Osnovna naloga instrumenta, ki ga bom opisal, je meritev frekvence. Poleg tega lahko slu`i kot {tevec impulzov z ro~nim resetom, in kot merilnik ~asa trajanja visokega ali niskega nivoja. Najprej bom opisal elektri~ni na~rt, nato mehansko konstrukcijo, in nazadnje opis rokovanja.

Srce vsega je mikroprocesor 89C51, ki nadzoruje vhodna {tevna vrata, ~ita podatke s skupnega pred{tevca, jih obdela in poganja prikazovalnik. Napajanje je enojno +5VDC, napajalnik pa tako klasi~en, da o njem ne bi pisal.

Vhod je zaradi {irokega frekven~nega raspona, razdeljen na tri lo~ene dele. Za oblikovanje signala na niskih frekvencah (do 1 MHz) se uporablja komparator LM393. Napetostna ob~utljivost je nastavljena z delilnikom R11/R12. Pri izbranih uporih zna{a pribli`no 250mV. Upor, ki je na tisku ozna~en kot R10 se ne vstavlja. Ta vhod slu`i tudi, ko instrument deluje kot {tevec impulzov, ali kot merilnik ~asa trajanja nivoja. Zaradi tega ni potrebno pretiravati s preveliko vhodno ob~utljivostjo. Ne glede na to kak{na meritev poteka, je potrebno upo{tevati, da komparator LM393 ne bo zanesljivo preklapljal pri vhodnih spremembah hitrej{ih od 0.5 mikro sekunde.

Za meritev srednjih frekvenc (do 40 MHz) je vhodni oblikovalnik narejen z dvema tranzistorjema BSX20. Za zas~ito vhoda sta na tisku predvideni dve diodi, ki pa nista nujno potrebni. Ta obseg frekvenc se sicer lahko meri tudi preko preddelilnika SDA4212, vendar zaradi njegove delitve meritev nima tako dobre lo~ljivosti, ali pa bi morala trajati dalj ~asa. Spodnja frekven~na meja oblikovalnika s tranzistorjema je okrog 300kHz, zgornja v vseh do sedaj izdelanih merilnikih presega 40MHz. Za meritev visokih frekvenc je uporabljen preddelilnik SDA4212. Ob~utljivost je odvisna od upora R1, pri izbrani vrednosti zna{a pribli`no 100mV do 200mV, odvisno od posameznega primerka vezja. Nekaj besed o tem zakaj ravno SDA4212, ko pa je zelo lahko in poceni dobiti U664 ali U891. SDA4212 je precej dra`ji (pribli`no {tiri krat) in te{ko ga je dobiti, kljub temu, da so slovenske trgovine zadnja leta dobro zalo`ene z razli~nim materialom. Trudil sem se, da bi na{el dobavitelje, in rezultat je bil pribli`no tak: ^ip-Maribor, Media trade-Dom`ale, in HTE, ~e je koli~ina ve~ja.

Testiral sem SDA4212 in U664. ^e pogledamo potek ob~utljivosti v odvisnosti od frekvence, so razlike med najve~jo in najmanj{o pri U664 tudi 15dB in ve~. SDA4212 ima precej manj{e razlike, pribli`no 3 do 5dB. ^e pri U664 ni`amo nivo na vhodu je odziv slede~: Pri dovolj velikem vhodnem nivoju je izhodna frekvenca to~en deljenec vhodne. Z nadaljnim ni`anjem nivoja, postane izhodna frekvenca nestabilna in nekako opleta okrog vrednosti, ki predstavlja to~en rezultat. SDA4212 ima zelo oster prehod med dovolj visokim in premajhnim nivojem na vhodu. Samo 1dB pod nivojem pri katerem je delitev {e vedno to~na in stabilna, delilnik ne daje ve~ signala na izhodu. U664 pod 40MHz ne deluje ve~ zanesljivo. pod pribli`no 30MHz pa popolnoma preneha delovati, oziroma tisto, kar daje na izhodu ni v nikakr{ni povezavi z vhodno frekvenco. SDA4212 deli tudi frekvence reda kHz. Oba delilca nista pinkompatibilna. Razlika je na pinu 5, s katerim se dolo~i faktor deljenja. Na narisani shemi je izbrana vrednost 64 za SDA4212. ^e bi se uporabil U664, bi pin 5 moral biti povezan z maso. Zgornja frekven~na meja SDA4212 pri ve~ini primerkov presega 1.5GHz. Dandanes je marsikomu tudi to premalo. Za tiste ljubitelje GHz pa instrument omogo~a “enostavno” dodajanje zunanjih delilnikov. (V 46. {tevilki revije je bila na kratko predstavljena NEC-ova serija m PB... med njimi so tudi tak{ni, ki delajo nad 10GHz.) Izhod iz delilnika gre na tranzistorski oblikovalec impulzov.

Glede na izbrani merilni obseg, procesor preko NE ALI vrat 74HC02, izbere eno od vhodnih stopenj. Izhodi vrat so med seboj lo~eni s pomo~jo diod, ki so preko upora R14 v tak{ni vezavi, da mora biti preklopna hitrost diod zelo velika. Zaradi tega ni vseeno kak{en tip diod se uporabi. Preiskusil sem BA482 in BA479. Oba tipa delata dobro. Klasi~ne 1N4148 pa ne ustrezajo. Katode diod so povezane s {tevnimi vrati, na katera pride tudi kontrola iz procesorja, ki dolo~i ~as {tetja. Izhod vrat poganja {tevec, ki frekvenco deli z 100. Delitev pred procesorjem je nujna, ker procesor ne more meriti visokih frekvenc. Najvi{ja frekvenca, ki jo lahko izmeri, glede na izbrano vezavo, je 400kHz. (Izhod iz {tevca HC4518 je nesimetri~en!) Glede na procesorjevo omejitev in delilnik z 100, je mejna frekvenca vezja brez delilnikov pred {tevnimi vrati IC4D 40MHz. Za doseg te frekven~ne meje morata biti IC4 in IC5 HC CMOS vezji. Po koncu merilnega cikla procesor od~ita tudi stanje {tevca 4518, da se zagotovi visoka merilna lo~ljivost. Program omogo~a zelo stabilno meritev, to~nost pa je odvisna od to~nosti procesorjevega takta. Za vrhunsko to~nost je mogo~e uporabiti zunanji izvor takta, v tem primeru je pin 18 procesorja, vhodni pin, 19 pa se ne priklopi. Za meritve, ki ne zahtevajo vrhunskih rezultatov, je ustrezen kvarc na tisku, ki ga je potrebno to~no nastaviti s trimerjem. Nekateri kristali, ki se dobijo v trgovinah niso ustrezni, potreben je tak{en, ki niha na osnovni frekvenci.

Prikazovalnik je lahko 8 x LED ali LCD 2 x 16 znakov. Ne glede na njegov izbor, ostaja osnovna shema enaka. Razli~en je le program v procesorju. Pri LED prikazu je uporabljen multipleksni na~in. Krmiljenje segmentov je klasi~no preko porta procesorja. Za pogon skupnih anod skrbi {tevec 4017. Re{itev je nekoliko netipi~na, omogo~a pa uporabo le dveh pinov za nadzor multipleksa.

Mehansko konstrukcijo sem si zamislil, kot osnovni tisk, na katerem je vsa potrebna elektronika z napajalnim delom, razen prikazovalnika. Seveda ni nujno, da izgleda ravno tako. Vse potrebne komponente usmernika so name{~ene na enem delu tiskane plo{~ice, tako da je ta del z ostalo elektroniko povezan le prek dveh napajalnih linij. Tak{na re{itev je narejena zato, da se lahko ta del plo{~ice odre`e, ~e se instrument napaja iz zunanjega izvora. (5VDC) LED prikazovalnik ima svoje tiskano vezje na katerem so tri tipke, osem tranzistorjev za pogon displejev, upori za omejitev toka segmentov in baznega toka tranzistorjev (R21 do R36), ter {tevec 4017. Zaradi prostora so omenjeni upori in {tevec v SMD ohi{ju. Predupori za segmente imajo vrednost 390E in so na tiskanem vezju ozna~eni s ~rko E, bazni upori (10K) so ozna~eni s ~rko K. Plo{~ica LED prikazovalnika se lahko s pomo~jo kotne pin letve fiksno prilota na osnovno vezje. Kot druga mo`nost se lahko na osnovno vezje vlotajo konektorji, prikazovalnik pa se priklopi s pomo~jo trak kabla. V tem primeru je mogo~e enostavno zamenjati LED prikazovalnik z LCD-jem. Pri LCD-ju platina z displeji ni potrebna, ker pa so na njej tudi tipke, jih je potrebno namestiti na dodatno tiskano vezje. Plo{~ico tipk sem si zamislil tako, da omogo~a razli~ne na~ine monta`e treh potrebnih tipk.

Potrebne nastavitve se naredijo s pomo~jo treh tipk. Vse spremembe nastavitev se vpisujejo v EEPROM, tako da je po vklopu instrument nastavljen to~no tako, kot je bil pred izklopom.

V osnovi ima {tiri merilna obmo~ja, ki se preklapljajo s tipko TP3. Prvo omogo~a meritev frekvenc do 1.2GHz. ( ve~ina preskalerjev presega 1.5GHz ) Lo~ljivost na prvem obmo~ju je 100Hz ali 1kHz, preklopi se s tipko TP1. Slab{a lo~ljivost omogo~a hitrej{i potek meritve. Na tem merilnem obmo~ju je mogo~e izbrati program, ki k merilnemu rezultatu pri{teje ali od{teje dolo~eno vrednost. Vprogramiranih je pet razli~nih programov. Prvi P0, pomeni da je rezultat enak vhodni frekvenci, ni pri{tevanja ali od{tevanja. Programi P1, P2 in P3 imajo fiksne vrednosti standardnih radijskih medfrekvenc, 10.700MHz, 9.000MHz in 455kHz. Vrednosti se lahko pri{tejejo ali od{tejejo. Program P4 omogo~a izbiro katerekoli vrednosti med 00.000MHz in 99.999MHz. Nastavljena vrednost ostane v spominu. Programi se izbirajo s tipko TP2. Na displeju se izpi{e P0 0000 ali P1 10.700... itd. S tipko TP1 se izbere pri{tevanje ali od{tevanje (P1 -10.700). Izjema sta programa P0 in P4. ^e je izbran P0 se s tipko TP1 lahko izbira faktor deljenja dodatnega zunanjega delilnika. Na LED prikazovalniku se izpi{e PrE 000. (PrE 004... itd) Na prvem merilnem obmo~ju se lahko nastavijo vrednosti 4, 8 ali 16. LCD prikazovalnik ima bolj{e mo`nosti in izpi{e z besedama Zunanji delilnik in seveda izbrano vrednost.. (Ja, moral bi malo narisati, ampak potem mi bo urednik zopet rekel, da se ni prvi~ zgodilo, da sem rekel, da bo ta mesec, vendar zopet ni~...) Nastavitve zunanjega delilnika so povezane s tistim, ko sem napisal, da je mogo~e “enostavno” dodati zunanji delilnik za raz{iritev frekven~nega obsega. Instrument je narejen tako, da upo{teva nastavljeno vrednost in prika`e to~en rezultat, zaradi tega ni potrebno prera~unavanje vhodne frekvence. Primer: Merilno obmo~je `elimo raz{ititi do 4GHz. Eden od primernih delilnikov je m PG501B, (S.E. {t.46) o katerem podatki povedo, da deluje v obmo~ju 1.5GHz do 4.5GHz in deli s faktorjem 4. ^e ga uporabimo pred instrumentom in v menuju za izbiro vhodnega delilnika izberemo vrednost 4, bo prikazan rezultat enak vhodni frekvenci v m PG501B. Za nadaljno {iritev lahko uporabimo ve~ preskalerjev, m PG504B (2.5GHz do 8GHz, deli z 2).. m PG504B + m PG501B pomeni /2 in /4 je /8... Izberemo vrednost 8. Decimalne pike se samodejno premaknejo. O pikah {e to, vedno jih sveti ve~, skrajno leva ozna~uje GHz, druga MHz in tretja kHz. ^e je frekvenca ni`ja od 10MHz, ugasnejo vse ni~le do ute`ne vrednosti 1MHz. Napis MHz in GHz se samodejno prilagaja, glede na vrednost frekvence. Zgoraj opisani lastnosti veljata samo za LCD prikazovalnik.

