Los lectores atentos notaron que en los artículos de Instructables bajo el apodo de WilkoL sobre un diapasón y un reloj con su uso, solo se muestra un medidor de frecuencia, y en el artículo sobre un generador con un vidrio como elemento de ajuste de frecuencia, se le agregó un segundo, e incluso se subió a KDPV. Esta historia es sobre él.
Me alegra trabajar hecho en casa el maestro comienza con el estudio de la parte teórica, es decir, con la elección del método de medición de frecuencia. En muchos medidores de frecuencia, el número de períodos de la señal de entrada para un cierto período de tiempo, digamos, un segundo, se cuenta para esto:
Este método es bueno para frecuencias suficientemente altas, pero si la frecuencia es baja, no permite obtener un número suficientemente grande de decimales. Por ejemplo, si el ciclo de medición dura un segundo, entonces para una frecuencia del orden de 50 Hz, habrá cero decimales. Usted quiere, por ejemplo, tres signos: hay una salida, ampliamos el ciclo de medición a 1000 segundos. Pero una cosa es cuando una PC o un teléfono inteligente se ralentizan, a lo que todos estamos acostumbrados, y es otra cosa: si un medidor de frecuencia también se une a esta compañía divertida, esto dejará completamente al usuario fuera de sí. En general, se necesita otra forma. Pero, ¿qué pasa si medimos el período de oscilaciones, así?
Y a ti también. Tome una señal de la frecuencia de referencia, que es varios órdenes de magnitud más alta que la medida, y considere cuántos períodos de la señal de referencia pasarán en un período de la medida. Entonces, por ejemplo, con una frecuencia de referencia de 10 MHz y medido a 50 Hz, esto será 200,000. Esto significa que el período es 20,000.0 ms, y un microcontrolador moderno (y, por cierto, no muy), si el programador lo "enseña", con Recuenta fácilmente el período a una frecuencia igual a 50,000 Hz. Si la frecuencia aumenta a 50.087 Hz, en un período de la señal de entrada, 199650 períodos del ajuste ejemplar, y tal cambio el medidor de frecuencia lo notará en tiempo real.
Pero con este método de medición, el número de decimales, por el contrario, disminuye al aumentar la frecuencia de la señal de entrada. Por ejemplo, si es de 40 kHz y la referencia sigue siendo de 10 MHz, entonces a 40-161 Hz obtenemos 249 períodos de la frecuencia de referencia, y a 39840 Hz - 251 períodos. Al menos dos medidores de frecuencia están funcionando: uno para frecuencias altas, operando en la primera forma, el otro para frecuencias bajas, en la segunda. Aunque, ¡espera! ¿No es posible combinar ambos métodos en un medidor de frecuencia? Puedes, y el maestro te dice cómo. Debe tomar un disparador D ordinario, luego se dan su símbolo y la tabla de verdad:
El asistente muestra cuatro señales en el gráfico, la cuarta de las cuales produce un disparador:
La primera de estas señales es la frecuencia medida; se alimenta a la entrada de reloj del D-trigger. La segunda es una frecuencia de referencia, por ejemplo, nuevamente de 10 MHz, lo que requiere una alta estabilidad. La tercera es una señal con una frecuencia del orden de 1 Hz, cuya estabilidad no se requiere en absoluto, se aplica al mismo disparador en la entrada D. Bueno, la cuarta es generada por el disparador del primero y el tercero de la siguiente manera. Cuando la tercera señal cambia de cero a uno, el disparador no responde inmediatamente a esto, sino solo cuando dicho cambio ocurre con la primera señal después de eso. Por lo tanto, el frente de uno de los pulsos de la cuarta señal coincide exactamente con el frente de uno de los pulsos de la primera. Luego, la tercera señal, seguida por la cuarta, cambia a cero, a lo que el microcontrolador no reacciona de ninguna manera, luego la tercera señal vuelve a cambiar a una, pero el disparador no reacciona nuevamente de inmediato, sino solo después del mismo cambio de la primera señal. Y nuevamente, los frentes de las señales primera y cuarta coinciden completamente. Y en el período completo de la cuarta señal se ajusta a un número entero de períodos de la primera. Además, una cuestión técnica: no olvide que también tenemos una segunda señal. El microcontrolador calcula cuántos períodos completos de la primera y segunda señal cayeron en el período completo de la cuarta.
