Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2002

Przystawka jest tanim

rozwi¹zaniem

rozszerzaj¹cym funkcje

pomiarowe multimetru

cyfrowego.

W poprzednich

artyku³ach tej serii

przedstawiliœmy

Czytelnikom przystawki

do pomiaru indukcyjnoœci

(nr 9/2001) i pojemnoœci

(nr 12/2001). Teraz

prezentujemy

przystawkê przeznaczon¹

do pomiaru czêstotliwoœci

napiêcia przemiennego.

W

przystawce wykorzystano wej-

œcie pomiarowe napiêcia (gnia-

zda COM i V) i podzakres 200

mV napiêcia sta³ego multimetru

cyfrowego (gdy maksymalne wskazanie wy-

œwietlacza tego przyrz¹du wynosi np. 1999).

Ma ona w³asne zasilanie bateryjne.

Przystawka umo¿liwia pomiar czêstotliwoœci

przebiegów o kszta³tach: sinusoidalnym, trój-

k¹tnym, pi³y i prostok¹tnym (o ró¿nym wspó³-

czynniku wype³nienia), na trzech podzakre-

sach: 0

÷

1999 Hz (z rozdzielczoœci¹ 1 Hz),

0

÷

19,99 kHz (z

rozdzielczoœci¹

10 Hz) i 0

÷

199,9 kHz (z rozdzielczoœci¹ 100

Hz). B³¹d pomiaru nie przekracza 1%.

Ze wzglêdu na wymagania ma³ego poboru

pr¹du (zasilanie bateryjne) oraz odpornoœci na

zak³ócenia zastosowano uk³ady scalone typu

CMOS.

Zasada dzia³ania

Zasada pomiaru czêstotliwoœci za pomoc¹

przystawki polega na pomiarze uœrednione-

go napiêcia wytworzonego przez przebieg

impulsowy o sta³ej szerokoœci i amplitudzie im-

pulsów, lecz o zmiennej czêstotliwoœci, propor-

cjonalnej do czêstotliwoœci mierzonej.

Na rys. 1 przedstawiono schemat przystaw-

ki. Napiêcie przemienne, którego czêstotli-

woϾ mierzymy, jest doprowadzane do wej-

œcia G1 przystawki, a st¹d za pomoc¹ pozy-

stora PTC i kondensatora C1 do inwertorów

A, B, C i D (uk³adu scalonego CD4069 zawie-

PRZYSTAWKA DO POMIARU

CZÊSTOTLIWOŒCI

raj¹cego 6 inwertorów). Zadaniem uk³adu

zbudowanego z tych inwertorów jest odpowie-

dnie wstêpne ukszta³towanie badanego sy-

gna³u. Inwertor A pracuje w konfiguracji

wzmacniacza o du¿ej impedancji wejœcio-

wej, zaœ uk³ad zbudowany z inwertorami

B i C dzia³a jako uk³ad kszta³tuj¹cy impulsy

(przerzutnik Schmitta). Z kolei inwertor D od-

wraca fazê sygna³u poprawiaj¹c jednoczeœnie

kszta³t jego zbocza.

Impulsy z wyjœcia 8 inwertora D s¹ nastêpnie

doprowadzane bezpoœrednio lub za pomoc¹

dzielnika czêstotliwoœci (uk³ad US2) do wejœcia

3 uniwibratora zbudowanego z pozosta³ych in-

wertorów E i F uk³adu scalonego US1. Ujem-

ne zbocza tych impulsów wyzwalaj¹ uniwi-

brator. Szerokoœæ impulsów wytwarzanych

przez uniwibrator wyznaczaj¹ wartoœci rezysto-

rów R8 i R10 oraz kondensatorów C2 i C3.

Na podzakresie pomiarowym czêstotliwoœci

2 kHz, impulsy wyzwalaj¹ce uniwibrator s¹ do-

prowadzane do jego wejœcia w zasadzie bez-

poœrednio (tj. tylko przez S2 _ prze³¹cznik

wyboru podzakresu pomiarowego 2 kHz i kon-

densator C2). Na pozosta³ych podzakresach

20 kHz i 200 kHz, stosuje siê wstêpne dzie-

lenie czêstotliwoœci odpowiednio przez 10

i przez 100 w dzielniku czêstotliwoœci (uk³ad

scalony US2_ CD4518 podwójny licznik w ko-

dzie BCD). Na tych podzakresach pomiaro-

wych sygna³y z wyjœæ 6

÷

10 i 14 dzielnika s¹

doprowadzane do wejϾ uniwibratora za

pomoc¹ prze³¹czników wyboru podzakresu

pomiarowego, odpowiednio S3 (20 kHz) i S4

(200 kHz).

