Tvåchipsfrekvensmätare med binär avläsning: 16 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

med tolv ljusdioder. Prototypen har en CD4040 som räknare och en CD4060 som tidsbasgenerator. Gating -signalen sker med en motståndsdiodgrind. CMOS -ics som används här gör att instrumentet kan drivas av valfri spänning i intervallet 5 till 15 volt, men maxfrekvensen är begränsad till cirka 4 MHz.

4040 är en tolvstegs binär räknare i ett 16 -stifts paket. 4060 är en fjortonstegs binär räknare och oscillator, i samma 16 -stifts paket. 74HC- eller 74HCT -versionerna av dessa chips kan användas för ett högre frekvensområde, men matningsspänningsområdet är då begränsat till maximalt 5,5 volt eller så. För att kunna använda detta för att visa frekvensen för en typisk HAM -sändare, behövs någon form av förkalkning och en förförstärkare. Förhoppningsvis kommer dessa att bli föremål för en efterföljande instruktion.

Steg 1: Tolv LED -matriser

Jag började med detta projekt för att få en enkel frekvensräknare som skulle fungera med ett minimum av krångel, med så få komponenter som möjligt och ingen programmering. Jag bestämde mig för denna "tvåchipsfrekvensräknare" -design eftersom dess enkelhet var tilltalande.

Det första steget var att koppla in disken och få den att fungera. Jag rundade upp ett antal röda 3 mm -lysdioder från min skräpbox och olika brädor och lödde upp dem i linje på en skiva kretskort - resultatet visas här bredvid motchippet. Denna speciella IC extraherades från ett annat halvfärdigt projekt, med det innerliga hoppet att åtminstone det här kommer att sluta. 74HC4040 blir ett bättre val om du planerar att bygga detta. Det kan räkna till en högre frekvens.

Steg 2: Starta Rats Nest

Det beslutades att bygga det så litet som möjligt, så det finns inget kretskort. Ledningarna på 4040 beskärdes och en 100n keramisk flerskiktskondensator ansluten över dess strömförsörjningsledningar. Detta för att den ska överleva ESD bättre.

Ledningar (från CAT-5-kabel) löddes sedan till ledarnas stubbar. Efter att ena sidan var så behandlad var det dags att testa om chipet fortfarande levde.

Steg 3: Testar 4040

Lysdioden och chipet introducerades för varandra, och en snabb kontroll, strömförsörjning till chipet och jordning av LED -lamporna, gav mig blinkande lysdioder när klockans ingång på chipet rördes med ett finger - det räknade 50 Hz elnät.

En LED var för ljus - det fick de andra att verka för svaga i jämförelse. Det drogs hänsynslöst ut och lades sedan ömt åt sidan för eventuell användning solo. Lysdioder är bräckliga enheter och misslyckas lätt om de överhettas medan ledningarna är spända. Jag var tvungen att byta ut ungefär tre i min grupp. Om du köper dem, se till att få några extra. Om du scrounging dem, se till att få mycket extra eftersom du behöver dem något liknande i ljusstyrka.

Steg 4: Räknaren - Slutförd

Bilden visar den färdiga räknaren och displayen. Det finns tolv lysdioder, motchippet, förbrukningskondensatorn och två motstånd. 1K -motståndet ställer in skärmens ljusstyrka. Motståndet på 4,7 K ansluter återställningsingången till jord. Den okopplade stiftet bredvid är klockingången.

Steg 5: Skåp för räknare

Metallbeklädnaden från en D -cell lindades upp och formades runt denna enhet. Plastfilm användes för att förhindra kortslutning.

Filmen visar mitt test av disken. Den räknar 50 Hz -signal från mitt finger.

Steg 6: Tidsbasen - Delar

En frekvensräknare fungerar genom att räkna signalpulserna under en känd tid och visa denna räkning. En räknare bildar hälften av frekvensräknaren. En krets för att leverera ett exakt känt intervall - tidsbasen - är den andra delen.

Denna funktion utförs av CD4040, en oscillator och 14 -stegs binär avdelare i ett 18 -stifts paket. För att få det att passa har inte alla dividerutgångar tagits ut. Jag bestämde mig för en oscillatorfrekvens på 4 MHz - det var den mest lämpliga jag hade i min skräpbox. Detta val av kristall innebär att frekvensavläsningen kommer att vara i en multipel på en megahertz.

Steg 7: Kristalloscillatorn

4 MHz kristalloscillatorn för tidsbasen tar form. Ett 10 Meg -chip -motstånd sitter tvärs över de två oscillatorstiften, och de två 10 pf -kondensatorerna fixeras på ett kretskort tillsammans med kristallen.

Steg 8: Oscillator - Avdelare

Detta är den färdiga tidsbasen. Den röda tråden ansluter den mest signifikanta utgången (Q13) till återställningsingången. Detta gör att en kort återställningspuls visas på denna stift var 8192 vibrationer av kristallen. Nästa utgång (Q12) kommer att ha en kvadratisk våg på den, och den används för att aktivera räknaren medan den är låg och för att visa räkningen när den är hög.

Jag har inga kretsscheman än. Detta är en grov uppfattning om hur frekvensräknaren ska fungera, och grind- och visningsarrangemangen var i flödestillstånd när jag försökte hitta en minimikomponentlösning.

