تبلیغات اینترنتیclose
فرکانس متر

شمارنده ی فرکانس دیجیتال

فرکانس متر دیجیتال کاربردهای زیادی دارد.

درفرکانس متر دیجیتال ازمدارات دیجیتال استفاده میشودوبنابراین دانش خوبی ازمدارات دیجیتال برای فهمیدن کامل آن موردنیازاست.(البته من فاقد آن میباشم) شمارنده ی فرکانس تعدادی تناوب سیگنال ورودی را درهرثانیه بایدبشمرد.بنابراین به یک وسیله برای شمردن نیازاست.

در مدارات الکترونیکیICهایی به عنوان کانتروجوددارد.این ICها پالسهای ورودی رامیشمارند.خروجی آنها به صورت کد باینری یاBCDمیباشد.این تراشه ای است برای نشان دادن یک رقم وبا استفاده از 7تاIC مشابه میتوانیم یک کانتر7رقمی داشته باشیم.اغلب ازیک دیکدرCMOSاستفاده میشودتاخروجیBCD کانتررادیکدکندو7-segراه اندازی شود.

شمارنده ی فرکانس دیجیتال

ازآنجایی که شمارنده تنهاپالسهای دیجیتال رامیشمردبه یک کانورترموج سیگنال ورودی به پالس دجیتال نیازداریم.بنابراین به یک مدارویژه برای شکل دهی موج ورودی باهمان فرکانس ودامنه محدودشده به سطحTTL نیازاست.یک بخش شایسته سازی سیگنال(تصحیح فاز ودامنه ی آن) موردنیازاست که شامل این بخشها میباشد:

مرحله ی تقویت یاتضعیف

مبدل سطح TTL

درکناردومرحله بالادربعضی ازطراحی ها ازیک بخش محافظت ورودی وفیلترکردن نیزاستفاده میشود.

شمارنده همیشه بایدبشمردومقداررانشان دهد.این بدین معنی است که یک نظمی برای شمارش ورودی دریک دوره ی ثابت بایدوجودداشته باشد.Display میخواندوکانتربایددوباره پاک کند تاورودی مجددا خوانده شود.سپس ما به یک خواندن پیوسته میرسیم که فرکانس صحیح رادرتمام زمانها به ما نشان میدهد.

((تشریح عملکرد))

یک مدارکنترل برای رسیدن به این هدف (خواندن پیوسته ی فرکانس )لازم است.وظیفه مدارکنترل تولیدسیگنالهایی به شرح ذیل است:

کانتررابرای دوباره سازی پاک کند.

یک سیگنال قطع متناوب دقیق رافراهم سازدتا پالسهای ورودی رابرای مدارکانتربپذیرد.

مقدارشمارش برای دیکدشدن لچ شودونشان داده شود.

گامهای بالابرای خواندن پیوسته ی کانتر به طورپیوسته بایدتکرارشوند.

مدارکنترل با زمان بندی صحیحی باید عمل کند.این هدف بوسیله تمام سیگنالهای زمان بندی بدست امده ازاسیلاتورکریستال یامدارTime Base حاصل میشود.صحت ودقت کانتر فقط به صحت مدارTime Base بستگی دارد.

تشریح مدار

مدارکانتربراساسICهای دیجیتال طراحی شده است.دراین طراحی ازICهای بیشتری استفاده شده است.

مدارمیتواند شمارش روبه بالا یاپایین انجام ویابامقداراولیه پروگرم شود.

تراشه ای که برای کانتراستفاده میشود74HCT190میباشد.

اینICتوان کمتری مصرف میکندوروبه بالامیشمارد.در صورت نداشتن اینICمیتوان ازICهای مشابه دیگرخانواده ی74استفاده کرد.CD4511یک دیکدرمیباشد.این یک CMOS IC شامل Decoder,Latch ویک راه انداز7-seg.مدارکنترل برای استفاده ی بدون محدودیت تراشهTime Baseکه شامل MM5396 ودوتاتراشه یTTLمی باشدطراحی شده است.5369شامل یک اسیلاتورویک تقسیم کننده میباشد.اگرمدار رابه یک کریستال 3.579Hzوصل کنیم فرکانس 60Hzرابه مامیدهد.این فرکانس مجددا بوسیله 12تاتراشه کانتر7492تقسیم میشود.با هردوی 7492وگیت اشمیت تریگرNANDسیگنال کنترلی لازم نتیجه گیری میشود.

تشریح مدار

قسمت ورودی مدارشامل یک ترانزیستورRF

دیودهای محدودکننده برای محافظت ترانزیستورازولتاژRFبالا می باشد.

حساسیت کانتردرحدود100mvاست. پتانسیومتربرای عملکردمناسب کانتردر مدارقرارگرفته وتنظیم میشود.اگرنیازبه حساسیت بیشتری داریدیک پیش تقویت کننده میتوان به مدار اضافه کرد.

این فرکانس مترسیگنالهای فرکانس بالا رااندازه میگیرد.ولی اگربخواهیم سیگنالهای بافرکانسهای خیلی بالارااندازه بگیردبایدازیکPre-Scalarاستفاده کردکه خروجی آن یک دهم ورودی است.خروجی Pre-Scalarیک سیگنال HFاست که به راحتی با کانترخوانده می شود.Pre-Scalarبه ولتاژورودی 100mvبرای عمل کردن نیازدارد.بنابراین به یک پیش تقویت کننده ی VHFاحتیاج اریم.

frequency meter uses a microcontroller as its counting and display device. A prescaler extends its maximum input frequency to 50 MHz.

((فرکانس متر دیجیتال))

نوع دیگری ازفرکانس مترهاهستندکه بامیکروکنترلرPIC16C54ساخته میشووند.میکروکنترلرPIC16C54 دارای 13 پایه ورودی/خروجی میباشدکه 12 پایه ی آن برای کارهای عمومی استفاده میشود.این پایه ها برای راه اندازی 4تا7-Segment که فرکانس اندازه گیری شده را نشان می دهند به کارمی رود.

بقیه ی پایه ها برای اتصال به ثبات داخلی PICبه نامRTCC به کار می رود.پایه ی RTCCاین ثبات یا دستورالعملهای داخلی ویاپالسهای خروجی را میتواندبشمرد.دراینجا ازتوانایی آن به عنوان شمارنده ی پالس استفاده می شود.

ازیک تشدیدکننده سرامیکی یاکریستالی بایداستفاده شود.فرکانس مترباید تافرکانس8MHسیگنال ورودی رابایداندازه بگیرد.بنابراین به پردازشگر خیلی سریع نیاز است.تشدیدگرخودتراشه تافرکانس4MHzرااندازه میگیردولی انواع کریستالی تا 20MHzرااندازه میگیرند.بنابراین برای میکروکریستال20MHzانتخاب میشود.هرکدام از دستورالعملهای PIC 4تاclockcycleزمان برای اجرای دستورالعملها نیازدارد.بنابراین PIC 20MHz درهرثانیه5میلیون دستورالعمل رااجرامیکند.

((فرکانس متر دیجیتال))

چگونه فرکانس یک سیگنال اندازه گیری میشود؟

بسادگی بوسیله ی شمردن کل پالسهادریک دوره ی زمانی ثابت مثلا یک ثانیه.دقت خوانده ها دراین فرکانس متر1Hz±است.برای فرکانس های بالادرحدود10KHzدستگاه می توانددرزمانی کمترازیک پریودیعنی در1/8ثانیه پاسخ دهد.این کاهش باعث ایجاددقت 8Hz±میگردد زیرا درهرحال تنها 4رقم بامعنی می تواند نشان داده شود.همانطورکه دراسلاید قبلی اشاره شد RTCCحداکثر5میلیون دستورالعمل درهرثانیه رامیتواندبشمرد.برای سیگنالهای بافرکانس بالای5MHzباید ازیکPre-Scalarاستفاده کرد.