Ko je izbran program P4, in se pritisne tipka TP1, za~ne utripati skrajno desna {tevilka, (velja za LED prikaz, pri LCD-ju se v spodnji vrstici pod stevilko pri`ge pu{~ica levo ¬ ) njena vrednost se nastavi s tipko TP2. Po drugem pritisku TP1 utripa druga {tevilka..... Tako se nastavi vsaka ute`na vrednost posebaj. Po {estem pritisku utripa decimalna pika, omogo~eno je izbiranje pri{tevanja ali od{tevanja nastavljene vrednosti. LCD prikazovalnik ima tu eno posebnost. Poleg `e opisanega je po sedmem pritisku tipke TP1 mogo~e izbrati mo`nost izpisa nastavitve instrumenta v zgornji vrstici LCD-ja. V spodnji je zapis merilnega rezultata. ^e izberemo DA, bo nastavitev izpisana, ~e NE pa ne bo. Primer izpisa: 1.2G +45.000”000. Pomeni, da je izbran merilni obseg 1.2GHz, k merilnemu rezultatu se bo pri{tela vrednost 45.000MHz, zadnje tri ni~le pomenijo, da zunanji delilnik ni nastavljen.

Izpis 1.2” +45.000”008, pomeni da je predvidena uporaba dodatnega zunanjega delilnika, ki deli s faktorjem 8, hkrati se ~rka G nadomesti z vejico zgoraj, ker je maksimalna frekvenca odvisna od dodanega delilnika. Seveda je potrebno upo{tevati tudi najvi{jo frekvenco, ki jo lahko instrument izmeri. ^e izpisa nastavitev ne `elimo, bo na za~etku vrstice samo {tevilka 1, ki pomeni merilno obmo~je. O pri{tevanju in od{tevanju {e to, ~e je vrednost, ki jo od{tevamo ve~ja od vhodne, pomeni da bi bil rezultat pod vrednostjo 0, se izpi{e Er000000, ~e pa pri{tevamo in vsote ni mogo~e prikazati z osem mestno {tevilko pa Er111111.

Drugo merilno obmo~je (preklop s tipko TP3) omogo~a meritve frekvenc do 40MHz, z lo~ljivostjo 1Hz., ali 10Hz, izbere se s tipko TP1. Vse nastavitve potekajo enako kot na obsegu 1.2GHz, s to razliko, da je za zunanji delilnik mogo~e izbirati med vrednostmi 4, 8, 16, 64, 128 in 256. Potrebno pa je upo{tevati zgornjo frekven~no mejo vezja, ki je 40MHz. Primer: frekven~no mejo `elimo raz{iriti do 3GHz, dobra re{itev je uporaba m PB1505GR, ki po podatkih deluje v obsegu od 500MHz do 3GHz, in lahko deli s faktorji 64, 128, 256. ^e se izbere vrednost 64, bo zgornja frekvenca , ki jo bo mogo~e izmeriti enaka 64 * 40MHz = 2560MHz, pomeni ~e `elimo meriti do 3GHz je potrebno izbrati delitev z 128. (128 * 40MHz = 5120MHz)

Da se dose`e dobra lo~ljivost, se ~as meritve ve~a z ve~anjem faktorja delitve. Najkraj{i ~as je pribli`no 0.1 sekunde, najdalj{i pa 5.12 sekunde. Zadnji ~as velja za primer, ko je izbran faktor zunanje delitve 256, lo~ljivost pa 100Hz. V tem primeru je merilni cikel dolg 2.56 sekunde, k temu se pri{teje {e kak{na milisekunda za obdelavo podatkov. ^e merjeni signal priklopimo na vhod tik po za~etku meritve, je teoreti~no najve~ja vrednost pribli`no 5.12 sekunde. Brez nastavitve dodatnih delilnikov, je na drugem merilnem obsegu merilni cikel dolg 1 sekundo oziroma 0.1 sekunde, odvisno od nastavljene lo~ljivosti.

Tretje merilno obmo~je omogo~a meritev niskih frekvenc do 1MHz, z lo~ljivostjo 1Hz ali 10Hz. Pri{tevanje, od{tevanje ali upo{tevanje zunanjega delilnika na tem obmo~ju ni mogo~e. ^e je nastavljen izpis nastavitev, v zgornji vrstici pi{e Meritev do 1MHz.