Na wyjœciu uniwibratora otrzymuje siê sygna³

impulsowy o sta³ej szerokoœci i sta³ej amplitu-

dzie impulsów. Pr¹d przep³ywaj¹cy przez po-

³¹czone szeregowo rezystory R9 i R11 oraz

rezystor nastawny P2, bêd¹ce obci¹¿eniem

wyjœcia uniwibratora, wytwarza na kondensa-

r

Z PRAKTYKI

18

torze C4 napiêcie, mierzone nastêpnie przez

multimetr. Wraz ze zmian¹ czêstotliwoœci

zmienia siê œrednia wartoœæ napiêcia na kon-

densatorze. Jest ona proporcjonalna do czê-

stotliwoœci mierzonej. Mierz¹c zatem to napiê-

cie mierzymy jednoczeœnie poœrednio czêsto-

tliwoœæ badanego sygna³u. Tak przetworzony

sygna³ doprowadza siê na koniec przez wyj-

œcie G3 przystawki do wejœcia pomiarowego

napiêcia multimetru.

Uwaga. Wartoœæ miêdzyszczytowa napiêcia

doprowadzanego do gniada pomiarowego

przystawki w ¿adnym przypadku nie powinna

WYKAZ PODZESPO£ÓW

G1

G2

G3

wy we

GND

GND

wy

Rys. 1. Schemat przystawki do pomiaru czêstotliwoœci

R5

+9 V

+5 V

+5 V

+5 V

T1

1 7

9

5

3

4

E

F

D

C

B

A

6

15

8

US2

4518

DZ1

R6

P1

R7

C2

C3

R10

R9

R8

P2

C4

C5

C6

S1

R2

R1

C1 PTC

Fx

9 V

B1 +

_

R3

R4

2

7

10

6

14

16

S4 S3 S2

14

9 10

12
11

13

1

2

8

US3

78LO5

US1

4069

R11

DL1

Rezystory

R1 - 10 M

Ω

, 0,5 W, 5%

R2 - 56 k

Ω

0,25 W, 5%

R3 - 47 k

Ω

0,25 W, 5%

R4 - 330 k

Ω

0,25 W, 5%

R5 - 3 k

Ω

0,25 W, 5%

R6 - 36 k

Ω

0,25 W, 5%

R7 - 390 k

Ω

0,25 W, 5%

R8 - 180 k

Ω

0,25 W, 5%

R9 - 51 k

Ω

0,25 W, 5%

R10 - 180 k

Ω

0,25 W, 5%

R11 - 30 k

Ω

0,25 W, 5%

P1 - 10 k

Ω

(nastawny, miniaturowy)

P2 - 22 k

Ω

(nastawny, miniaturowy)

Kondensatory

C1 - 1 nF (monolityczny)

C2, C3 - 510 pF (monolityczny)

C4 - 100 nF (monolityczny)

C5, C6 - 4,7

µ

F / 16 V (elektrolityczne)

Elementy pó³przewodnikowe

PTC - pozystor 1 k

Ω

DZ1 - dioda Zenera 3,6 V

DL1 - LED (czerwona)

T1 - tranzystor BC177

US1 - uk³ad scalony CD4069

US2 - uk³ad scalony CD4518

US3 - uk³ad scalony 78LO5

Inne elementy

G1, G2, G3 - gniazda ARK2 (3,5 mm)

S1

÷

S4 - mikroprze³¹czniki

B1 - bateria 6F22 (9 V)

19

przekraczaæ 200 V. Oznacza to, ¿e za jej po-

moc¹ nie wolno bezpoœrednio mierzyæ czêsto-

tliwoœci sieci 220 V.

