7. Проектирование частотомера

Частотомер – это измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Частотомер для проектируемого прибора должен измерять частоту сигнал на выходе измерительного преобразователя в диапазоне частот 330 –15000 Гц и отображать ее на пятиразрядном индикаторе. В данной работе используется электронно-счетный частотомер.

Электронно-счетные частотомеры предназначены для обслуживания, регулировки и диагностики радиоэлектронного оборудования различного назначения, контроля работы радиосистем и технологических процессов.

Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника. Таким образом, ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.

Структурная схема частотомера представлена на рис.11.

Рис.11. Структурная схема частотомера

7.1. Преобразователь импульсного напряжения

Преобразователь импульсного напряжения (преобразователь формы сигналов) предназначен для преобразования синусоидального выходного напряжения, поступающего с измерительного усилителя, и поэтому на входе необходимо поставить триггер Шмитта, выходной сигнал которого будет иметь крутые фронты, т.е. это устройство делает из синусоидального сигнала прямоугольный.

Схема преобразователя импульсного напряжения представлена на рис.12.

Рис.12. Схема преобразователя импульсного напряжения

В качестве преобразователя импульсного напряжения, возьмем микросхему К155ТЛ1. В этой микросхеме содержится 2 логических четырехвходовых элемента И-НЕ с порогом Шмитта. Схема и характеристики микросхемы К155ТЛ1 указаны в приложении Г.

Поскольку цифровые микросхемы работают с сигналами положительной полярности, следовательно, перед триггером Шмитта необходимо поставить ограничитель уровня сигнала, который будет отсекать отрицательный полупериод напряжения. Схемы ограничителя могут быть использованы как на пассивных элементах, так и на микросхемах. В ограничителе используется диод КД522А. Возьмем из номинального ряда сопротивлений Е192 R26 = 520 Ом.

Так как триггер Шмитта состоит из инверторов, то для получения на выходе преобразователя сигнала положительной полярности, установим инвертор DD3.1 (микросхема К155ЛН1).

7.2. Генератор образцовой частоты

Генератор образцовой частоты выполнен на элементах микросхемы К155ЛН1. Характеристики микросхемы указаны в приложении Д. В генераторе используется кварцевый резонатор ZQ1 с частотой генерации F = 10 МГц. Кварцевый резонатор предназначен для стабилизации частоты выходного сигнала.

Данный генератор может применяться в качестве задающего генератора импульсов для микроконтроллеров и других устройств, когда требуется высокая стабильность частоты.

Схема генератора представлена на рис.13.

Рис.13. Схема генератора образцовой частоты

R27 = 470 Ом, R28 = 470 Ом, C3 = 1 нФ.

Величину емкости можно оценить по формуле:

(26)