Новое – это хорошо забытое старое

Частотомер предназначен для работы в составе аналогового генератора низких частот [1] и служит для замены круговой шкалы на оси элемента перестройки. Применение счетчика делает ненужными операции по подбору номиналов компонентов и укладке границ поддиапазонов.

Рисунок 1.	Схема низкочастотного счетчика.

Низкочастотный счетчик, схема которого представлена на Рисунке 1, состоит из минимума деталей (Рисунок 2). Счетчик не требует настройки и обладает необходимым в большинстве случаев диапазоном при минимальной стоимости. Основные элементы – это микроконтроллер (МК) ATTiny13/13A и 4-разрядный светодиодный дисплей на базе TM1637. Понадобится еще интегральный стабилизатор напряжения 5 В для подключения к питанию генератора.

Рисунок 2.	Основные детали счетчика.

Частота отображается в трех разрядах, десятичная точка проставляется автоматически. Горизонтальные сегменты четвертого знакоместа используются как индикаторы диапазона (Гц, кГц, Рисунок 3). Максимальная входная частота 500 кГц. Вход счетчика подключается к выходу компаратора, входящего в состав генератора [1]. При автономном использовании необходим простейший формирователь, так как обеспечить гистерезис программными средствами, сохранив полосу рабочих частот, не удалось из-за ограниченности ресурсов МК.

Рисунок 3.	Индикация частоты 124 кГц.

Временнáя база частотомера основана на внутреннем RC-генераторе 9.6 МГц микроконтроллера. Температурная нестабильность, согласно документации производителя, не превышает 1% и соизмерима с нестабильностью генератора низких частот, для которого предназначен счетчик. Любые вероятные отклонения от средней частоты 9.6 МГц компенсируются простым способом без вмешательства в программу. Об этом ниже.

Выходное напряжение генератора измеряется входящим в состав счетчика вольтметром с любым выпрямителем. Максимальное напряжение на входе не должно превышать напряжение питания МК. Встроенный измеритель имеет шкалу до 20.00 В с весом младшего разряда 10 мВ (Рисунок 4). Коэффициент преобразования вольтметра может легко изменяться в очень широких пределах и позволяет обеспечить точность показаний с любым выпрямителем и делителем. Ресурсы МК дали возможность применить метод повышения точности АЦП до 12 бит [2]. Для правильной синусоиды величина RMS (среднеквадратичное значение напряжения) составляет 0.707 от максимального значения, поэтому применение пикового детектора на входе АЦП МК – это самый лучший способ получить измерительный прибор, а не индикатор.

Рисунок 4.	Индикация напряжения 2.87 В.

Перед началом работ со счетчиком его нужно откалибровать. На вход порта PB3 (вывод 2) подключается любой потенциометр номиналом от 1 до 100 кОм с линейной характеристикой (Рисунок 1а). Настоятельно рекомендуется проверить симметричность регулировки. Для этого ручка выводится в среднее положение, и измеряются сопротивления плеч. Подберите переменный резистор, у которого они равны с точностью не хуже 10%. Сгодятся и любые, но придется потратить больше усилий.

Потребуются эталонные частотомер и вольтметр. Для калибровки счетчика перед включением питания (!), ручку потенциометра нужно повернуть против часовой стрелки до упора. После включения в течение 4 с ручку поставить приблизительно в среднее положение. Режим калибровки индицируется на дисплее точкой в правой позиции. Отклонение ручки регулятора влево начинает уменьшать показания (окно счета сужается) и наоборот. Чем больше угол, тем выше скорость изменения.

Заканчивать калибровку необходимо в среднем положении регулятора, когда изменения нулевые. Придется подождать не более четырех минут, и счетчик перейдет в обычный режим. Поправка запоминается и используется при дальнейшей работе.

Точка-указатель гаснет. Точно так же калибруются показания вольтметра, только перед включением питания ручку следует повернуть по часовой стрелке. Скорости изменения показаний при калибровке счетчика и вольтметра существенно разные, поэтому придется работать внимательно и аккуратно.

Предупреждение. Если забыть вернуть регулятор в среднее положение, значение поправки не сохранится в памяти. Запись может произойти только в среднем положении. Это сделано для того, чтобы ограничить возможности разовой коррекции, так как программных границ регулировки не предусмотрено.

После этой операции потенциометр не нужен и может быть заменен на простой переключатель режимов F_X/V_X (Рисунок 1а). Однако, сохранив потенциометр в схеме, вы получите плавный переключатель. В крайнем левом положении на индикаторе отображается частота, в правом – напряжение. Между ними 8 вариантов в соотношении времени. «Квант» времени – 1 с. Соответственно, возможность калибровки прибора доступна всегда.

Дисплей перед использованием в схеме придется доработать и удалить конденсаторы на шинах DIO и CLK (Рисунок 5). С ними гарантируется ненормальная работа индикатора. Прототип «поднебесной» TM1637 прекрасно справлялся со скоростями 400 кГц, и непонятно, зачем производители индикаторов загрубили скорость обмена. В нашем случае, программные задержки, в соответствии с протоколом обмена на модуль индикации, требовали ресурсов…

Рисунок 5.	Доработка индикатора TM1637.

В момент включения питания на дисплее появляется информация о результате чтения поправок из EEPROM МК. Это сообщение об удачном чтении или рекомендация провести коррекцию, коэффициенты которой оказались повреждены.

Программное обеспечение составляют два файла для загрузки в программную память и EEPROM микроконтроллера. После того, как результаты коррекции удовлетворят пользователя, содержимое EEPROM советуем сохранить с именем оригинального файла и в дальнейшем использовать только его. Коррекция, в данном случае, будет гораздо проще. Fuses микроконтроллера должны быть запрограммированы кодом 0x7AF900 {Lo, Hi, Ex} (частота по умолчанию, делитель на 8 выключен, Brown-out detection level at VCC=4.3V).

Помните, что от стабильности питающего напряжения МК напрямую зависит точность вольтметра, поэтому самым лучшим решением будет питание МК и дисплея через разные стабилизаторы 78L05. Блокировочные конденсаторы на схеме отсутствуют.

1. Файлы для загрузки в программную память и EEPROM