Pažljivi čitatelji primijetili su da je u člancima autorice Instructables pod nadimkom WilkoL o generatoru tuning vilica i satu uz njegovu uporabu prikazan samo jedan frekvencijski mjerač, a u članku o generatoru sa staklom kao elementom za podešavanje frekvencije, dodan mu je drugi, pa je čak i tamo stigao na KDPV. Ova priča govori o njemu.
Drago mi je što radim homebrew grančica majstor započinje s proučavanjem teorijskog dijela, naime, izborom metode mjerenja frekvencije. U brojnim frekvencijskim brojevima za to se računa broj razdoblja ulaznog signala za određeno vremensko razdoblje, recimo, jednu sekundu:
Ova metoda je dobra za dovoljno visoke frekvencije, ali ako je frekvencija niska, ne omogućava dobivanje dovoljno velikog broja decimalnih mjesta. Na primjer, ako ciklus mjerenja traje jednu sekundu, tada će za frekvenciju od 50 Hz postojati nula decimalnih mjesta. Želite, na primjer, tri znaka - postoji izlaz, produžujemo ciklus mjerenja na 1000 sekundi. Ali jedno je kada se računalo ili pametni telefon usporava, na što su svi barem navikli, i sasvim je druga stvar - ako se mjerač frekvencije pridruži i ovoj zabavnoj kompaniji, to će korisnika potpuno izbaciti iz sebe. Općenito, potreban je drugi način. Ali što ako izmjerimo tako vrijeme oscilacija?
Tako i vi. Uzmite signal referentne frekvencije, koji je nekoliko redova veličine veći od izmjerenog i razmislite koliko će razdoblja referentnog signala proći u jednom izmjerenom razdoblju. Na primjer, s referentnom frekvencijom od 10 MHz i izmjerenom na 50 Hz, to će biti 200 000. To znači da je razdoblje 20 000,0 ms, a moderni (i, usput, ne baš) mikrokontroler, ako ga programer "uči", s lako preračunava razdoblje na frekvenciju koja je jednaka 50 000 Hz. Ako se frekvencija poveća na 50.087 Hz, tada će se u jednom razdoblju ulaznog signala uklopiti razdoblja 199650 primjera, a takva promjena mjerača frekvencije primijetit će se u stvarnom vremenu.
Ali s ovom metodom mjerenja, broj decimalnih mjesta, naprotiv, opada s povećanjem učestalosti ulaznog signala. Na primjer, ako je 40 kHz, a referentna vrijednost i dalje iznosi 10 MHz, tada pri 40-161 Hz dobijemo 249 razdoblja referentne frekvencije, a na 39840 Hz - 251 razdoblja. Barem rade dva frekventna brojila: jedno za visoke frekvencije, koje djeluju na prvi način, drugo za niske frekvencije, na drugo. Iako - čekaj! Nije li moguće kombinirati obje metode u jednom mjeraču frekvencije? Možeš, a gospodar kaže kako. Trebate uzeti obični D-okidač, tada se daju njegov simbol i tablica istine:
Čarobnjak prikazuje četiri signala na grafikonu, od kojih četvrti proizvodi okidač:
Prvi od ovih signala je izmjerena frekvencija i ona se dovodi do takta D ulaznog okidača. Drugi je referentna frekvencija, na primjer, opet 10 MHz, što zahtijeva visoku stabilnost. Treći je signal frekvencije reda 1 Hz, stabilnost od koje uopće nije potrebna, primjenjuje se na isti okidač na ulazu D. Pa, četvrti se generira okidačem iz prvog i trećeg kako slijedi. Kad treći signal pređe s nule na jedan, okidač ne reagira odmah na to, već samo kada se takav prekidač dogodi s prvim signalom nakon toga. Stoga se prednji dio jednog od impulsa četvrtog signala točno podudara s prednjim dijelom jednog od impulsa prvog. Tada se treći signal, nakon čega slijedi četvrti, prebacuje na nulu, na što mikrokontroler ni na koji način ne reagira, zatim se treći signal vraća na jedan, ali okidač ne reagira na njega odmah, već tek nakon iste prebacivanja prvog signala. I opet se fronte prvog i četvrtog signala potpuno podudaraju. I u cijelom razdoblju četvrtog signala stane cijeli broj razdoblja prvog. Nadalje - tehnička stvar: ne zaboravite da imamo i drugi signal. Mikrokontroler izračunava koliko je punih razdoblja prvog i drugog signala palo u punom razdoblju četvrtog.
