минус ПЧ".
- При этом, в левом разряде индикатора, высветится признак подрежима "L.".
- При нажатии на кнопку № 2 происходит переход в подрежим "плюс ПЧ".
- При этом, в левом разряде индикатора, высветится признак подрежима "H.".

В процессе "прошивки" контроллера, в его энергонезависимую память записывается значение промежуточной частоты = 5,5 мГц., но потом может будет самостоятельно записать в нее любое значение и использовать ее в качестве промежуточной. Для этого надо подать на вход ЦШ внешний сигнал с частотой, которая далее будет использоваться в качестве промежуточной. Проконтролировать значение этой частоты можно, перейдя в режим частотомера.

Раскладка клавиатуры режима цифровой шкалы:
Кнопки Время измерения Пояснения
Кнопка № 1 "минус ПЧ" Промежуточная частота вычитается из
измеряемой частоты
Кнопка № 2 "плюс ПЧ" Промежуточная частота суммируется с
измеряемой частотой
Кнопка № 1 +
кнопка № 2 Установка ПЧ Запись в оперативную память значения
измеряемой частоты (ПЧ)
Повторно:
Кнопка № 1 +
кнопка № 2 Запись ПЧ Копирование значения измеряемой частоты из оперативной памяти в энергонезависимую с целью дальнейшего ее использования в качестве промежуточной

При смене режима работы, меняется раскладка клавиатуры. Если кнопка № 1 находится в нажатом состоянии меньше определенного времени, то переключения в другой режим не происходит и кнопка № 1 может либо устанавливать время измерения 0,1 сек. (в режиме частотомера), либо включать подрежим "минус ПЧ" (в режиме цифровой шкалы). Если этот порог превышен, происходит переключение в другой режим. Величина этого порога - около 4 сек., и этот интервал времени отсчитывается с момента окончания цикла счета, приходящегося на момент нажатия кнопки № 1.

Снизить энергопотребление схемы частотомера можно, увеличив номиналы резисторов, соединяющих выводы порта В с индикатором. В своей конструкции использовал 9-разрядный светодиодный индикатор от советского телефона с АОН, с общим катодом и красным цветом свечения. В моем частотомере, кроме питания от сети, имеется также и батарейное питание (аккумуляторы). Печатная плата устройства приведена на рисунке:

Прошивки для микроконтроллера PIC16F84A, а также полный текст статьи на контроллере качаем тут. Схему испытал - ZU77.

Частотомер с хорошими характеристиками, позволяющий измерять частоты от 1Гц до 10 МГц (9,999,999) с разрешением в 1 Гц во всем диапазоне. Идеален для функиональных генераторов, цифровых шкал или как отдельное устройство. Дешев и легок в изготовлении, собран из доступных деталей, имет небольшой размер и может быть смонтирован на панели многих устройств.

Схема состоит из семи 7-сегментных индикаторов, AVR ATtiny2313 и нескольких транзисторов и резисторов. AVR делает всю работу, и дополнительные микросхемы не нужны. Микроконтроллер считает количество импульсов, пришедших на его вход за 1 секунду и отображает это число. Сама важная вещь - это очень точный таймер, и он реализован на 16-битном Timer1 в режиме CTC. Второе, 8-битный счетчик работает как Counter0 и считает импульсы на входе T0. Каждые 256 импульсов он вызывает прерывание, в котором программа увеличивает множитель. Когда мы получаем 1-секундное прерывание, содержимое множителя умножается на 256 (сдвиг влево на 8 бит). Остаток импульсов, которые посчитал счетчик записывается в регистр и добавляется к результату умножения. Это значение затем разбивается на отдельные цифры, которые отображаются на индикаторах. После этого, перед выходом из 1-секундного прерывания, оба счетчика одновременно сбрасываются и измерение начинается заново. В свободное от прерывания время контроллер занимается динамической индикацией.

Разрешение и точность:
Точность зависит от тактового генератора. Кварц должен быть хорошего качества и иметь как можно меньший ppm (допуск). Будет лучше, если частота будет кратна 1024, например, 16 МГц или 22.1184 МГц. Для измерения частоты до 10 МГц, надо использовать кварц не меньше, чем на 21 МГц, например, 22.1184 МГц. Частотомер может измерять частоту до 47% от частоты собственного кварца. Если есть хороший промышленный частотомер, то можно откалибровать схему добавлением подстроечного конденсатора (1пФ-10пФ) между одним из выводов кварца и землей, и подстроить частоту в соответствии с показаниями промушленного частотомера.

В архиве с исходниками есть несколько вариантов под разные кварцы, но вы можете скомпилировать свой вариант.

Форма сигнала:
В принципе, устройство понимает любую форму сигнала от 0 до 5V, не только прямоугольные импульсы. Синусоида и теугольные импульсы сичтаются по заднему фрону при переходе его ниже 0.8V.

В устройстве нет защиты от превышения входного напряжения выше 5 вольт.

Устройство имеет высокоомный вход и не нагружает тестируемую схему – вы даже можете измерить частоту переменного тока в сети 220 вольт, прикоснувшись ко входу пальцем. Частотомер может быть переделан для измерения частоты до 100 МГц с шагом 10 Гц путем добавления на вход быстродействующего делителя.

Дисплей:
Использовано семь семисегментных индикаторов с общим анодом в режиме динамической индикации. Если яркость получается недостаточной, можно уменьшить значения токоограничивающих резисторов, но нужно помнить, что максимальный импульсный ток каждого вывода микроконтроллера составляет 40 мA . По умолчанию сопротивление резисторов 100 Ом. Незначащие нули гасятся програмно. Значения обновляются каждую секунду.

Печатная плата:
Двусторонняя печатная плата размером 109mm x 23mm – к сожалению, 7 индикаторов не влезли в рабочее пространство бесплатной версии Eagle, поэтому они нарисованы от руки. На плате нужно сделать 3 соединения проводом - первое - соединение питания и вывода VCC контроллера – это соединение показано на слое silkscreen. Два других соединяют десятичные точки индикаторов с резисторами на 330 Ом расположенными на слое bottom. Сверху платы расположен коннектор Atmel ISP-6. Контакт 1 первый со стороны кварца. Этот коннектор необязателен и нужен только для программирования контроллера. Индикаторы должны припаиваться на некотором расстоянии от платы, чтобы можно было подлезть паяльником к выводам, припаиваемым с верхней стороны платы.