Miernik częstotliwości 1kHz – 60MHz

W pracowni elektronika, a tym bardziej elektronika radioamatora miernik częstotliwości jest przydatnym urządzeniem wspomagającym prace projektowe lub serwisowe. Do samodzielnego wykonania miernika przygotowaliśmy zestaw elementów wraz z zaprogramowanym mikrokontrolerem MSP430G2553. Poniżej postaramy się opisać dokładniej konstrukcję miernika częstotliwości oraz etapy jego montażu oraz kalibracji.

Tak jak w tytule miernik poprawnie pracuje w podanym zakresie 1kHz – 60MHz na filmie przygotowanym przez Marka SQ7HJB możemy zobaczyć, że można dokonać pomiarów poniżej 1kHz jednak siła sygnału musi być odpowiednio większa.

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn

MSP430G2553 - Texas Instruments

Układ miernika częstotliwości wykonany jest w oparciu o mikrokontroler firmy Texas Instruments MSP430G2553. Mikrokontroler ten taktowany jest zewnętrznym kwarcem zegarkowym 32,768 kHz. 

Oprogramowanie mikrokontrolera, napisane przez Bartka SP2Z, oprócz podstawowej funkcjonalności odczytu mierzonej częstotliwości, posiada również możliwość dokonania kalibracji miernika. Sam proces kalibracji opiszemy dokładniej w dalszej części.

    

Jak to jest zrobione 🙂 krótki film o mierniku

Schemat miernika częstotliwości

Co w zestawie

  • PCB
  • Wyświetlacz LCD 2×16 – HD44780 
  • Zaprogramowany mikrokontroler MSP430G2553
  • R1- 33R
  • R2 – 68R
  • R3 – 4,7k 
  • R4 – 390R
  • R5 – 47R
  • R6 – 47R
  • R7 – 220R
  • C1 – 100nF
  • C2 – 100uF
  • C3 – 100uF
  • C4 – 100uF
  • C5 – 100uF
  • C6 – 100nF
  • C7- 100nF
  • C8- 100nF
 
  • D1 – 1N4007
  • D2 – 1N4007
  • D3 – 1N4148
  • Dl1 – 100uH
  • 78L05 – stabilizator 5V
  • 78L03 – stabilizator 3V
  • Q1 – 32,768 kHz
  • P1- potencjometr montażowy 4,7K
  • T1 – BFR93
  • B1 – Bezpiecznik polimerowy 
  • Gniazdo USB A
  • Gniazdo BNC
  • Goldpin listwa 40 – żeńśkie 
  • Goldpn 40 – męskie  
  • Podstawka pod mikrokontroler

Montaż i uruchomienie

Układ miernika w zależności od dołączonego do zestawu tranzystora T1 (THT lub SMD) jest przygotowany do wykonania w technologii elementów przewlekanych. Większość elementów jest montowana po stronie TOP PCB za wyjątkiem wspomnianego  tranzystora T1 w wersji SMD oraz kwarcu zegarkowego. Te dwa elementy są najmniejsze w tym zestawie i w zależności od  umiejętności lutującego będą wymagały więcej cierpliwości 🙂 Lutując kwarc po stronie botom PCB mamy specjalnie przygotowane pole lutownicze do którego należy przylutować obudowę kwarcu. 

Układ w zamyśle został zaprojektowany na tzw kanapkę co oznacza, że po wlutowaniu wszystkich elementów wyświetlacz montujemy z użyciem listwy i gniazda kołkowego. Oczywiście jeżeli uznamy że chcemy przystosować projekt do posiadanej obudowy, możemy wyświetlacz połączyć przy pomocy taśmy wieloprzewodowej. 

Patrząc na schemat miernika możemy dostrzec dwie możliwości zasilania. 

1) przez gniazdo USB korzystając z portu USB w komputerze lub w power bank 

2) kolejna możliwość to zasilanie z zewnętrznego źródła zasilania DC 9-15V korzystając ze złączy na PCB

Pozostając w temacie zasilania podczas montażu należy zwrócić uwagę by nie pomylić bezpiecznika polimerowego z kondensatorem wygląda łudząco podobnie 🙂 

Przykładowy pobór prądu przy zasilaniu zewnętrznym i napięciu 9V wynosi 36mA z czego najwięcej energii czerpie pewnie podświetlenie wyświetlacza LCD 😉

 

Wiemy już jak możemy zasilać i jaki prąd pobiera układ. Pozostaje podjąć decyzję czy montujemy układ miernika częstotliwości na tzw kanapkę czy może wyświetlacz wędruje na taśmie na ściankę obudowy. Jest to ważna decyzja do podjęcia ponieważ jeżeli chcemy wykonać miernik bardziej kompaktowy kanapkowy część elementów musi zostać wlutowana „na leżąco”. Jeżeli nie jesteśmy pewni to lepiej zlutować tak by pasowało na kanapkę a oddzielenie wyświetlacza zawsze możemy przeprowadzić w późniejszym czasie. 

Zalecana kolejność montażu: zwory, podstawka pod układ scalony, złącza kołkowe goldpin, elementy zasilania widoczne w górnym prawym rogu schematu. Po wlutowaniu elementów odpowiedzialnych za zasilanie dokonujemy pomiaru napięć kontrolnie by sprawdzić że ten etap jest ukończony.

  • Katoda diody D1 powinno byc +5V
  • najważniejsze 1 pin w podstawce przeznaczonej pod układ MSP430G2553 +3.3V

Po wlutowaniu i sprawdzeniu zasilania jeżeli wszystko przebiegło prawidłowo lutujemy kolejne elementy. Tutaj już mamy pewną dowolność jeżeli chodzi o kolejność montażu. 

Z uwagi na fakt że płytka umożliwia zastosowanie tranzystora T1 w wersji THT lub SMD należy dobrać odpowiednią wartość rezystora R3. Prawidłowo dobrana wartość R3 to 1/2 napięcia zasilania czyli 1.7V. Informacyjnie w zestawie jest dołączony odpowiedni rezystor jednak warto sprawdzić po zlutowaniu czy wartość jest prawidłowa. 

Kolejny rezystor R7 odpowiadający za podświetlenie LCD również wstępnie został dobrany i dołączony do zestawu jednak jeżeli w trakcie użytkowania miernika uznamy że podświetlenie jest zbyt intensywne lub zbyt ciemne wiemy który rezystor za to odpowiada i możemy dobrać go zgodnie ze swoimi oczekiwaniami. 

Jeżeli wszystkie etapy za Tobą i pomiary napięcia są zgodne montujemy mikrokontroler w podstawce. Zwracamy oczywiście szczególną uwagę na opisy znajdujące się na PCB oraz oznaczenia mikrokontrolera tak by został prawidłowo wsunięty w podstawkę. 

Ok to juz prawie wszystko pozostaje wyregulować kontrast wyświetlacza przy pomocy potencjometru montażowego P1. W przypadku wersji kanapkowej  jest utrudniona ta regulacja ponieważ nalezy motować i demontować wyświetlacz celem zmainy nastawy potencjometru.  Przy odrobinie wyczucia w tej materii 🙂 ustawienie kontrastu to maksymalnie  kilkukrotne „zaglądanie” pod  wyświetlacz. Jeżeli mamy do dyspozycji przewody połączeniowe możemy na czas ustawiania kontrastu podpiąć zasilacz na przewodach męsko-żeńskich i po wyregulowaniu umieścić wyświetlacz w listwie z pominięciem przewodów.