Steg 9: Testa tidbasen

Nu är testet en mycket involverad process. Jag får ta det till jobbet. Lova sedan killen som arbetar (det är vad han påstår sig göra) med oscilloskopet, himlen, jorden och ölen för en chans att använda det. Den tredje är dock ganska säker eftersom han sällan är borta den tiden vi andra gör.

Var sedan snabb, nyp in medan han är ute och äter lunch och testar kretsen och napp ut snabbt innan han kommer tillbaka. Annars kanske jag måste hjälpa honom på vilket hål han än har hamnat i och kanske missa lunch. Det är mycket enklare att använda en radio. En billig, medelvågig, fickradio som var ilsket innan de nyfikna mp3 -prylarna kom. Denna lilla tidsbas skapar hash över hela ratten när den fungerar. Med hjälp av den och några celler kunde jag konstatera att tidsbasen fungerade med tre celler, och att den inte fungerade på två celler, och därmed konstaterade jag att minst 4,5 volt skulle krävas för att starta min frekvensräknare.

Steg 10: Utrymme för tidbas

Detta visar utrymmet inuti räknaren reserverad för tidbaskretsen.

Steg 11: Integration

Detta visar de två integrerade kretsarna i läge. Den "lim" logik som behövs mellan dem för att få dem att fungera som en frekvensräknare kommer att realiseras av dioder och motstånd.

Ytterligare en avkopplingskondensator tillsattes över tidsbaschippet. Du kan inte ha för mycket avkoppling. Jag tänker att detta ska användas nära känsliga mottagare, så att allt buller måste undertryckas nära källan och förhindras att fly. Därav det återvunna plåtskåpet.

Steg 12: Integrationsfas två

Jag ändrade uppfattning igen, och arrangemanget i den här bilden är lite annorlunda. Det är mer kompakt, och så var det att föredra.

Steg 13: Kretsdiagrammet

Nu, när konstruktionen är nästan klar, här är ett kretsschema. När jag äntligen bestämde mig för hur det skulle gå till och lade ner det på papper började det komma smaker. Jag kunde få det att fungera som en räknare också, med en switch och två ytterligare komponenter. Så nu är det en räknare / frekvensräknare.

En kort puls på Q13 återställer båda räknarna. Då kommer Q12 att vara låg under en viss tid (2048 xtalcykler) och under den tiden klockar den inkommande signalen 4040. Transistorn är avstängd, så lysdioderna tänds inte. Då går Q12 högt och signalen kommer då inte igenom till ingången på 4040. Transistorn slås på och räkningen i 4040 visas på lysdioderna för hela världen att se. Återigen efter 2048 går Q12 lågt, Q13 går högt och skulle förbli där, förutom att det är anslutet till återställningsingångarna för båda räknarna, så båda räkningarna rensas vilket rensar Q13 -tillståndet och så startar cykeln igen. Om den är inställd som en räknare hålls 4060 permanent i återställning och transistorn är påslagen på heltid. All ingång räknas och visas omedelbart. Det maximala antalet är 4095 och sedan börjar räknaren från noll igen. Den zenerdioden är delibrerat gjord av en högre spänning än den normala matningsspänningen. Det kodar inte vid normal användning. Om dock en större än normal spänning appliceras kommer det att begränsa spänningen till de två chipsen till ett värde som de kan hantera. Och en riktigt hög spänning kommer att orsaka att det 470 ohm motståndet brinner upp och fortfarande skyddar elektroniken - ja, de flesta i alla fall. Åtminstone är det vad jag hoppas kommer att hända, om det här skulle anslutas direkt till elnätet.

Steg 14: Freq / Count -omkopplare

En liten omkopplare monterades för att välja mellan de två lägena, enkel räkning av inkommande pulser kontra att räkna dem under en period och bestämma frekvensen, och diverse andra städningar gjordes.

Några av ledningarna har kvävts i plast för att göra dem kortresistenta (hoppas jag). Lödning av en annan plåt från en annan D -cell tvärs över toppen kommer att göra lådan komplett och skydda innersidan från lösa bitar av tråd och lödklot, som båda finns i överflöd på min bänkskiva.

Steg 15: Bakifrån

Switchen för att välja mellan frekvens- och räkningslägen kan ses i denna bakvy.

Steg 16: Det färdiga instrumentet

Detta är en vy av det färdiga instrumentet. Lysdioderna visar frekvensen viktad enligt följande:

2 MHz 1 MHz 500 KHz 250 KHz 125 KHz 62,5 KHz 31,25 KHz 15,625 KHz 7,8125 KHz 3,90625 KHz 1,953125 KHz 0,9765625 KHz Du måste lägga ihop vikterna på de upplysta lysdioderna för att kunna läsa av frekvensen. Vissa data om strömförbrukning: vid en applicerad matningsspänning på sex volt (fyra AA -celler) var den dragna strömmen 1 mA i räknarläge och 1,25 mA i frekvensläge, utan att något visas. Vid visning av räkningar (vissa lysdioder lyser) hoppade förbrukningen till cirka 5,5 mA i räknarläge och 3,5 mA i frekvensläge. Räknaren slutade räkna om frekvensen ökades till över cirka 4 MHz. Detta är lite beroende av amplituden för den applicerade signalen. Den kräver fullständig CMOS -kompatibel ingång för att den ska kunna räkna pålitligt. Någon slags signalkonditionering är därför nästan alltid nödvändig. En förförstärkare och förskalare vid ingången kommer både att utöka frekvensområdet och öka känsligheten. Mer om detta ämne kan hittas för att söka efter orden "tvåchipsfrekvensräknare" utan citattecken.