Pozorní čtenáři si všimli, že v článcích autora Instructables pod přezdívkou WilkoL o ladicím generátoru vidlice a hodinách s jeho použitím je zobrazen pouze jeden měřič kmitočtu, a v článku o generátoru se sklem jako prvkem nastavení frekvence byl přidán druhý, a tam se dokonce dostal na KDPV. Tento příběh je o něm.
Jsem rád, že pracuji domácí Master začíná studiem teoretické části, a to výběrem metody měření frekvence. V mnoha měřičích frekvence se za to počítá počet period vstupního signálu po určitou dobu, řekněme jednu sekundu:
Tato metoda je vhodná pro dostatečně vysoké frekvence, ale pokud je frekvence nízká, neumožňuje získat dostatečně velký počet desetinných míst. Pokud například měřicí cyklus trvá jednu sekundu, pak pro kmitočet řádově 50 Hz budou nulová desetinná místa. Chcete například tři znaky - existuje cesta ven, prodloužíme měřicí cyklus na 1000 sekund. Ale je to jedna věc, když se počítač nebo chytrý telefon zpomalí, na které jsou všichni zvyklí, a je to úplně jiná věc - pokud se k této zábavné společnosti připojí také měřič frekvence, zcela to uživatele vyradí ze sebe. Obecně je potřeba jiný způsob. Ale co když změříme dobu kmitání?
Také to udělej. Přijímají signál referenční frekvence, která je o několik řádů vyšší než měřená hodnota, a zvažují, kolik period referenčního signálu projde v jedné periodě měřené. Například při referenční frekvenci 10 MHz a měřené při 50 Hz to bude 200 000. To znamená, že periody je 20 000,0 ms, a moderní (a mimochodem ne příliš) mikrokontrolér, pokud jej programátor „učí“, s snadno přepíše období na frekvenci rovnou 50 000 Hz. Pokud se frekvence zvýší na 50,087 Hz, pak se v jedné periodě vstupního signálu, 199650 periody příkladu zapadne, a taková změna si všimne měřič frekvence v reálném čase.
U této metody měření se však počet desetinných míst naopak snižuje s rostoucí frekvencí vstupního signálu. Například, pokud je to 40 kHz a referenční hodnota je stále 10 MHz, pak při 40-161 Hz dostáváme 249 period referenční frekvence a při 39840 Hz - 251 period. Pracují nejméně dva měřiče kmitočtu: jeden pro vysoké frekvence, první provoz, druhý pro nízké frekvence, druhý. I když - počkejte! Není možné kombinovat obě metody do jednoho měřiče frekvence? Můžete, a pán říká, jak na to. Musíte vzít obyčejný D-trigger, poté je uveden jeho symbol a tabulka pravdy:
Průvodce zobrazí v grafu čtyři signály, z nichž čtvrtý vytvoří spouštěč:
Prvním z těchto signálů je naměřená frekvence, která je přiváděna na hodinový vstup D-triggeru. Druhou je referenční frekvence, například opět 10 MHz, což vyžaduje vysokou stabilitu. Třetí je signál s frekvencí řádově 1 Hz, stabilita, od které není vůbec vyžadována, je aplikována na stejný trigger na vstupu D. No, čtvrtý je generován triggerem z prvního a třetího následovně. Když se třetí signál přepne z nuly na jeden, spoušť na to neodpovídá okamžitě, ale pouze tehdy, když k takovému přepnutí dojde s prvním signálem poté. Čelní část jednoho z pulzů čtvrtého signálu se tedy přesně shoduje s přední částí jednoho z pulzů prvního signálu. Poté se třetí signál, následovaný čtvrtým, přepne na nulu, na kterou mikrokontrolér žádným způsobem nereaguje, pak se třetí signál přepne zpět na jeden, ale spoušť na něj nereaguje znovu okamžitě, ale pouze po stejném přepnutí prvního signálu. A opět se přední a čtvrtý signál zcela shodují. A v celém období čtvrtého signálu se vejde celé číslo období prvního. Dále - technická záležitost: nezapomeňte, že máme také druhý signál. Mikrokontrolér vypočítá, kolik úplných periody prvního a druhého signálu kleslo v plné periodě čtvrté.
Takže máme dvě čísla. Například 32 a 10185892. Vynásobte 32 10 000 000 (referenční frekvence) a vydělte 10185892. Dostáváme 31,416 Hz. Tři desetinná místa. A měření zůstává přesné jak při nízkých frekvencích, tak při vysokých hodnotách, přibližujících se modelu. A pokud potřebujete měřit ještě vyšší frekvence, můžete přidat dělič.
Nyní musíme rozhodnout, na kterém mikrokontroléru se spustí měřič frekvence. Master se již pokusil vyrobit je na ATmega328, a dokonce i na STM32F407, s frekvencí hodin 168 MHz. Tentokrát je však naplněn minimalismem a rozhodne se zkontrolovat, zda může dosáhnout podobného výsledku na ATtiny2313.
Má více než dost závěrů, zejména pokud používáte LED displej s vestavěným čipem ovladače jako MAX7219:
Úplné schéma zařízení vypadá takto:
K získání pravoúhlých pulzů ze signálu téměř jakéhokoli tvaru se používá poměrně složitý ovladač pro diskrétní komponenty, obsahující RC obvody, omezovač diod a zesilovací stupně. D-trigger je umístěn venku, naměřený kmitočtový signál (první) je do něj přiváděn z ovladače, signály s frekvencemi 10 MHz a 1 Hz (druhý respektive třetí) jsou přijímány z mikrokontroléru, výstupní signál (čtvrtý) jde zpět do mikrokontroléru. Druhý takový spouštěč slouží k generování signálu v kontrolním bodě. K dispozici je stejné schéma PDF v archivu ZIP. zde.
Po sestavení diagramu na něm master shromáždí měřič frekvence, ukáže se takto:
Na fotografii, na rozdíl od obvodu, jsou zobrazeny baterie a regulátor nabíjení, stabilizátor pulsu je také zmíněn masterem, ale tam, kde je, není viditelný. Všechny tyto komponenty byly přidány později, což usnadnilo práci s měřičem frekvence. Baterie 18650 by měla být přijata s ochranou, pájecí dráty k ní jsou nepřijatelné. Buď oddělení nebo bodové svařování.
Firmware (lži zde také v ZIP archivu píše master, přičemž bere v úvahu potřebu přenést mikrokontrolér z hodin do RC generátoru, aby pracoval z externího křemene, a také možnost přiřazovat různé funkce každému z výstupů mikroobvodu:
Chcete-li nahrát firmware, vezme průvodce programátora obvodů společnosti Olimex. Toto je bulharská společnost s profilem blízkým Adafruit.
Master uzavře menší výboj na displeji a poté uřízne otvor v krytu pouzdra tak, aby byl tento výboj uzavřen, protože jeho hodnoty byly nepřesné i přes všechna přijatá opatření.To je ovlivněno vlastnostmi algoritmu a ne příliš vysokou teplotní stabilitou krystalového oscilátoru. Pro jeho nastavení připojí master externí měřič kmitočtu k řídícímu bodu s kmitočtovou stabilizací generátoru hodin z GPS přijímače, poté nastaví přesných 5 MHz otáčením ladicího kondenzátoru (trigger rozdělí hodinovou frekvenci dvěma). Správně vyladěný měřič kmitočtu poskytuje požadovanou přesnost v rozsahu měřených frekvencí od 0,2 Hz do 2 MHz. Následující dvě fotografie ukazují, jak master aplikoval stejný signál současně na referenční a ověřené měřiče frekvence:
