Zwei-Chip-Frequenzmesser mit binärer Anzeige - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:22

mit zwölf Leuchtdioden. Der Prototyp hat einen CD4040 als Zähler und einen CD4060 als Zeitbasisgenerator. Das Gating des Signals erfolgt durch einen Widerstand - Dioden-Gate. Die hier verwendeten CMOS-ICs ermöglichen es, das Instrument mit einer beliebigen Spannung im Bereich von 5 bis 15 Volt zu betreiben, aber die maximale Frequenz ist auf etwa 4 MHz begrenzt.

Der 4040 ist ein zwölfstufiger Binärzähler in einem 16-Pin-Gehäuse. Der 4060 ist ein vierzehnstufiger Binärzähler und Oszillator im gleichen 16-Pin-Gehäuse. Die 74HC- oder 74HCT-Versionen dieser Chips können für einen höheren Frequenzbereich verwendet werden, aber der Versorgungsspannungsbereich ist dann auf maximal 5,5 Volt oder so begrenzt. Um dies zu verwenden, um die Frequenz eines typischen HAM-Senders anzuzeigen, wird eine Art Vorteiler und ein Vorverstärker benötigt. Hoffentlich werden diese Gegenstand einer nachfolgenden instructable sein.

Schritt 1: Zwölf LED-Array

Ich begann mit diesem Projekt, um einen einfachen Frequenzzähler zu haben, der mit minimalem Aufwand, mit der geringsten Anzahl von Komponenten und ohne Programmierung funktioniert. Ich habe mich für dieses "Zwei-Chip-Frequenzzähler"-Design entschieden, weil seine Einfachheit ansprechend war.

Der erste Schritt bestand darin, den Zähler zu verkabeln und zum Laufen zu bringen. Ich habe eine Reihe roter 3mm-LEDs aus meinem Junk-Box und verschiedenen Platinen aufgerundet und auf einem Platinensplitter in Reihe gelötet - das Ergebnis ist hier neben dem Zählerchip zu sehen. Dieses spezielle ic wurde aus einem anderen halbfertigen Projekt extrahiert, mit der glühenden Hoffnung, dass zumindest dieses fertig wird. Der 74HC4040 ist die bessere Wahl, wenn Sie planen, dies zu bauen. Es kann zu einer höheren Frequenz zählen.

Schritt 2: Starten des Rattennests

Es wurde beschlossen, es so klein wie möglich zu bauen, und es gibt keine Platine. Die Leitungen des 4040 wurden abgeschnitten und ein 100-n-Keramik-Mehrschichtkondensator über seine Stromversorgungsleitungen geschaltet. Dies soll es ermöglichen, ESD besser zu überstehen.

Drähte (von CAT-5-Kabel) wurden dann an die Stichleitungen der Leitungen gelötet. Nachdem eine Seite so behandelt wurde, war es an der Zeit zu testen, ob der Chip noch am Leben war.

Schritt 3: Testen des 4040

Die LED und der Chip wurden einander vorgestellt, und eine schnelle Überprüfung, bei der der Chip mit Strom versorgt und die gemeinsame Masse der LEDs geerdet wurde, ließ die LEDs blinken, wenn der Takteingang des Chips mit einem Finger berührt wurde - es zählte die 50 Hz Netzbrumm.

Eine LED war zu hell - die anderen wirkten im Vergleich zu dunkel. Es wurde rücksichtslos herausgezogen und dann zärtlich für einen möglichen Solo-Einsatz beiseite gelegt. LEDs sind empfindliche Geräte und versagen leicht, wenn sie überhitzt werden, während die Leitungen belastet werden. Ich musste ungefähr drei in meinem Array ersetzen. Wenn Sie sie kaufen, stellen Sie sicher, dass Sie ein paar zusätzliche bekommen. Wenn Sie sie durchforsten, sollten Sie viel mehr bekommen, da Sie eine ähnliche Helligkeit benötigen.

Schritt 4: Der Zähler - Fertig

Das Bild zeigt den fertigen Zähler und das Display. Es gibt zwölf LEDs, den Zählerchip, den Bypass-Kondensator und zwei Widerstände. Der 1K-Widerstand stellt die Helligkeit des Displays ein. Der 4,7 K-Widerstand verbindet den Reset-Eingang mit Masse. Der nicht verbundene Pin daneben ist der Takteingang.

Schritt 5: Schrank für Zähler

Der Metallmantel einer D-Zelle wurde ausgepackt und um diese Anordnung herum gebildet. Plastikfolie wurde verwendet, um Kurzschlüsse zu verhindern.

Der Film zeigt meinen Test des Zählers. Es zählt das 50-Hz-Signal, das von meinem Finger bereitgestellt wird.

