Frequenzimetro a due chip con lettura binaria: 16 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:05

utilizzando dodici diodi emettitori di luce. Il prototipo ha un CD4040 come contatore e un CD4060 come generatore della base dei tempi. Il controllo del segnale avviene tramite un resistore - gate a diodi. I circuiti integrati CMOS qui utilizzati consentono allo strumento di essere alimentato da qualsiasi tensione nell'intervallo da 5 a 15 volt, ma la frequenza massima è limitata a circa 4 MHz.

Il 4040 è un contatore binario a dodici stadi in un contenitore a 16 pin. Il 4060 è un contatore binario e un oscillatore a quattordici stadi, nello stesso pacchetto a 16 pin. Le versioni 74HC o 74HCT di questi chip possono essere utilizzate per un intervallo di frequenza più elevato, ma l'intervallo di tensione di alimentazione è quindi limitato a un massimo di 5,5 volt circa. Per utilizzarlo per visualizzare la frequenza di un tipico trasmettitore HAM, saranno necessari una sorta di prescaler e un preamplificatore. Si spera che questi siano oggetto di un successivo istruibile.

Passaggio 1: dodici array di LED

Ho iniziato questo progetto per avere un semplice frequenzimetro che funzionasse con il minimo fastidio, utilizzando il minor numero di componenti e NESSUNA programmazione. Ho optato per questo design "contatore di frequenza a due chip" perché la sua semplicità era accattivante.

Il primo passo è stato cablare il contatore e farlo funzionare. Ho raccolto un certo numero di led rossi da 3 mm dalla mia spazzatura e da varie schede e li ho saldati in linea su una scheggia di circuito stampato: il risultato è mostrato qui accanto al chip del contatore. Questo particolare ic è stato estratto da un altro progetto a metà, con la fervida speranza che almeno questo finisca per essere finito. Il 74HC4040 sarà una scelta migliore se hai intenzione di costruirlo. Può contare su una frequenza più alta.

Passaggio 2: avviare il nido di ratti

Si è deciso di costruirlo il più piccolo possibile, quindi non c'è il circuito. I cavi del 4040 sono stati tagliati e un condensatore multistrato ceramico da 100 N è stato collegato attraverso i cavi di alimentazione. Questo per consentirgli di sopravvivere meglio all'ESD.

I fili (dal cavo CAT-5) sono stati quindi saldati agli stub dei cavi. Dopo che un lato è stato così trattato, è arrivato il momento di verificare se il chip fosse ancora vivo.

Passaggio 3: test del 4040

Il LED e il chip sono stati presentati l'uno all'altro e un rapido controllo, applicando l'alimentazione al chip e mettendo a terra il comune dei LED, mi ha dato LED lampeggianti quando l'ingresso dell'orologio del chip è stato toccato con un dito - stava contando i 50 Hz di rete ronzio.

Un LED era troppo luminoso: in confronto gli altri sembravano troppo deboli. Fu tirato fuori spietatamente, poi teneramente messo da parte per un possibile uso da solo. I LED sono dispositivi fragili e si guastano facilmente se surriscaldati mentre i cavi sono sollecitati. Ho dovuto sostituirne circa tre nel mio array. Se le stai acquistando, assicurati di averne qualcuna in più. Se li stai scroccando, assicurati di ottenere molto di più poiché ne hai bisogno in qualche modo simile in luminosità.

Passaggio 4: il contatore: completato

L'immagine mostra il contatore e il display completati. Ci sono dodici LED, il chip contatore, il condensatore di bypass dell'alimentazione e due resistori. Il resistore da 1K imposta la luminosità del display. La resistenza da 4,7 K collega l'ingresso di ripristino a massa. Il pin non connesso accanto ad esso è l'ingresso dell'orologio.

Passaggio 5: armadio per bancone

Il rivestimento metallico di una cella D è stato scartato e formato attorno a questo assieme. La pellicola di plastica è stata utilizzata per prevenire i cortocircuiti.

