Измеритель коэффициента заполнения
В практике радиолюбителя измерение скважности или коэффициента заполнения бывает необходимо при налаживании или проверке различных узлов импульсной техники, автоэлектроники и т. д. Предлагаемое устройство собрано на микроконтроллере и измеряет коэффициент заполнения периода импульса в процентах. Следует напомнить, что скважность S - это отношение периода следования Т (повторения) импульсов одной последовательности к их длительности т. Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения D: S = Т/τ = 1/D. Частое применение в практике находит сигнал с S = 2 или D = 0,5 - меандр.
Устройство отображает коэффициент заполнения в интервале от 1 до 99 % с разрешением 1 %, погрешность в середине интервала составляет 1 ...2 %. Диапазон частот входного импульсного сигнала от 4 Гц до 40 кГц и может быть расширен до 100 кГц, амплитуда сигнала - от 1 до нескольких десятков вольт. Вычисление коэффициента заполнения в процентах осуществляется в соответствии с выражением D = 100τ/Т. Алгоритм измерения длительности импульса и периода основан на счете импульсов тактового генератора микроконтроллера с помощью 16-разрядного таймера-счетчика ТС1. Для расширения диапазона измерений и обеспечения их точности частота импульсов, поступающих на вход таймера-счетчика ТС1, при необходимости понижается предделителем частоты в 64 раза. Это происходит в том случае, если за период следования входного импульсного сигнала происходит прерывание по переполнению счетчика-таймера ТС1. Если этого не происходит, пред-делитель частоты отключается и на таймер-счетчик ТС1 поступают им пульсы непосредственно с тактового генератора микроконтроллера.
Если частота входного сигнала менее нижней границы диапазона рабочих частот, на индикаторе отображаются символы "Lo", если более верхней - символы "Hi", как для диапазона до 40 кГц, так и для диапазона до 100 кГц.
Схема измерителя показана на рисунке. Основа устройства - микроконтроллер ATtiny2313, работающий по программе, коды которой приведены в табл. 1. Он производит все необходимые вычисления и выводит информацию на светодиодный двухразрядный индикатор в режиме динамической индикации. Поскольку долговременной стабильности тактового генератора микроконтроллера не требуется, использован встроенный RC-генератор, работающий на частоте 8 МГц, что упрощает схему устройства. На транзисторе VT1 собран узел согласования уровней входного сигнала с логическими уровнями микроконтроллера, что необходимо при измерении сигналов с различной амплитудой. Диод VD1 защищает эмиттерный переход транзистора VT1 от пробоя при подаче на вход переменного или импульсного сигнала минусовой полярности. Напряжение питания микроконтроллера стабилизовано микросхемным стабилизатором DA1.
Печатная плата не разрабатывалась, все детали смонтированы на макетной плате с использованием проводного монтажа. Применены резисторы МЛТ, С2-23, оксидные конденсаторы - импортные, СЗ - К10-17. Стабилизатор напряжения LM7805 можно заменить на КР142ЕН5А. Индикатор A-402G-10 - на два отдельных семиэлементных светодиодных индикатора с общим анодом, объединив выводы одноименных элементов, а общие аноды, соединив с эмиттерами транзистора VT2 или VT3 (к VT2 подключают аноды младшего разряда). Питать устройство напряжением 9... 12 В можно от нестабилизирован-ного блока питания, потребляемый ток зависит от индицируемых значений и не превышает 60 мА.
Если микроконтроллер настроить на работу от генератора с внешним кварцевым резонатором на частоту 20 МГц, подключив его по стандартной схеме, верхняя граница диапазона рабочих частот возрастет до 100 кГц. Проверка показаний устройства проводилась с применением цифрового мультиметра АРРА-107М, который имеет встроенный измеритель коэффициента заполнения.
Устройство налаживания не требует. При программировании микроконтроллера разряды конфигурации устанавливают в соответствии с табл. 2. Для генератора с кварцевым резонатором 20 МГц они приведены в табл. 3.
Праграмму для микроконтроллера можно скачать здесь
Автор: В. Нефедов, г. Брянск
Похожие материалы из категории "Измерения":
Комментарии посетителей
Добавление комментария