Прибор для проверки частоты кварцев

Частотомер-тестер кварцев на atmega8

Прибор для проверки частоты кварцев

Частотомер — полезный прибор в лаборатории радиолюбителя (особенно, при отсутствии осциллографа). Кроме частотомера лично мне часто недоставало тестера кварцевых резонаторов — слишком много стало приходить брака из Китая. Не раз случалось такое, что собираешь устройство, программируешь микроконтроллер, записываешь фьюзы, чтобы он тактировался от внешнего кварца и всё — после записи фьюзов программатор перестаёт видеть МК.

Причина — «битый» кварц, реже — «глючный» микроконтроллер (или заботливо перемаркированый китайцами с добавлением, например, буквы “А» на конце). И таких неисправных кварцев мне попадалось до 5% из партии. Кстати, достаточно известный китайский набор частотомера с тестером кварцев на PIC-микроконтроллере и светодиодном дисплее с Алиэкспресса мне категорически не понравился, т.к.

часто вместо частоты показывал то ли погоду в Зимбабве, то ли частоты «неинтересных» гармоник (ну или это мне не повезло).

Есть достаточно старый проект частотомера на ATMEGA8 и символьном дисплее 16×2. Предел измерения — до 40..50МГц с погрешностью менее 1%. Такой точности обычно более, чем достаточно. Помимо частоты умеет измерять период и скважность импульсов. Теоретически, если заменить микроконтроллер на ATMEGA48/88, то можно поставить кварц на 20 МГц и тогда максимальная измеряемая частота может быть увеличена до ~80 МГц (естественно, для этого придётся пересобрать прошивку).

Прибор имеет 9 режимов измерения:

  1. Измерение частоты с предделителем на 16, время измерения — 0.25 сек, результат в Гц.
  2. Измерение частоты без предделителя, время измерения — 0.25 сек, результат в Гц.
  3. Измерение периода следования импульсов и вычисление частоты на его основе, результат в 0.01 Гц.
  4. Изменение циклов в минуту (без предделителя), вычисляемых по измеренному периоду, результат в rpm.
  5. Измерение длительности полного цикла, результат в микросекундах.
  6. Измерение длительности высокого полупериода, результат в микросекундах.
  7. Измерение длительности низкого полупериода, результат в микросекундах .
  8. Длительность высокого полупериода в процентах.
  9. Длительность низкого полупериода в процентах.

Схема

Исходная схема прибора была доработана следующим образом (схема кликабельна):

  1. Добавлен альтернативный входной формирователь (блок Analog-1), схема найдена на просторах интернета (к сожалению, не смог определить первоисточник). Имеет вход для проверки кварцевых резонаторов (работает с кварцами от 1МГц до 40МГц). Исходный входной формирователь тоже сохранён (блок Analog-2) и разведён на печатной плате, но распаять можно только один из этих формирователей.
  2. Переменный резистор выбора режимов заменён на более долговечный энкодер
  3. Питается прибор от USB. На вход добавлены LC-фильтр помех и предохранитель
  4. RS232 и преобразователь MAX232 из схемы убраны, вместо них добавлен разъём для подключения преобразователя USB-UART для связи с ПК (если захочется управлять прибором с ПК)
  5. Вольтметр 0..5В из исходной схемы также убран, т.к., учитывая обилие дешёвых китайских мультиметров, смысла в нём не видится никакого.

Аналоговый входной сигнал поступает на усилитель, а затем на формирователь на основе триггер Шмитта 74HCT132. Далее, этот сигнал подаётся на вход микроконтроллера непосредственно, либо через делитель на 16, выполненный на 74HCT93. Делитель этот управляется сигналом от пина PC5: высокий уровень на пине отключает предделитель, низкий уровень, соответственно, включает деление на 16.

Микроконтроллер подключён по типовой схеме и тактируется от кварцевого резонатора 16 МГц. Кстати, о кварце — его качество (точность, термостабильность) целиком определяет точность прибора. Т.е., возникает проблема добычи эталонного кварца (ну или точное измерение его частоты с последующим введением поправки в вычислении). Но об этом чуть позже..