Przystawka jest zasilana z typowej, 9-wolto-

wej baterii 6F22. Napiêcie z baterii do³¹czo-

nej do gniazda G2 przystawki jest obni¿ane

do napiêcia 5 V za pomoc¹ stabilizatora na-

piêcia zbudowanego z uk³adem scalonym

US3 (78LO5). Oddzielny uk³ad z tranzystorem

T1 s³u¿y do kontroli stanu baterii i sygnaliza-

cji stanu jej wyczerpania za pomoc¹ diody

œwiec¹cej DL1.

Monta¿ przystawki

Uk³ad pomiarowy przystawki montuje siê na

p³ytce drukowanej (rys. 2) zgodnie ze sche-

matem monta¿owym przedstawionym na rys.

3, poczynaj¹c od zwory ”zw”, a koñcz¹c na

uk³adach scalonych. Jeœli nie dysponujemy

pozystorem PTC, mo¿emy zast¹piæ go rezy-

storem 1 k

Ω

.

Kalibracja przystawki

Przy uruchomieniu przystawki i kalibracji na-

le¿y sprawdziæ, czy szerokoœæ impulsu wytwa-

rzanego przez uniwibrator mieœci siê

w przedziale 80

÷

100

µ

s.

Przy za³o¿eniu, ¿e: R8 = R10 = R = 180 k

Ω

i C2 = C3 = C = 510 pF, (a wiêc tak, jak w za-

³¹czonym wykazie elementów), szerokoœæ

impulsu z uniwibratora T:

T = 0,69 RC = 0,69

.

180

.

10

3

.

510

.

10

-12

= 63

µ

s.

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2002

6. Rezystorem nastawnym P2 ustawiæ wska-

zanie multimetru na 1000

±

1 cyfra.

7. Sprawdziæ wskazanie multimetru na pozo-

sta³ych podzakresach pomiarowych czêsto-

tliwoœci.

Przy wspó³pracy przystawki z multimetrem cy-

frowym z wyœwietlaczem o d³ugoœci

3 i 1/2 cyfry (maksymalne wskazanie 1999),

przy w³¹czonym podzakresie pomiarowym

napiêcia sta³ego 200 mV, przed najmniej zna-

cz¹c¹ cyfr¹ jest wyœwietlany przecinek dzie-

siêtny. Przy w³¹czonym podzakresie pomia-

rowym czêstotliwoœci 200 kHz, cyfra po prze-

cinku bêdzie odpowiada³a dziesi¹tym czê-

œciom kHz.

8. Skalibrowaæ uk³ad sygnalizacji stanu bate-

rii zasilaj¹cej B1. W tym celu wy³¹cznikiem S1

wy³¹czyæ zasilanie przystawki, nastêpnie od³¹-

czyæ bateriê od gniazda G2, a zamiast niej do-

³¹czyæ zasilacz stabilizowany z ustawionym

napiêciem wyjœciowym +9 V. Wy³¹cznikiem

S1 w³¹czyæ zasilanie przystawki. Dioda DL1

nie powinna siê œwieciæ. Nastêpnie zmniejszyæ

napiêcie wyjœciowe zasilacza do +7 V i poten-

cjometrem P2 doprowadziæ do zaœwiecenia

siê diody DL1. Od³¹czyæ zasilacz i ponownie

do³¹czyæ bateriê.

Do kalibracji przystawki u¿yto multimetru

MX-210 produkcji firmy Maxcom oraz gene-

ratora funkcyjnego FG-503 firmy Motech.

B³¹d pomiaru na wszystkich podzakresach nie

przekracza³ 1%.

n

Janusz Konopacki, Leszek Halicki

G1

G2

G3

wy

Rys. 2. P³ytka drukowana przystawki do pomiaru czêstotliwoœci (skala 1:1)

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na p³ytce drukowanej przystawki