Il film mostra il mio test del contatore. Conta il segnale a 50 Hz fornito dal mio dito.

Passaggio 6: la base dei tempi - Parti

Un frequenzimetro funziona contando gli impulsi del segnale per un tempo noto e visualizzando questo conteggio. Un contatore costituisce la metà del frequenzimetro. Un circuito per fornire un intervallo noto con precisione - la base dei tempi - è l'altra parte.

Questa funzione è svolta dal CD4040, un oscillatore e un devider binario a 14 stadi in un contenitore a 18 pin. Per adattarlo, non sono state messe in evidenza tutte le uscite del divisore. Ho deciso per una frequenza dell'oscillatore di 4 MHz - era la più adatta che avevo nella mia spazzatura. Questa scelta del cristallo significa che la lettura della frequenza sarà in un multiplo di un megahertz.

Passaggio 7: l'oscillatore a cristallo

L'oscillatore a cristallo da 4 MHz per la base dei tempi sta prendendo forma. Un resistore in chip da 10 Mega si trova tra i due pin dell'oscillatore e i due condensatori da 10 pf sono fissati su un pezzo di circuito stampato insieme al cristallo.

Passaggio 8: oscillatore - divisore

Questa è la base dei tempi completata. Il filo rosso collega l'uscita più significativa (Q13) all'ingresso di reset. Questo fa apparire un breve impulso di reset su questo pin ogni 8192 vibrazioni del cristallo. L'uscita successiva (Q12) avrà un'onda quadra su di essa, e questa viene utilizzata per abilitare il contatore quando è basso e per visualizzare quel conteggio quando è alto.

Non ho ancora lo schema del circuito. Questa è un'idea approssimativa di come dovrebbe funzionare il frequenzimetro, e le disposizioni di gate e display erano in uno stato di flusso mentre mi sforzavo di trovare una soluzione con componenti minimi.

Passaggio 9: test della base dei tempi

Ora, testarlo è un processo molto complicato. Dovrò portarlo al lavoro. Quindi prometti a quel ragazzo di lavorare (è quello che afferma di fare) con l'oscilloscopio, il cielo, la terra e la birra per avere la possibilità di usarlo. Quel terzo, tuttavia, è abbastanza sicuro dato che raramente è fuori di lì il tempo che facciamo il resto di noi.

Quindi sii veloce, fai un salto mentre è fuori a pranzare e prova il circuito, e sbrigati prima che torni. Altrimenti potrei doverlo aiutare in qualunque buco si sia cacciato e forse saltare il pranzo. È molto più semplice usare una radio. Una radio tascabile economica, a onde medie, che era di gran moda prima che arrivassero i nuovi gadget mp3. Questa piccola base dei tempi creerà hash su tutto il quadrante quando funziona. Usandolo e alcune celle sono stato in grado di accertare che la base dei tempi funzionava con tre celle e che non funzionava con due celle, stabilendo così che sarebbero necessari almeno 4,5 volt per accendere il mio frequenzimetro.

Passaggio 10: spazio per la base dei tempi

Mostra lo spazio all'interno del contatore riservato al circuito base dei tempi.

Passaggio 11: integrazione

Questo mostra i due circuiti integrati in posizione. La logica di "colla" necessaria tra loro per farli funzionare come frequenzimetri sarà realizzata da diodi e resistori.

Un altro condensatore di disaccoppiamento è stato aggiunto attraverso il chip della base dei tempi. Non puoi avere troppo disaccoppiamento. Intendo che questo si abitui vicino a ricevitori sensibili, quindi qualsiasi rumore deve essere soppresso vicino alla fonte e impedito di fuggire. Da qui l'armadio in lamiera riciclata.

Passaggio 12: Fase due dell'integrazione

Ho cambiato idea di nuovo e la disposizione in questa foto è leggermente diversa. È più compatto e quindi è stato preferito.