Schritt 6: Die Zeitbasis - Teile

Ein Frequenzzähler arbeitet, indem er die Signalimpulse für eine bekannte Zeit zählt und diese Zählung anzeigt. Ein Zähler bildet die Hälfte des Frequenzzählers. Eine Schaltung, die ein genau bekanntes Intervall - die Zeitbasis - liefert, ist der andere Teil.

Diese Funktion übernimmt der CD4040, ein Oszillator und ein 14-stufiger Binärteiler in einem 18-Pin-Gehäuse. Um es passend zu machen, wurden nicht alle Teilerausgänge herausgebracht. Ich habe mich für eine Oszillatorfrequenz von 4 MHz entschieden - es war die passendste, die ich in meiner Junk-Box hatte. Diese Wahl des Quarzes bedeutet, dass die Frequenzanzeige in einem Vielfachen eines Megahertz liegt.

Schritt 7: Der Kristalloszillator

Der 4-MHz-Quarzoszillator für die Zeitbasis nimmt Gestalt an. Ein 10-Meg-Chip-Widerstand sitzt über den beiden Oszillator-Pins, und die beiden 10 pf-Kondensatoren sind zusammen mit dem Quarz auf einem Leiterplattenstück befestigt.

Schritt 8: Oszillator - Teiler

Dies ist die abgeschlossene Zeitbasis. Die rote Ader verbindet den höchstwertigen Ausgang (Q13) mit dem Reset-Eingang. Dadurch erscheint an diesem Pin alle 8192 Schwingungen des Quarzes ein kurzer Reset-Impuls. Der nächste Ausgang (Q12) hat eine Rechteckwelle, die verwendet wird, um den Zähler zu aktivieren, wenn er niedrig ist, und diesen Zählerstand anzuzeigen, wenn er hoch ist.

Schaltpläne habe ich noch nicht. Dies ist eine grobe Vorstellung davon, wie der Frequenzzähler funktionieren sollte, und die Gating- und Anzeigeanordnungen waren im Fluss, als ich mich bemühte, eine Lösung mit minimalen Komponenten zu finden.

Schritt 9: Testen der Zeitbasis

Nun, es zu testen ist ein sehr aufwendiger Prozess. Ich muss es zur Arbeit mitnehmen. Dann versprechen Sie dem Kerl, der mit dem Oszilloskop, Himmel, Erde und Bier arbeitet (das behauptet er zu tun), eine Chance, es zu benutzen. Dieser Dritte ist jedoch ziemlich sicher, da er selten die Zeit draußen ist, die der Rest von uns tut.

Dann seien Sie schnell, schnappen Sie sich, während er Mittagessen holt, und testen Sie die Schaltung, und schnappen Sie sich schnell, bevor er zurückkommt. Sonst muss ich ihm vielleicht bei dem Loch helfen, in das er geraten ist, und verpasse vielleicht das Mittagessen. Es ist viel einfacher, ein Radio zu benutzen. Ein billiges Mittelwellen-Taschenradio, das der letzte Schrei war, bevor die neumodischen MP3-Gadgets auf den Markt kamen. Diese kleine Zeitbasis erzeugt Hash auf dem gesamten Zifferblatt, wenn es funktioniert. Mit ihm und einigen Zellen konnte ich feststellen, dass die Zeitbasis mit drei Zellen funktionierte und dass sie mit zwei Zellen nicht funktionierte, wodurch festgestellt wurde, dass mindestens 4,5 Volt erforderlich waren, um meinen Frequenzzähler zu starten.

Schritt 10: Platz für Zeitbasis

Dies zeigt den Platz innerhalb des Zählers, der für die Zeitbasisschaltung reserviert ist.

Schritt 11: Integration

Dies zeigt die beiden integrierten Schaltkreise in Position. Die zwischen ihnen benötigte "Klebe"-Logik, damit sie als Frequenzzähler funktionieren, wird durch Dioden und Widerstände realisiert.

Ein weiterer Entkopplungskondensator wurde über dem Zeitbasischip hinzugefügt. Von Entkopplung kann man nicht zu viel haben. Ich beabsichtige, dies in der Nähe von empfindlichen Empfängern zu gewöhnen, daher muss jedes Rauschen in der Nähe der Quelle unterdrückt und am Entweichen gehindert werden. Daher der Schrank aus recyceltem Weißblech.

Schritt 12: Integrationsphase zwei

Ich habe meine Meinung wieder geändert und die Anordnung in diesem Bild ist etwas anders. Es ist kompakter und wurde daher bevorzugt.