Firma Microchip wprowadzi³a do produkcji nowy

uk³ad obs³ugi stosu protoko³u IrDA szczególnie

przydatny do zastosowañ w sprzêcie transmisji

danych DCE i wspó³pracuj¹cy z standardowymi,

peryferyjnymi urz¹dzeniami nadawczo-odbiorczy-

mi, takimi jak UART czy IrDA. W MCP2155 wyko-

rzystano opatentowan¹ przez Microchipa techni-

kê umo¿liwiaj¹c¹ umieszczenie w jednym peryfe-

ryjnym uk³adzie scalonym z³o¿onego stosu proto-

ko³u IrDA obs³uguj¹cego: protoko³y IrLAP (proto-

kó³ dostêpu do ³¹cza IrDA), IrLMP (multiplekser ob-

s³ugi i dostêpu do ³¹cza IrDA) i Tiny TP (protokó³

”ma³ej” transmisji); a ponadto warstwy ³¹cza danych

IrComm (z 9-przewodow¹ klas¹ serwisowania)

oraz niektórych z uk³adów peryferyjnych IrPHY

z funkcj¹ bitowego kodowania-dekodowania. Po-

UK£AD OBS£UGI STOSU PROTOKO£U IrDA

Jak wynika z obliczeñ, przy takich warto-

œciach elementów uniwibratora otrzymana

teoretycznie szerokoϾ impulsu jest nieco

mniejsza ni¿ zalecana. Jednak do tak obliczo-

nej pojemnoœci dodaje siê jeszcze pojem-

noœæ monta¿ow¹, tak ¿e rzeczywista pojem-

noœæ mieœci siê w zalecanym przedziale

80

÷

100

µ

s. Dotrzymanie tego warunku nie ma

jednak krytycznego wp³ywu na pracê przy-

stawki, a ostateczn¹ korektê parametru sze-

rokoœci impulsu wprowadza siê podczas jej

kalibracji.

Przy kalibracji przystawki wykorzystuje siê

generator funkcyjny, zasilacz laboratoryjny

o napiêciu wyjœciowym regulowanym co naj-

mniej do 9 V oraz cyfrowy multimetr.

Nale¿y wykonaæ nastêpuj¹ce czynnnoœci:

1. Do gniazda G1 do³¹czyæ generator sygna-

³u wzorcowego.

2. Do gniazda G2 do³¹czyæ bateriê 6F22.

3. Do gniazda G3 do³¹czyæ multimetr cyfrowy

z w³¹czonym podzakresem pomiarowym na-

piêcia sta³ego 200 mV.

4. Wy³¹cznikiem S1 w³¹czyæ zasilanie przy-

stawki, a nastêpnie zmierzyæ napiêcie na wyj-

œciu uk³adu scalonego US3 (78LO5). Napiê-

cie to powinno wynosiæ 5 V.

5. Ustawiæ czêstotliwoœæ sygna³u wzorcowe-

go na 1000 Hz. Prze³¹cznik S2 podzakresu

pomiarowego 2000 Hz ustawiæ w pozycji

”w³¹czone”. Prze³¹czniki pozosta³ych podza-

kresów pomiarowych S3 i S4 powinny znaj-

dowaæ siê w pozycjach ”wy³¹czone”.

nadto MCP2155 ma funkcje zwrotnego przesy³a-

nie sygna³ów informacyjnych: sygnalizacji dzwonie-

nia (RI), wykrywania noœnej (CD) i gotowoœci ter-

minalu danych (DTR). Te funkcje s¹ wymagane

w urz¹dzeniach typu DCE. Uk³ad MC2155, wraz

z niedawno wprowadzonym do produkcji uk³a-

dem MCP2150 Microchipa s¹ jak na razie jedyny-

mi aktualnie dostêpnymi na rynku uk³adami scalo-

nymi z obs³ug¹ stosu protoko³u IrDA i funkcjami bi-

towego kodowania _ dekodowania, o ma³ych roz-

miarach i jednoczeœnie niskiej cenie. Microchip

wspomaga konstruktorów specjalnym zestawem

uruchomieniowym zawieraj¹cym wszystkie ele-

menty potrzebne do stworzenia kompletnego sy-

stemu transmisji danych na podczerwieni. Uk³ad

MCP2155 jest dostêpny w obudowach: SSOP

(20 wyprowadzeñ), PDIP (18 wyprowadzeñ)

i SOIC. Zarówno karty katalogowe jak i informacje

na temat zestawu uruchomieniowego s¹ dostêp-

ne na stronie www.microchip.com.

Informacje firma GAMMA, tel./fax [phone],

663-98-87, www.gamma.pl, e-mail: info

@

gamma.pl

(lh)