Passaggio 13: lo schema del circuito

Ora, quando la costruzione è quasi terminata, ecco uno schema del circuito. Quando ho finalmente deciso come sarebbe stato fatto, e l'ho messo su carta, i featurismi hanno iniziato a insinuarsi. Potevo farlo funzionare anche come contatore, con un interruttore e due componenti aggiuntivi. Quindi ora è un contatore/frequenzimetro.

Un breve impulso su Q13 azzera entrambi i contatori. Quindi Q12 sarà basso per un certo periodo di tempo (2048 cicli xtal) e durante questo tempo il segnale in ingresso sincronizza il 4040. Il transistor è spento, quindi i led non si accendono. Quindi Q12 diventa alto e il segnale non arriva all'ingresso del 4040. Il transistor si accende e il conteggio nel 4040 viene visualizzato sui LED affinché tutto il mondo possa vederlo. Di nuovo dopo 2048 orologi Q12 diventa basso, Q13 diventa alto e rimarrebbe lì, tranne per il fatto che è collegato agli ingressi di reset di entrambi i contatori, quindi entrambi i conteggi vengono cancellati, il che cancella lo stato di Q13 e quindi il ciclo ricomincia da capo. Se è impostato come contatore, il 4060 viene mantenuto permanentemente in reset e il transistor acceso a tempo pieno. Tutto l'input viene conteggiato e viene immediatamente visualizzato. Il conteggio massimo è 4095 e poi il contatore ricomincia da zero. Quel diodo zener è volutamente composto da una tensione più alta della normale tensione di alimentazione. Non coduce durante il normale utilizzo. Se, tuttavia, viene applicata una tensione maggiore del normale, limiterà la tensione ai due chip a un valore che possono gestire. E una tensione davvero alta farà bruciare quel resistore da 470 ohm, proteggendo ancora l'elettronica - beh, la maggior parte di loro, comunque. Almeno, questo è quello che spero accadrà, se questa cosa dovesse essere collegata direttamente alla rete.

Passaggio 14: interruttore frequenza/conteggio

È stato montato un piccolo interruttore per selezionare tra le due modalità, il semplice conteggio degli impulsi in arrivo rispetto al contarli per un periodo e la determinazione della frequenza, e sono state eseguite varie altre operazioni di riordino.

Alcuni dei cablaggi sono stati ricoperti di plastica per renderli resistenti (spero). Saldare un'altra banda stagnata da un'altra cella D nella parte superiore renderà la scatola completa e proteggerà le interiora da frammenti di filo e globi di saldatura, entrambi i quali abbondano sul mio piano di lavoro.

Passaggio 15: vista posteriore

L'interruttore per selezionare tra le modalità di frequenza e conteggio può essere visto in questa vista posteriore.

Passaggio 16: lo strumento completato

Questa è una vista dello strumento completato. I LED mostrano la frequenza ponderata come segue:

2 MHz 1 MHz 500 KHz 250 KHz 125 KHz 62,5 KHz 31,25 KHz 15,625 KHz 7,8125 KHz 3,90625 KHz 1,953125 KHz 0,9765625 KHz Per leggere la frequenza bisogna sommare i pesi dei led accesi. Alcuni dati sul consumo di corrente: ad una tensione di alimentazione applicata di sei volt (quattro celle AA) la corrente assorbita era 1 mA in modalità Contatore e 1,25 mA in modalità Frequenza, senza alcuna visualizzazione. Durante la visualizzazione dei conteggi (alcuni LED accesi) il consumo è balzato a circa 5,5 mA in modalità contatore e 3,5 mA in modalità frequenza. Il contatore ha smesso di contare se la frequenza è stata aumentata oltre i 4 MHz circa. Questo dipende un po' dall'ampiezza del segnale applicato. Richiede un input completamente compatibile con CMOS per poter contare in modo affidabile. Una sorta di condizionamento del segnale è quindi quasi sempre necessario. Un preamplificatore e un prescaler all'ingresso estenderanno entrambi la gamma di frequenza e aumenteranno la sensibilità. Ulteriori informazioni su questo argomento possono essere trovate per la ricerca delle parole "contatore di frequenza a due chip" senza le virgolette.