Частотометр-цифровая шкала, с самодельным семисегментным индикатором

доработанный вариант

При конструировании любительского КВ трансивера на диапазон160м, была задача, как то ориентироваться при настройке. Достаточно точная, удобная и симпатичная механическая шкала показалась на тот момент неоправданно сложной в изготовлении и  было принято волевое решение изготовить шкалу цифровую.
Таковая, кроме отсутствия довольно точной механики, занимала мало места, хорошо вписывалась в переднюю панель предполагаемого устройства и была практически не критична к месту установки в корпусе прибора, что существенно упрощало компоновку устройства.


— Профессор, конечно, лопух, но аппаратура при нём-мм, при нём-мм! Как слышно?

           "Операция «Ы» и другие приключения Шурика"


В настоящее время разработано большое количество электронных шкал и частотомеров, при разработке которых используются микросхемы разной степени интеграции. Зачастую это сложные устройства, насчитывающие несколько десятков микросхем. Эти конструкции довольно сложны для повторения из-за того, что в сложной схеме гораздо выше возможность допустить ошибку на всех этапах – от разработки до монтажа. Внимание было сосредоточено на приборах выполненных на базе современных микроконтроллеров (их довольно просто программировать). 

Были изучены возможные варианты, доступные в сети интернет, из них, подобрался вариант, подходящий по доступности радиоэлементов и сложности. Им оказалась, довольно известная конструкция частотометра-цифровой шкалы А.Денисова. Взглянем на нее.


Сердцем схемы, является центральный процессор U1, выполняющий функции измерения, расчета, преобразования, управления динамической индикацией и динамического опроса входных сигналов. Выводы J3 и J4 используются для выбора режима цифровой шкалы. Тактовая частота процессора определяется кварцевым резонатором Y1 и может изменяться в небольших пределах конденсаторами C3 и C4.

Микросхема U3 – дешифратор позиции отображаемой цифры.

Формирователь входного сигнала, выполнен на транзисторе VT1. Сигнал измеряемой частоты, поданный на вход J5, ограничивается, усиливается и подается на вход PIC процессора для измерения.
  
Технические характеристики:

     Максимальная измеряемая частота .………………30 мгц
     Максимальное разрешение измеряемой частоты…10 Гц,
     Чувствительность по входу………………………….250 мВ
     Напряжение питания ………………………………. 8…12 В,
     Потребляемый ток………………………………….. 35 мА,

Функции устройства реализованы следующим образом:

При отключенных выводах J3 и J4 работает как частотомер (режим измерения);

При подаче лог. “0” на вывод J3 складывает измеренные значения с заранее записанной в энергонезависимую память константой (цифровая шкала);

При подаче лог. “0” на вывод J4 вычитает по модулю эту константу из измеренного значения(цифровая шкала);

При подаче лог. “0” одновременно на выводы J3 и J4 через 1 сек. шкала перейдет в  режим записи константы, отобразит на индикаторе букву "F" и измеренную частоту.

Повторная подача лог. "0" на J3 и J4 приведет к записи замеренного значения в энергонезависимую память процессора и возврату в режим измерения. После этого новая константа будет использоваться в качестве  величины промежуточной частоты.

Данный режим сделан для того, чтобы пользователи могли сами устанавливать величину ПЧ в своей шкале без перепрограммирования PIC процессора. По умолчанию в тексте программы записана величина ПЧ равная 5.5 мгц.

Прим. логическому “0” соответствует потенциал 0 вольт (“земля”).

Что было использовано.
Инструменты.
Паяльник с принадлежностями. Инструмент для радиомонтажа. Инструменты для рисования печатных плат. Нечто для сверления, в том числе тонких (0,8мм) отверстий. Мультиметр. Необходим доступ к компьютеру. Пользовался термоклеем.  

Материалы.
Кроме радиоэлементов, понадобился кусочек фольгированного стеклотекстолита, монтажный провод, химикаты для изготовления печатных плат.

В схеме был применен неплохой, но устаревший индикатор АЛС-318. Индикатор был специально создан для применения с микросхемами, имеющими маленький ток выхода. Цифры там были крохотные и ему хватало. Чтобы цифры можно было разглядеть, над каждой была пластиковая линза. Видно было нормально, но угол поля зрения, конечно невелик. Специфический такой индикатор. АЛС-318 это блок из 9 таких циферок. Уже давно не выпускается.

Пришлось искать ему замену. К несчастью, в местном горе-магазине радиотоваров, семисегментные индикаторы были не то чтобы редкостью, но вот хотя бы 4 одинаковых… Справившись с некоторым унынием, решил изготовить такие индикаторы самостоятельно – светодиодов предлагалось, целая витрина. Среди них оказались вполне подходящие для составления циферок, с прямоугольным вытянутым корпусом. Но и тут вышла накладка, зеленых оказалось недостаточно для восьми цифр, пришлось, махнув рукой на эстетику, добирать красными, но и их не хватило. Заручившись клятвами продавцов, что «уж никак не позже понедельника» привезут самосвал таких же, поехал к себе, заниматься нанотехнологиями.

В любимом Автокаде, были вычерчены несколько вариантов «начертания» циферок составленных из светодиодов. Выбран самый симпатичный.


Печатная плату самого частотометра, решено было оставить авторскую, а плату с индикаторами, учитывая установку на переднюю стенку прибора, вычертил в том же Автокаде.



Ах да, микросхема двоичного дешифратора имеет ток выходов, всего 8 мА, пришлось возиться с транзисторыми ключами. Восемь транзисторов КТ361, по штуке на каждый разряд, чтобы не переделывать авторскую плату частотометра, установлены на плате индикаторов, со стороны дорожек. К ним выведены контактные площадки. Плата частотометра крепилась к индикаторам на стоечках выполненных из винтов М3, этаким бутербродом. На чертеже выше, это синий контур.

Был собран и настроен программатор для PIC контроллеров. Остановился на варианте, где для программирования подается «высокое» напряжение (13В). Подключается к параллельному порту компьютера.


Практика показала его надежность и хорошую работу.
Итак, наш контроллер PIC16F84 был благополучно «прошит». Собраны платы, самого блока управления и не полностью – индикатора. Все соединения сделаны на живую нитку, попробовать.



Ожил, как миленький. Правда, вначале вообще ничего ни понял, индикаторы считываются, мягко говоря, не слишком хорошо, но понять все же можно. Да и «помигивание» их постоянное, несколько смутило.



Сигнал подается со звуковой карты компьютера. Работает программа программного генератора. На индикаторе 178 Гц. С «помигиванием», увы, ничего не сделать – динамическая индикация.

Плохая читаемость, происходит, отчасти из-за видимости не светящихся сегментов цифры, отчасти из за засвечивания светящимся сегментом соседних. Первое, нейтрализуется классически – достаточно плотным светофильтром. Например, лист принтерной бумаги положенный поверх светодиодов индикатора, практически устраняет эту неприятность.
При очередном наезде в город, было приобретено недостающее количество светодиодов и установлены, на плату индикатора.

От засвечивания-же, решено было избавиться более радикально.

  
В начале, светодиоды индикатора покрасил черным битумным лаком. Не очень понравилось, да и просвечивал лак. Оттер его растворителем, по возможности и залил пространство между светодиодами, черным термоклеем. О, вот это, другое дело! Никаких тебе просвечиваний. Подтёки застывшего клея, обрезал острым ножом под линеечку.

Торчащие светодиоды опилены крупной шкуркой наклеенной на брусок. Это, кроме внешнего вида, дало еще и матовую поверхность торцов «сегментов», что привело к значительно более равномерному свечению. Словом, стало, совсем хорошо.



Была выполнена настройка частотометра, заключающаяся в подаче на вход прибора, более или менее точной частоты и подстройке конденсатора С3, до получения правильных показаний на индикаторе. Одним подстроечным конденсатором дело не обошлось, пришлось еще менять емкости С4, С5.



Плата управления закреплена на большой «индикаторной», по месту уточнены длины соединяющих проводов. «Тактовые» кнопки управления режимами,  приклеены на заднюю стенку платы индикатора термоклеем.





Частотометр установлен на переднюю стенку собираемого трансивера. Изнутри. Снаружи, цифры прикрыты широкой пластинкой из тонкого рифленого оргстекла (кусочек лотка принтера), чуть подкрашенного разбавленным асфальтным лаком. Под светофильтром находится слой толстой латунной фольги с прорезанным прямоугольным окошком напротив цифр. К слову, при работе в составе трансивера, последние две цифры отличающегося цвета оказались весьма удобными. Важными при настройке, были первые пять цифр, а две последних – сотни и десятки герц, нет. И при разных их цветах, хватало короткого взгляда на индикатор, чтобы понять его показания.



На стабилизатор 7805, установлен алюминиевый радиатор.

Трансивер некоторое время работал в режиме «радио», с не настроенной передающей частью (у меня пока нет позывного), потом его цифровая шкала была модернизирована.

Заключалась модернизация, прежде всего в замене процессора с PIC16F84 на PIC16F628A (1, см.рис.) и введением нового несложного входного формирователя на двух затворном полевом транзисторе, плюс несколько несложных перекоммутаций (2, см.рис.) на основной плате и понятно, «прошивка» нового процессора .


После всех эволюций, частотометр, кроме прочего, еще может измерять период и длительность импульсов. Да, самое, на мой вкус, приятное – практически исчезло несколько раздражающее моргание индикатора.

   
Необходимость в радио отпала, и было решено сделать для частотометра отдельный корпус, тем более, он у нас теперь такой могучий.


Корпус выполнен из фанеры 8мм, передняя панель – отпечатана на цветном принтере, на плотной фотобумаге, поверх нее наложена прозрачная пластинка тонкого оргстекла. Светофильтр на индикаторах – два слоя пластика, вырезанного из темной одноразовой баклажечки.

Входной формирователь закреплен позади входного гнезда и заключен в коробочку, спаянную из листовой меди, для экранирования. С основной платой, он соединен тонким коаксильным кабелем. Кроме основного блока питания со стабилизатором +5 В, внутри корпуса находится еще один небольшой трансформатор с выпрямителем и стабилизатором +12 В, на КРЕН. Предназначен он, для питания различных приставок к частотометру – для измерения резонансных частот контуров, измерения индуктивности, емкости, температуры, напряжения.


Поделиться в соцсетях

Facebook Twitter Google+ Vkontakte

Комментариев нет:

Отправить комментарий