Entonces, tenemos dos números. Por ejemplo, 32 y 10185892. Multiplica 32 por 10,000,000 (frecuencia de referencia) y divide entre 10185892. Obtenemos 31.416 Hz. Tres decimales. Y la medición sigue siendo precisa tanto a bajas frecuencias como a altas, acercándose al modelo. Y si necesita medir frecuencias aún más altas, puede agregar un divisor.
Ahora tenemos que decidir en qué microcontrolador ejecutar el medidor de frecuencia. El maestro ya ha intentado hacerlos en el ATmega328, e incluso en el STM32F407, funcionando a una frecuencia de reloj de 168 MHz. Pero esta vez está imbuido de minimalismo y decide verificar si puede obtener un resultado similar en ATtiny2313.
Tiene conclusiones más que suficientes, especialmente si usa una pantalla LED con un chip de controlador incorporado como MAX7219:
Un diagrama completo del dispositivo se ve así:
Se utiliza un controlador bastante complejo para componentes discretos, que contiene circuitos RC, un limitador de diodo y etapas de amplificador, para obtener pulsos rectangulares de una señal de casi cualquier forma. El disparador D se encuentra en el exterior, la señal de la frecuencia medida (primero) se le envía desde el controlador, las señales con frecuencias de 10 MHz y 1 Hz (segundo y tercero respectivamente) se reciben del microcontrolador, la señal de salida (cuarto) vuelve al microcontrolador. El segundo disparador sirve para generar una señal en un punto de control. El mismo esquema PDF en el archivo ZIP está disponible. aqui.
Después de compilar un diagrama, el maestro recoge un medidor de frecuencia en él, resulta así:
En la foto, a diferencia del circuito, se muestran la batería y el controlador de carga, el estabilizador de pulso también es mencionado por el maestro, pero donde está, no es visible. Todos estos componentes se agregaron más tarde, lo que hizo que trabajar con el medidor de frecuencia fuera más conveniente. Una batería 18650 debe tomarse con protección, soldar cables es inaceptable. Ya sea el compartimento o la soldadura por puntos.
Firmware (mentiras aqui también en el archivo ZIP) el maestro escribe teniendo en cuenta la necesidad de transferir el microcontrolador del reloj al generador RC para trabajar desde cuarzo externo, así como la posibilidad de asignar varias funciones a cada una de las salidas del microcircuito:
Para cargar el firmware, el asistente toma un programador en circuito de Olimex. Esta es una empresa búlgara con un perfil cercano a Adafruit.
El maestro sella la descarga menor en la pantalla, y luego corta un agujero en la cubierta de la carcasa para que esta descarga se cierre, ya que sus lecturas eran inexactas a pesar de todas las medidas tomadas.Esto se ve afectado por las características del algoritmo y la estabilidad de temperatura no demasiado alta del oscilador de cristal. Para configurarlo, el maestro conecta un medidor de frecuencia externo al punto de control con estabilización de frecuencia del generador del reloj desde el receptor GPS, después de lo cual establece los 5 MHz exactos girando el condensador de sintonización (el disparador divide la frecuencia del reloj por dos). Un medidor de frecuencia sintonizado correctamente proporciona la precisión requerida en el rango de frecuencias medidas de 0.2 Hz a 2 MHz. Las siguientes dos fotos muestran cómo el maestro aplicó la misma señal simultáneamente a los medidores de frecuencia verificados y de referencia:
