Frecvențmetru cu LCD

Introducere

Aparatele destinate indicării frecvenţei semnalelor periodice în timp pot fi încadrate, pe baza categoriei de prelucrare, fie în clasa aparatelor analogice, fie în clasa aparatelor numerice.

Masurarea numerică a frecvenţei consta în numărarea, într-un interval de timp precizat, a perioadelor semnalului analogic prezent la intrare. Sunt prevazute,

în acest scop, cu circuite electronice de adaptare a semnalelor analogice în gama de lucru a blocurilor de prelucrare, circuite de comandă a funcţiilor şi circuite de interfaţă cu rolul de conversie a semnalului analogic în semnal numeric.

Aparatele analogice de măsură a frecvenţei semnalelor nu număra nimic (cu toate că, uneori, sunt prevăzute cu circuite de afişare numerică a valorii măsurate), cel mult integrează mărimea prezentă la intrare. Au la bază fenomene fizice care să determine un semnal analogic, care să poată fi indicat continuu, proporţional cu frecvenţa semnalului supus măsurării.

Se consideră necesar a enunţa principalele metode de măsurare analogică a frecvenţei din două motive. Mai întâi pentru că s-ar putea întâlni aparate fabricate acum 20…30 de ani care încă să funcţioneze şi în al doilea rând pentru ca vechile principii de construire a aparatelor pot constitui sugestii pentru noi aparate, utilizând tehnologii electronice actuale, cu performanţe ridicate.

Metodele de măsurare analogică a frecvenţei pot fi:

– directe, caz în care se utilizează proprietatea reactanţei unui circuit de a

se modifica cu valoarea frecvenţei semnalului de alimentare, aici încadrându-se metodele de încărcare / descărcare a condensatoarelor, metoda circuitelor aduse la rezonanta şi metoda punţilor de curent alternativ;

– de comparaţie, caz în care se recurge la compararea frecvenţei semnalului aplicat la intrarea aparatului cu frecventa unui semnal intern, aici încadrându-se metoda figurilor Lissajous, metoda heterodinării şi metoda oscilatorului de transfer. În continuare sunt prezentate câteva din metodele de măsurare analogică a frecvenţei cu cea mai mare posibilitate de a fi întâlnite în aparate încă în uz.

Măsurarea frecvenţei cu circuit rezonant

Se bazează pe faptul că un circuit LC (cu bobina şi condensator) are frecvenţa oscilaţiilor libere (de rezonanta).

Aparatele indicatoare a frecvenţei care au în componenta circuite LC sunt prevăzute cu sisteme care sa modifice parametrii L sau C (sau ambii) aşa fel încât frecventa de rezonanta sa fie egala cu frecventa semnalului ui supus măsurării.

Măsurarea frecvenţei cu punţi de curent alternativ

Măsurarea frecvenţei cu ajutorul punţilor de curent alternativ este o metoda

de zero, în sensul ca se modifica unul din elementele punţii până când curentul prin diagonala punţii se anulează. Condiţia de echilibru a punţii (curentul prin diagonala nul) se exprima în funcţie de impedanţele complexe ale braţelor .

Măsurarea frecvenţei cu metode de comparaţie

Metoda heterodinarii este o metoda de comparare a frecvenţei necunoscute fx

cu frecventa f0 cunoscuta a unui oscilator intern. Compararea celor doua frecvente

se face, de regula, prin scăderea din semnalul de frecventa necunoscuta a semnalului

furnizat de un oscilator local OL (scăderea se face în etajul de amestec indicatorului de nul IN care poate fi o casca, un aparat magnetoelectric sau un

sistem electronic de modificare automată a frecvenţei oscilatorului intern. Metoda heterodinarii se numeşte şi a bătăilor pentru că în casca se va percepe un semnal de joasa frecvenţă (fx – f0) a cărui perioada creste (bate din ce în ce mai rar) pe măsura

ce f0 se apropie tot mai mult de frecventa necunoscuta. Când cele doua frecvenţe sunt egale, avem “bătăi nule”.

Măsurarea numerică a frecvenţei

Aparatele destinate măsurării numerice a frecvenţei au în componenţa un numărător universal, un generator de impulsuri numit “bază de timp”, circuitul de intrare având rolul de adaptare a semnalelor analogice şi de conversie în semnale cu două stări (numerice), o poarta logică, un circuit de selectare a funcţiilor şi un circuit de afişare a rezultatului măsurării.

Aparatul numeric universal poate funcţiona în următoarele regimuri:

măsurarea frecvenţei semnalelor periodice în timp;

indicarea raportului frecvenţelor a doua semnale, aplicate la intrările;

măsurarea perioadei unui semnal;

măsurarea duratei de timp a unui impuls;

indicarea intervalului de timp dintre prezenţa unui impuls la intrare şi apariţia unui impuls la intrarea (decalajul de timp între doua semnale);

indicarea valorii medii a perioadei unui semnal;

furnizarea la ieşirea a semnalului generat de baza de timp;

furnizarea la ieşire a unui semnal cu frecvenţa divizată faţă de frecvenţa semnalului prezent la intrarea aparatului;

De multe ori se utilizează codul binar, a rezultatului măsurării. De aceea, un astfel de aparat se întâlneşte sub numele de numărător universal, iar în cazul în care îndeplineşte numai funcţii referitoare la frecvenţa semnalului se numeşte frecvenţmetru.

Capitolul 1 Partea generală

1.1 Scheme analogice

1.1.1 Frecvenţmetru pe PIC Controler

Acest aparat este destinat pentru măsurarea frecvenţei semnalelor logice, dar şi semnalelor periodice ne dreptunghiulare pozitive. Are o construcţie relativ simplă cît şi principiu de funcţionare nu este prea dificil.

Frecvenţmetru, schema principială care este prezentată în figura 1, ne dă posibilitatea de a măsura semnale periodice în diapazonul 250 Hz….50MHz. Rezistenta de intrare 2 kΩ, semnalul logic 0 trebuie să aibă o tensiune nu mai mare de 0,2V, iar logicul 1 nu mai puţin de 0,8V.

Cum se vede din schema elementul principal este microcontrolerul PIC16F84, are ca funcţie numărarea impulsurilor semnalului de întrare, precum şi prelucrarea lor şi afişarea la indicatoarele HG1-HG4.

Microcotrolerul PIC16F84 are un timer de 8 biţi (TMR0), la care ultimul impuls lucrează asincron, deaceea timerul poate să citească frecvenţa semnalelor cu mult mai mari decât frecveţa generatorului microcontrolerului, care este egală cu 4MHz.