^etrto merilno obmo~je je namenjeno {tetju impulzov, reset je ro~ni s tipko TP1. Vhodna frekvenca ni pomembna, vse dokler so prehodi stanj po~asnej{i od 0.5 mikro sekunde. Hitrej{ih sprememb komparator LM393 ne uspeva slediti. Doseg {tetja je 99999999. (Sto milijonov - 1)

Na vseh do sedaj opisanih merilnih obmo~jih se pri pritisku tipke TP1 ali TP3 ( sprememba obsega, ali lo~ljivosti, oziroma reset) za trenutek po celem displeju ispi{ejo enake {tevilke, enke, dvojke, trojke ali {tirice. [tevilka pomeni informacijo o tem na katerem obsegu je instrument. Izpis valja samo za LED prikazovalnik.

Peto merilno obmo~je omogo~a meritev ~asa trajanja visokega ali niskega nivoja. Med njima preklopimo s tipko TP2. Pri LED prikazovalniku na skrajno levem mestu sveti ~rka H ali L (visok, niski) Pri LCD-ju se v zgornji vrstici izpi{e Visok nivo ali Nizek nivo, seveda ~e je vklju~eno izpisovanje nastavitev, ~e ni, je v zgornji vrstici samo ~rka H oziroma L. Ob~utljivost vhoda je 250mV, pomeni da napetost vi{jo od te upo{teva kot visok nivo. Najkraj{i ~as, ki ga je mogo~e izmeriti je 7 mikro sekund, najdalj{i pa 10 sekund. To~nost meritve je pribli`no +/- 2 mikro sekundi. Meritev se spro`i ob prehodu signala. ^e merimo visok nivo, je to takrat ko napetost prese`e vrednost 250mV, kon~a se, ko napetost pade pod to vrednost. Rezultat se prika`e po koncu meritve. ^e je perioda kratka je najhitrej{a sprememba rezultata tri krat v eni sekundi. Izmeri se prva perioda in nato meritev 0.3 sekunde ne poteka. ^e je perioda dalj{a od ene sekunde, za~ne pri LED prikazu utripati prva decimalna pika, kar pomeni da meritev poteka. Informacija je potrebna zaradi tega, ker se rezultat prika`e po koncu meritve. Na LCD-ju se pri`ge pu{~ica levo pred izpisom vrednosti. ¬ 0.000.000 sek Po kon~ani meritvi se na prikazovalniku (LED) vklopi tudi {tevilka z ute`no vrednostjo sekund, ki druga~e ne sveti. ^e je trajanje merjenega nivija dalj{e od 9.999.999 sekund se izpi{e HHHHHH oziroma LLLLLL. Pomeni, da meritev dalj{ih ~asov od 10 sekund ni mogo~a. Rezultat ostane na prikazovalniku do spro`itve nove meritve. Lahko pa se resetira s tipko TP1.

[e nekaj besed o na~rtih, ki ~akajo na to, da bo ~es.

Na tisku, ki sem ga narisal je sponka JP5 neuporabljena. Predvidena je za priklop RS232 vmesnika , zaradi dopolnitve instrumenta z vizualizacijskim programom za PC. Program bo omogo~al meritve z ra~unalnikom. Zadevo sem si zamislil pribli`no takole: Klasi~en {tevil~ni prikaz na monitorju. Mo`nost vpisa `eljene frekvence, monitor pa s pomo~jo analognega kazalca prikazuje odstopanje, ugla{evanje je najlep{e spremljati s pomo~jo analognega kazalca in njegove srednje lege. Grafi~no spremljanje poteka frekvence v odvisnosti od ~asa. Za meritve frekven~ne stabilnosti oscilatorjev. Vklju~i{, pusti{.... ~ez nekaj ~asa (minut, ur) pogleda{ graf, frekvence v odvisnosti od ~asa. ^e je potrebno pa ga s tiskalnikom zabele`i{ na papir. In {e kaj....

Po sestavi tega ~lanka je bila dodana meritev temperature. Zaenkrat samo za tiste z LED prikazom.

MIRKO PELCL - S52PC