Я не стал разводить на плате разъём ISP-программатора, т.к. микросхема всё равно стоит на панели, а для обновления прошивки можно использовать загрузчик. Неиспользуемые выводы микроконтроллера разведены так, что в будущем к ним можно было что-нибудь подключить. Например, джампер для активации того же bootloader-а. Или термодатчик, чтобы в будущем учитывать температурное изменение частоты кварцевого резонатора. Или ещё что-нибудь. Все выводы от miniUSB-разъёма также разведены на плате. Это сделано для того, чтобы можно было легко установить USB-UART-преобразователь внутри прибора (если он будет нужен).

Читайте также  Прибор контроля напряжения в электросети

Сборка

Сборка прибора не должна вызвать особых проблем и при отсутствии ошибок монтажа и исправных деталях частотомер должен заработать сразу. В противном случае, надо покаскадно проверить прохождение сигнала от входа до микроконтроллера. Проще всего сделать это осциллографом.

На плате надо распаять только один из формирователей Analog-1 или Analog-2. Вообще, в использовании оригинального формирователя Analog-2 сейчас нет никакого смысла (ну разве что отсутствие необходимых для Analog-1 деталей и потребности проверять кварцы).

Плата в сборе:

К сожалению, на изготовленных платах обнаружилось пара ошибок. Первая — в формирователе Analog-1 — вывод резистора R15 (470 Ом) висит в воздухе. Исправить можно просверлив рядом отверстие и прокинув небольшую перемычку как показано на фото. Как вариант, можно кинуть провод через одно из свободных отверстий чтобы не сверлить новые.

Вторая ошибка — пропущено соединение между выводом 5 микросхем 74hct132 и выводом 2 микросхемы 74hct93, для исправления надо кинуть проводок как на фото:

Использование прибора

Для измерения достаточно только подать сигнал на вход (аналоговый, либо цифровой, либо установить кварц) и выбрать энкодером режим. В верхней строке экрана отображается результат измерения, в нижней — название режима.

Режим Измеряемая величина Метод Формат отображения
1.Frequency (16) Частота Подсчёт с предделителем на 16 F=99,999,999 Hz
2.Frequency Частота Подсчёт без предделителем f=9,999,999 Hz
3.Time HL, f Частота Длительность периода v= 9,999.999 Hz
4.Time HL, rpm Изменений в минуту Длительность периода u= 9,999,999 rpm
5.Time HL, us Длительность периода следования Длительность периода t=99,999,999 us
6.Time H Длительность «высокой» части периода Длительность периода h=99,999,999 us
7.Time L Длительность «низкой» части периода Длительность периода l=99,999,999 us
8.PW ratio H Доля «высокой» части периода Длительность периода P=100.0%
9.PW ratio L Доля «низкой» части периода Длительность периода p=100,0%

В режиме тестера кварцев прибор успешно работал с разными резонаторами от 4 МГц до 27МГц. С часовыми кварцами генератор, увы, совсем не запускается, для них придётся делать отдельную приблуду.

Корпус

Корпус для частотомера был распечатан на 3D-принтере, для чего спроектирована 3D-моделька. Верхняя часть состоит из двух деталей — основы и части для дисплея.

Отверстия на лицевой панели вырезаны не да конца — умышленно оставлен один слой пластика (0.35мм). Это сделано для того, чтобы заливка лицевой поверхности была равномерной, без обводных контуров вокруг отверстий. Пластик над отверстиями легко убирается при помощи ножа и напильника. Корпус я печатал из ABS, части склеивал при помощи ацетона с растворённым пластиком. Сам корпус также был обработан ацетоном (прошёлся пару раз кисточкой).