Schritt 13: Der Schaltplan

Nun, wenn der Aufbau fast fertig ist, hier ist ein Schaltplan. Als ich mich schließlich festlegte, wie es gemacht werden sollte, und es zu Papier brachte, schlichen sich Merkmale ein. Ich konnte es auch als Zähler verwenden, mit einem Schalter und zwei zusätzlichen Komponenten. Jetzt ist es also ein Zähler / Frequenzzähler.

Ein kurzer Impuls an Q13 setzt beide Zähler zurück. Dann ist Q12 für eine bestimmte Zeit (2048 xtal Zyklen) niedrig und während dieser Zeit taktet das eingehende Signal den 4040. Der Transistor ist ausgeschaltet, sodass die LEDs nicht leuchten. Dann geht Q12 hoch und das Signal gelangt dann nicht zum Eingang des 4040. Der Transistor schaltet sich ein und der Zählerstand im 4040 wird auf den LEDs für die ganze Welt angezeigt. Nach 2048 Takten geht Q12 wieder auf Low, Q13 geht auf High und würde dort bleiben, außer dass es mit den Rücksetzeingängen beider Zähler verbunden ist, so dass beide Zählungen gelöscht werden, was den Zustand von Q13 löscht und so der Zyklus von vorne beginnt. Wird er als Zähler gesetzt, wird der 4060 permanent im Reset gehalten und der Transistor durchgehend eingeschaltet. Alle Eingaben werden gezählt und sofort angezeigt. Der maximale Zählerstand beträgt 4095 und dann beginnt der Zähler wieder von Null. Diese Zenerdiode besteht bewusst aus einer höheren Spannung als der normalen Versorgungsspannung. Es leitet nicht bei normalem Gebrauch. Wenn jedoch eine höhere Spannung als normal angelegt wird, wird die Spannung an den beiden Chips auf einen Wert begrenzt, den sie verarbeiten können. Und eine wirklich hohe Spannung führt dazu, dass dieser 470-Ohm-Widerstand durchbrennt und trotzdem die Elektronik schützt - na ja, die meisten jedenfalls. Zumindest hoffe ich, dass das passieren wird, sollte das Ding direkt an das Stromnetz angeschlossen werden.

Schritt 14: Frequenz-/Zählschalter

Ein kleiner Schalter wurde angebracht, um zwischen den beiden Modi zu wählen, einfaches Zählen der eingehenden Impulse gegenüber dem Zählen derselben für einen Zeitraum und Bestimmung der Frequenz, und verschiedene andere Aufräumarbeiten wurden durchgeführt.

Ein Teil der Verkabelung wurde mit Kunststoff erstickt, um sie kurzschlussfest zu machen (hoffe ich). Das Löten eines weiteren Weißblechs von einer anderen D-Zelle über die Oberseite macht die Box komplett und schützt die Innereien vor verirrten Drahtstücken und Löttropfen, die beide auf meiner Arbeitsplatte im Überfluss vorhanden sind.

Schritt 15: Rückansicht

Der Wechsel zwischen Frequenz- und Zählmodus ist in dieser Rückansicht zu sehen.

Schritt 16: Das fertige Instrument

Dies ist eine Ansicht des fertigen Instruments. Die LEDs zeigen die Frequenz gewichtet wie folgt an:

2 MHz 1 MHz 500 KHz 250 KHz 125 KHz 62,5 KHz 31,25 KHz 15,625 KHz 7,8125 KHz 3,90625 KHz 1,953125 KHz 0,9765625 KHz Sie müssen die Gewichte der leuchtenden LEDs addieren, um die Frequenz abzulesen. Einige Daten zum Stromverbrauch: Bei einer angelegten Versorgungsspannung von sechs Volt (vier AA-Zellen) betrug die Stromaufnahme 1 mA im Zählermodus und 1,25 mA im Frequenzmodus, wobei nichts angezeigt wurde. Bei der Anzeige der Zählerstände (einige LEDs leuchten) sprang der Verbrauch auf ca. 5,5 mA im Zählermodus und 3,5 mA im Frequenzmodus. Der Zähler hörte auf zu zählen, wenn die Frequenz auf über etwa 4 MHz erhöht wurde. Dies hängt ein wenig von der Amplitude des angelegten Signals ab. Es erfordert einen vollständigen CMOS-kompatiblen Eingang, damit es zuverlässig zählt. Daher ist fast immer eine Art Signalkonditionierung erforderlich. Ein Vorverstärker und ein Prescaler am Eingang erweitern sowohl den Frequenzbereich als auch die Empfindlichkeit. Mehr zu diesem Thema finden Sie, wenn Sie nach den Wörtern "Zwei-Chip-Frequenzzähler" ohne Anführungszeichen suchen.