((فرکانس متر دیجیتال))

یکی ازهنرهای طراحی مداراستفاده از میکروکنترلر کوچک برای ساختن پین

هایI/Oتراشه است تابتواند کارهای مختلفی را انجام دهد.در این طراحی

8پین برای راه اندازی 4تا7-segment تنظیم میشود.هرکدام ازآنهامیتوانند

رقمهای متفاوتی رادر آن واحدنشان دهند.

این کاربوسیله ی عمل مولتی پلکسینگ صورت می گیرد.بوسیله تکنیک

مولتی پلکسینگ تنهایکی از7-seg سوئیچ میشود.برنامه ی نرم افزار خیلی

سریع یک رقم روی هر4تا displayنشان میدهد.اما چون این اتفاقات

خیلی سریع است متوجه لرزش آنها نمی شوید.هرلرزش سریعتراز72Hzبوسیله ی

چشم انسان درک نمیشود.

4 پین دیگرI/Oبرای کنترل اینکه نمایشگر کدام7-seg میتواند نمایش دهد.این تکنیک ازلحاظ نرم افزاری کمی کار رامشکل میکند.

((تشریح مدار فرکانس متردیجیتال))

مدار فرکانس متر را می توان به سه بخش اصلی تقسیم کرد:

1) Powersupply : این مدار دارای یک منبع تغذیه 9v می باشد که به وسیله ی رگولاتور ولتاژ ولتاژآنرا روی 5v تنظیم می کنیم.دراین مدار به خاطر عمل مولتی پلکسینگی که انجام شده اغتشاشات زیادی داریم و عمل سوئیچینگ باعث کشیدن جریان زیادی درحدود 40mA می گردد.

R7 وC2 مولفه های یک فیلترپایین گذرهستندبا فرکانس مرکزی 100Hz که ولتاژتغذیه شده برای تقویت کننده ی ورودی را ازنویزایجادشده درمدارمجزا میکند.

.

((تشریح مدار فرکانس متدیجتال))

2) Input Amplifier :تقویت کننده ی ورودی بین سیگنال ورودی و

میکروکنترلر قرار می گیرد.تقویت کننده هرسیگنال پریودیک (سینوسی-مثلثی-مربعی ) با یک دامنه Peak to Peak با حداقل 50mv را به سطح 5v TTL تبدیل میکند.که این ولتاژموردنیاز برای ورودیRTCC میباشد. تقویت کننده دارای یک ورودی Hi-Impedance است که باعث کاهش اثر آن در سیگنال ورودی میشود.طبقه ی ی اول

تقویت کننده ی ورودی مبنی بر ترانزیستورFET می باشد(TR2) که

جریان بیس ثابتی دارد.جریان بیس ثابت دارای این مزیت است که جریان

درین به ویژگی های FET بستگی ندارد. این بدین معنی است که سطح

dc مدار را میتوان به درستی پیش بینی کرد و کار طراحی ساده تر میشود.

طراحی Input Amplifier

طراحی با انتخاب یک FET آغاز میشود. BF244 انتخاب می شودزیرا جریان درین پایینی دارد(2-6.5mA) مقدار 1mA برای جریان بیس ثابت انتخاب می شود(کمتر از مینیمم جریان درین).BF244 FET صرفنظر از نوساناتی که دارند سطح dc یکسانی دارند مقاومتR3 وR5 یک تقسیم ولتاژراایجاد میکنند وولتاژثابت .09v را برای بیس TR3 فراهم می کنند.بنابراین ولتاژامیتر0.9-0.65=0.25 ولت است.این ولتاژدوسرمقاومت امیتر(220R) می افتد وباعث فراهم کردن جریان ثابت تقریبا 1mA می گردد.R1 مقاومت درین 1K است و ولتاژدوسرآن 1.25vمیباشد.ولتاژ در درین FETولتاژثابت 3.75vمیباشد. خازن C5 در حالت ac به زمین وصل می شود.

منبع جریان بایپس شده و ولتاژac دو سرمقاومت R1 (مقاومت درین)

می افتد.بهره ولتاژ طبقه ی FETقابل پیش بینی نیست زیرا آن به رسانایی متقابل FET(transconductance) هابستگی دار د.ولتاژ اندازه گیری شده ازبهره ی ولتاژ دردرینTR2درحدود 1یا 2 می باشد.امپدانس خروجی در حدود 1K است وامیتر فالوئر برای اتصال طبقه ی بعدی که یک تقویت کننده امیتر مشترک است استفاده می شود.

.

Input Amplifier طراحی

بیس TR4دارای ولاتاژ3.75-0.65=3.1می باشد.

امیترTR4ولتاژ3.1-0.65=2.45دارد. مقاومت امیترR12دارای مقدار560Rمی باشدکه جریان امیتری درحدود 4.4mAبه ما میدهد.ولتاژدوسرمقاومت کلکتورR8برابر 220Rمیباشد وولتاژ1vدو سر آن می افتد.گین این طبقه برابرR8/re که re مقاومت درونی امیتر است. گین ولتاژ در حدود40 میباشد.سیگنال از کلکتور TR4 به یک موج مربعی 5v برای سوئیچینگ ترانزیستور TR5 تبدیل می شود.خازن ac برای R10 کوپل ac را فراهم می کند.

گین ولتاژ بخش ورودی بالای 80 است ویک پاسخ از100Hzتا10MHzدارد. R4 مقاومت ورودی تقویت کننده را مشخص میکند. ولتاژ1Mv انتخاب میشود و یک امپدانس ثابتHz 30K رابوجودمی آورد. محافظت ورودی بوسیله ی R2,D1وD2 صورت میگیرد.

((نوسانات مدار))

D2 میتواندکاملا ازمدارخارج شود و عملکرد مدارراباافزایش امپدانس

ورودی بهبود ببخشداما باعث کاهش محافظت ورودی مدارمیشود.

درفرکانسهای بالایک خازن100PF را به صورت موازی باR10 قرار

میدهیم.این کاربهTR5 کمک میکند تا باسرعت بیشتریOn,Off

گردد.خازن میتواند مستقیما به دوسر R10 وصل شود.اگردستگاه اندازه گیری بوسیله ی منبع توان شبکه توان داده شودنمایشگردارای روشنایی بیشتری است به علت کم شدن مقاومتهای راه اندازR16-R23 به 220R .مقدار330R که طراحی شده جریان زیادی را ازشبکه نمی کشد.یک رگولاتورارزان مثل78L05 را میتوان استفاده کرداگر دستگاه منحصرا از برق شبکه استفاده میکند.

((کاربردها))

یکی ازاستفاده های خوب فرکانس متربرای کالیبره کردن تجهیزات دیگرمی

باشد.برای مثال یک مولد سیگنال که نمایشگردیجیتال ندارد.دستگاه اندازه

گیری فرکانس دیق تولیدشده بوسیله مولد رانشان خواهدداد. ابزاردقیق

تگزاس یک سری سنسورهای نور(TSL220)تولید کرده که فرکانس خروجی

به شدت نور بستگی دارد.یک دستگاه انداره گیری نور یکی از این سنسورها را با فرکانس متر ترکیب میکندکه میتواندمیزان درخشندگی را بادقت خوبی اندازه بگیرد.شما میتوانید یک میکروفون کریستال به فرکانس متر متصل کنید و یک میزان ساز گیتار داشته باشید.فرکانس متر فرکانس دقیق دستگاه موسیقی را نشان خواهد داد.شما به آسانی میتوانید دستگاه را با مراجعه به جدول فرکانسهای نوتها تنظیم کنید.

صفحه قبل صفحه بعد
نظر شما
نام : *
پست الکترونیک :
وب سایت/بلاگ :
*
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O @};-
:B /:) =D> :S
کد امنیتی : *


برچسب ها: ,
موضوع : | لينك ثابت
نوشته شده در تاريخ چهارشنبه 1 آذر 1391 توسط حميد تلك آبادي