На фрагменте под дисплей также намечено прямоугольное отверстие для 3-пинового разъёма цифрового входа. Да, вообще, этот разъём должен быть 2-пиновый, но тогда было бы не понятно, где у него «земля», а где вход. Чтобы не делать пояснительных надписей на лицевой панели, добавлен третий контакт. Так получаятся, что то вход по центру, земля — по краям, запомнить просто. Либо, как вариант, сюда можно вывести напряжение +5В. Например, для приставки-измерятора частоты часовых кварцев.

Архив с 3D-моделями можно скачать в конце статьи. Для нижней части корпуса есть дополнительный вариант с тонкими термостенками по периметру, чтобы основная модель медленнее остывала, для предотвращения загибания пластика по углам при печати ABS-ом. В архиве так же есть файл модель стойки для крепления дисплея к печатнйо плате.

Собранное устройство в корпусе выглядит так (вставлен кварц на 20 МГц):

Точность прибора

Основным фактором, влияющим на точность частотомера является точность используемого кварцевого резонатора. Т.е., имеем проблему добывания где-то эталонного кварца. При производстве кварцы разделяются на группы по отклонению их частоты от заявленной. Разумеется, стоимость у резонаторов с минимальным отклонением будет намного выше, чем у остальных. Все точные кварцы будут использованы в критичном оборудовании, менее точные — в менее критичном оборудовании, а весь оставшийся «мусор» с максимальным отклонением частоты будет распродан где-нибудь на Алиэкспрессе по 50 рублей за ведро.

Кроме точности частоты, не меньшее значение имеет её термостабильность. Если температура в помещении в течение года может изменятсья в диапазоне около 15°С, то и частота резонатора может значительно «уплывать».

Для достижения максимально высокой точности измерения потребуется либо точный кварц на 16 МГц, либо другой поверенный частотомер, которым можно будет измерить реальную частоту используемого кварца и сделать на это поправку (в коде прошивки, либо вручную пересчитывать результат измерений).

Читайте также  Прибор для преобразования цифрового сигнала в аналоговый

Но как быть, если нет ни первого, ни второго? Тут мне видится такое решение: вместо эталонного источника частоты можно использовать системные часы компьютера. Если часы синхронизируются по протоколу NTP, а в версии 4 этот протокол способен обеспечить точность до 10 мс (1/100 с) при работе через Интернет (и до 0.2 мс и лучше внутри локальных сетей).

Имея такой точный источник времени, можно написать прошивку, реализующие часы для частотомера. Если запустить такие часы на длительное время, то погрешность их хода будет накапливаться, и рано или поздно достигнет легко измеряемой величины.

Тогда не составит труда вычислить погрешность кварца по погрешности хода часов, что позволит либо попробовать отобрать кварц с частотой, максимальной близкой к 16МГц, либо скомпилировать прошивку для измеренной частоты кварца. Подробнее об этом тут

Излишки печатных плат есть в магазине сайта.

Файлы

Схема частотомера в PDF
Модель корпуса
Исходник и прошивка

Источник: https://trolsoft.ru/ru/sch/f-meter

Прибор для проверки частоты кварцев

Прибор для проверки частоты кварцев

Одним из приборов-помощников радиолюбителя должен быть частотомер. С его помощью легко обнаружить неисправность генератора, измерить и подстроить частоту. Генераторы очень часто встречаются в схемах. Это приемники и передатчики, часы и частотомеры, металлоискатели и различные автоматы световых эффектов…

Особенно удобно пользоваться частотомером для подстройки частоты, например при перестройки радиостанций, приёмников или настройки металлоискателя.

Один из таких несложных наборов я недорого приобрёл на сайте китайского магазина здесь: GEARBEST.com

Набор содержит:

  •  1 x PCB board (печатная плата);
  •  1 x микроконтроллер PIC16F628A;
  •  9 x 1 кОм резистор;
  •  2 x 10 кОм резистор;
  •  1 x 100 кОм резистор;
  •  4 x диоды;
  •  3 x транзисторы S9014, 7550, S9018;
  •  4 x конденсаторы;
  •  1 x переменный конденсатор;
  •  1 x кнопка;
  •  1 x DC разъём;
  •  1 x 20МГц кварц;
  •  5 x цифровые индикаторы.

Описание частотомера

  • Диапазон измеряемых частот: от 1 Гц до 50 МГц;
  • Позволяет измерять частоты кварцевых резонаторов;
  • Точность разрешение 5 (например 0,0050 кГц; 4,5765 МГц; 11,059 МГц);
  • Автоматическое переключение диапазонов измерения частоты;
  • Режим энергосбережения (если нет изменения показаний частоты — автоматически выключается дисплей и на короткое время включается;
  • Для питания Вы можете использовать интерфейс USB или внешний источник питания от 5 до 9 В;
  • Потребляемый ток в режиме ожидания — 11 мА

Схема содержит небольшое количество элементов. Установка проста — все компоненты впаиваются согласно надписям на печатной плате.

Мелкие радиодетали, разъемы и т.п. упакованы в небольшие пакетики с защелкой. Индикаторы, микросхема и её панелька для исключения повреждений ножек вставлены в пенопласт.

Напряжение на выводах микроконтроллера

(измерения мультиметром)

  1. 4,0
  2. 4,0
  3. 0,3
  4. 5,0
  5. 0,98
  6. 0,98
  7. 0,98
  8. 0,98
  9. 0,98
  10. 0,98
  11. 5
  12. 1,26
  13. 2,13
  14. 4
  15. 4,12

Приступаем к сборке

Высыпаем на стол содержимое пакета. Внутри находятся печатная плата, сопротивления, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъемы, микросхема с панелькой и индикаторы.

Ну и вид на весь набор в полностью разложенном виде.

Теперь можно перейти к собственно сборке данного конструктора, а заодно попробовать разобраться, на сколько это сложно.

Я начинал сборку с установки пассивных элементов: резисторов, конденсаторов и разъёмов. При монтаже резисторов следует немного узнать об их цветовой маркировке из предыдущей статьи. Дело в том, что резисторы очень мелкие, а при таких размерах цветовая маркировка очень плохо читается (чем меньше площадь закрашенного участка, тем сложнее определить цвет) и поэтому также посоветую просто измерить сопротивление резисторов при помощи мультиметра. И результат будем знать и за одно его исправность.

Конденсаторы маркируются также как и резисторы.Первые две цифры — число, третья цифра — количество нулей после числа.Получившийся результат равен емкости в пикофарадах.Но на этой плате есть конденсаторы, не попадающие под эту маркировку, это номиналы 1, 3 и 22 пФ.

Они маркируются просто указанием емкости так как емкость меньше 100 пФ, т.е. меньше трехзначного числа.

Резисторы и керамические конденсаторы можно впаивать любой стороной — здесь полярности нет.

Выводы резисторов и конденсаторов я загибал, чтобы компонент не выпал, лишнее откусывал, а затем опаивал паяльником.

Немного рассмотрим такой компонент, как —  подстроечный конденсатор. Это конденсатор, ёмкость которого можно изменять в небольших пределах (обычно 10-50пФ). Это элемент тоже неполярный, но иногда имеет значение как его впаивать. Конденсатор содержит шлиц под отвертку (типа головки маленького винтика), который имеет электрическое соединение с одним из выводов. Чтобы было меньше влияния отвертки на параметры цепи, надо впаивать его так, чтобы вывод соединенный со шлицом, соединялся с общей шиной платы.

Читайте также  Каким полупроводниковым прибором лучше всего заменить реле?

Разъемы — сложная часть в плане пайки. Сложная не точностью или малогабаритностью компонента, а наоборот, иногда место пайки тяжело прогреть, плохо облуживается. Потому нужно ножки разъёмов дополнительно почистить и облудить.

Теперь впаиваем кварцевый резонатор, он изготовлен под частоту 20МГц, полярности также не имеет, но под него лучше подложить диэлектрическую шайбочку или приклеить кусочек скотча, так как корпус у него металлический и он лежит на дорожках. Плата покрыла защитной маской, но я как то привык делать какую нибудь подложку в таких случаях, для безопасности.

Далее впаиваем транзисторы, диоды и индикаторы. В отличии от резисторов и конденсаторов здесь нужно впаивать правильно, согласно рисунку и надписям на плате.

Длительность пайки каждой ножки не должна превышать 2 сек! Между пайками ножек должно пройти не менее 3 сек на остывание.

Ну вот собственно и всё!

Теперь осталось смыть остатки канифоли щёткой со спиртом.

Теперь красивее

Источник: http://www.MasterVintik.ru/chastotomer-na-pic16f628-svoimi-rukami/

Как Проверить Кварцевый Резонатор Мультиметром

Кварцевый резонатор как проверить? Проверка кварцевых резонаторов

Колебаниям уделяется одна из важнейших ролей в современном мире. Так, даже существует так именуемая теория струн, которая утверждает, что всё вокруг нас – это просто волны. Но есть и другие варианты использования данных познаний, и одна из их – это кварцевый резонатор. Так бывает, что неважно какая техника временами выходит из строя, и они здесь не исключение. Как убедиться, что после негативного инцидента она всё ещё работает как следует?

О кварцевом резонаторе замолвим слово

Кварцевым резонатором именуют аналог колебательного контура, базирующегося на индуктивности и ёмкости. Но меж ними есть разница в пользу первого. Как понятно, для свойства колебательного контура употребляют понятие добротности. В резонаторе на базе кварцев она добивается очень больших значений – в границах 10 5 –10 7 .

К тому же он более эффективен для всей схемы при изменении температуры, что сказывается на большем сроке службы таких деталей, как конденсаторы. Обозначение кварцевых резонаторов на схеме осуществляется в виде вертикально размещенного прямоугольника, который с обеих сторон «зажат» пластинами.

Снаружи на чертежах они напоминают гибрид конденсатора и резистора.

Как работает кварцевый резонатор?

Из кристалла кварца вырезается пластинка, кольцо либо брусок. На него наносится как минимум два электрода, которые являются проводящими полосами. Пластинка закрепляется и имеет свою свою резонансную частоту механических колебаний. Когда на электроды подаётся напряжения, то из-за пьезоэлектрического эффекта происходит сжатие, сдвиг либо изгибание (зависимо от того, как вырезался кварц).

Колеблющийся кристалл в таких случаях делает работу подобно катушке индуктивности. Если частота напряжения, что подаётся, равна либо очень близка к своим значениям, то требуется наименьшее количество энергии при значимых различиях для поддержания функционирования. Сейчас можно перебегать к свету главной препядствия, из-за чего, фактически, и пишется эта статья про кварцевый резонатор.

Как проверить его работоспособность? Было отобрано 3 метода, о которых и будет поведано.

Способ № 1

Тут транзистор КТ368 играет роль генератора. Его частота определяется кварцевым резонатором. Когда поступает питание, то генератор начинает работать. Он создаёт импульсы, которые равны частоте его основного резонанса. Их последовательность проходит через конденсатор, который обозначен как С3 (100р).

Он фильтрует постоянную составляющую, а потом сам импульс передаёт на аналоговый частотомер, который построен на 2-ух диодиках Д9Б и таких пассивных элементах: конденсаторе С4 (1n), резисторе R3 (100к) и микроамперметре. Все другие элементы служат для стабильности работы схемы и чтоб ничего не перегорело. Зависимо от установленной частоты может изменяться напряжение, которое есть на конденсаторе С4.

Это достаточно ориентировочный метод и его преимущество – легкость. И, соответственно, чем выше напряжение, тем большая частота резонатора. Но есть определённые ограничения: пробовать её на данной схеме следует исключительно в тех случаях, если она находится в ориентировочных рамках от 3-х до 10 МГц.

Проверка кварцевых резонаторов, что выходит за грань этих значений, обычно не подпадает под любительскую радиоэлектронику, но дальше подвергнется рассмотрению чертеж, у которого спектр — 1-10 МГц.

Источник: https://1000eletric.com/pribor-dlya-proverki-chastoty-kvartsev/