Dakle, imamo dva broja. Na primjer, 32 i 10185892. Pomnožimo 32 sa 10.000.000 (referentna frekvencija) i podijelimo sa 10185892. Dobivamo 31.416 Hz. Tri decimalna mjesta. I mjerenje ostaje precizno i pri niskim frekvencijama i na visokim, približavajući se modelu. A ako trebate izmjeriti još veće frekvencije, možete dodati razdjelnik.
Sada trebamo odlučiti na kojem će se mikrokontroleru izvoditi mjerač frekvencije. Majstor ih je već pokušao izraditi na ATmega328, pa čak i na STM32F407, koji rade na taktu frekvencije 168 MHz. Ali ovaj put je prožet minimalizmom i odlučuje provjeriti može li dobiti sličan rezultat na ATtiny2313.
On ima više nego dovoljno zaključaka, pogotovo ako primijenite LED zaslon s ugrađenim čipom vozača poput MAX7219:
Kompletan dijagram uređaja izgleda ovako:
Prilično složen pokretač za diskretne komponente, koji sadrži RC krugove, diodni limitator i stupnjeve pojačala, koristi se za dobivanje pravokutnih impulsa od signala gotovo bilo kojeg oblika. D-okidač nalazi se vani, izmjereni frekvencijski signal (prvi) mu se šalje od vozača, signali s frekvencijama 10 MHz i 1 Hz (drugi i treći) primaju se iz mikrokontrolera, izlazni signal (četvrti) vraća se u mikrokontroler. Drugi takav okidač služi za generiranje signala u kontrolnoj točki. Dostupna je ista PDF shema u ZIP arhivu. ovdje.
Sastavivši dijagram, majstor prikuplja mjerač frekvencije na njemu, ispada ovako:
Na fotografiji su, za razliku od kruga, prikazani baterija i regulator napunjenosti, majstor spomenutog stabilizatora impulsa spominje i majstor, ali tamo gdje je, to se ne vidi. Sve ove komponente dodane su kasnije, što je učinilo rad s mjeračem frekvencije praktičnijim. Akumulator od 18650 treba uzeti sa zaštitom, žice za lemljenje nisu prihvatljive. Ili u odjeljku ili na mjesto zavarivanja.
Firmware (laži) ovdje također u ZIP arhivu) master piše uzimajući u obzir potrebu za prijenos mikrokontrolera sa sata na RC generator radi vanjskog kvarca, kao i mogućnost dodjele različitih funkcija svakom od izlaza mikro kruga:
Za učitavanje upravljačkog softvera čarobnjak uzima programer iz Olimexa u krugu. Ovo je bugarska tvrtka s profilom bliskim Adafruitu.
Glavni majstor zabrtvi manje pražnjenje na zaslonu, a zatim ureže rupu na poklopcu kućišta, tako da se ovaj prazni otvor zatvori, jer su njegova očitanja bila netočna usprkos svim poduzetim mjerama.Na to utječu značajke algoritma, a ne previsoka temperaturna stabilnost kristalnog oscilatora. Da bi ga postavio, glavni majstor povezuje vanjski frekventni mjerač s kontrolnom točkom s frekvencijskom stabilizacijom generatora takta s GPS prijemnika, nakon čega postavlja točnih 5 MHz okrećući kondenzator za ugađanje (okidač dijeli frekvenciju sata na dva). Ispravno podešen mjerač frekvencije osigurava potrebnu točnost u rasponu izmjerenih frekvencija od 0,2 Hz do 2 MHz. Sljedeće dvije fotografije pokazuju kako je master istodobno primijenio isti signal na referentne i provjerene mjerne frekvencije:
