Oto sprawdzona, dokładna, pewnie działająca i wykonana całkowicie samodzielnie „od zera” warsztatowa/podręczna f-miarka, czyli „hercmiarka”, czyli sześciocyfrowy miernik częstotliwości (bez offsetu uwzględniającego p.cz.), umożliwiająca przeprowadzanie całkiem miarodajnych pomiarów częstotliwości do 10 MHz (w niższym podzakresie z rozdzielczością nawet już od 1 herca!!!), a po dodaniu preskalera (= dzielnika przez 10) do nawet około 45 MHz. Autorem układu podstawowego jest czeski konstruktor o imieniu Dan ze strony danyk.cz (chłopisko jest z roku 1987 i mieszka w miasteczku Mělník). Jego dzieło (w wersji bazowej, czyli bez dodatkowego przedwzmacniacza) jest w stanie mierzyć TYLKO „cyfrowe” przebiegi prostokątne z poziomami TTL (do 10 MHz, z rozdzielczością już od 1 Hz lub 10 Hz oraz z samoczynnym/automatycznym przełączaniem zakresów), co oznacza, że nawet jeśli go (w wersji podstawowej) wykonamy, to na niewiele on nam się przyda, bo nie zmierzymy np. typowych w radiotechnice przebiegów sinusoidalnych czy bardziej nietypowych („niepoziomowych”) sygnałów prostokątnych, trójkątnych, piłkokształtnych oraz pochodnych/mieszanych (czyli wszelkich takich bez zachowania „podręcznikowych” progów/poziomów napięciowych TTL). Musimy więc (zazwyczaj) dobudować układ przedwzmacniacza z „formatorem prostokąta z poziomami TTL” (najlepiej na bazie klasycznego/scalonego przerzutnika Schmitta), a jeśli zechcemy mierzyć częstotliwości wyższe, tzn. z zakresu 10 MHz ... 45 MHz, również i dzielnik częstotliwości (= preskaler dzielący przez 10).
 |
tak toto wygląda ---> górna płytka to f-miarka, dolna płytka to przedwzmacniacz z formatorem prostokąta (z poziomami TTL) oraz dzielnik przez 10 (w prawym górnym rogu jest scalak SMD „dzielący przez 10” o oznaczeniu 74HC4017, zalany klejem epoksydowym), na wyświetlaczu widać pomiar oscylacji generatora kwarcowego 27.145 MHz (tutu sygnał "idzie" akurat przez preskaler dzielący przez 10, więc wyświetlacz pokazuje „2714.5...”, czyli kropka dziesiętna jest w trochę "głupim" miejscu, ale to akurat drobiazg, bo to zwykły miernik warsztatowy, czyli nie musi być idealnie pięknie)
|
F-miareczka niniejsza zbudowana jest na mikrokontrolerze ATtiny2313, kwarcu 20 MHz, sześciocyfrowym wyświetlaczu LED ze wspólną anodą (typowy współczesny high bright/low current, u mnie akurat o wysokości 0.56 cala) oraz niewielkiej ilości pośledniejszej „drobnicy”. Oto oryginalny schemat autora:
 |
| opracowanie: danyk.cz, strona tego projektu tutu (CZ) lub tutu (EN) |
... a tutu link do wsadu HEX (oraz zapasowy mirrorek z tymże samym). Fusebity lecą tak
oto: Low Fuse: EF, High Fuse: D9. Kto korzysta z
programu PonyProg2000, to ustawienie „fusów” robi sobie według
tej ściągi (plus mirror). Swojego proca zaprogramowałem na BARDZO starym
kompie poprzez BARDZO STAROŻYTNE złącze LPT, korzystając z własnoręcznie
"wystruganego" programatora ISP i w oparciu o tę instrukcję (lub mirror). Używałem wspomnianego już programu PonyProg2000. Autor (= ten gościu z Czech) oferuje gotowy zaprogramowany procesor, który można u niego odpłatnie zamówić i otrzymać pocztą. Można toto oczywiście wgrać do proca również współczesnymi programatorami poprzez złącze USB (najpopularniejszy nowoczesny programator nazywa się USBasp i można go nabyć w cenie około 30 złotych razem z kosztami przesyłki).
Budując układ podstawowy należy mieć na względzie, że szósta cyfra wyświetlacza (skrajnie po prawej stronie na schemacie) jest w rzeczywistości pierwszą cyfrą naszego prawdziwego wyświetlacza LED (= czyli tego realnego/fizycznego, gdzie będzie pierwszą z lewej, bo tak się autorowi układu akurat wygodniej rysowało). Kiedy zbudowałem swój układ, to bardzo się zdziwiłem, że wyświetlacz prezentuje wynik pomiarowy „odwrotnie”, czyli od końca, przez co potem musiałem przelutować sześć kabelków od anod, aby to naprawić/poprawić.
Wyświetlacza sześciocyfrowego (zespolonego, multipleksowanego) nie posiadam, więc zestawiłem dwa wyświetlacze trójcyfrowe (zespolone, multipleksowane, typowe współczesne, low current, high bright). Będzie więc sześć anod (1, 2, 3, 4, 5, 6) oraz osiem katod (a, b, c, d, e, f, g, h). Mamy więc dwa wyświetlacze trójcyfrowe, czyli katody łączymy ze sobą na zasadzie "a" pierwszej "trójki" z "a" drugiej "trójki", "b" pierwszej "trójki" z "b" drugiej "trójki" itd.
 |
| wyświetlacz siedmiosegmentowy, trójcyfrowy LED, wspólna anoda (użyłem dwóch takich, aby uzyskać 6 cyfr) |
Przedwzmacniacz/formator prostokąta bazuje na cyfrowym układzie scalonym 74HC132 (wzgl. 74HCT132), tranzystorze w.cz. (np. BF214, BF240, BF194 itp.) oraz odrobinie pospolitszych „pierdółek”. Jest to nieznacznie rozbudowany fork/klon dawnego kitu J-260 firmy „Jabel” (zmodyfikowany/ulepszony przez „elektrodowca” o ksywce „pawol”).
 | |||
| przedwzmacniacz z formatorem prostokąta TTL, na bazie zestawu J-260 firmy "Jabel", rysunek/udoskonalenia elektrodowicza "pawol", doprecyzowania: Marcin Perliński |
Dzielnik przez 10 (= preskaler) to smd-owski układ scalony 74HC4017, do którego zwykłą transformatorówką przylutowałem dosłownie 6 kabelków. Koncepcję takiego właśnie podziału przez 10 „odgapiłem” sobie ze strony qrpkits.com. Uwaga! Te 45 MHz to tylko przy starannym montażu, ekranowaniu i filtrowaniu zasilania (przy bardziej niechlujnym zmontowaniu działa minimalnie niżej, tzn. gdzieś tak do 42 ... 43 MHz).
 |
| koncept: qrpkits.com, toto nabazgranie: Marcin Perliński |
Ogólny schemat blokowy całości (z uwzględnieniem przedwzmacniacza, preskalera i prostego przełącznika zakresów/trybów) wygląda następująco (i jest to jedynie propozycja połączenia wszystkiego w kompletną całość):
 |
| kompletny schemat blokowy (propozycja) |
Przełącznik w
pozycji "1" to czyste poziomy TTL (ma być prostokąt na wejściu,
można mierzyć do 9.99999 MHz). Pozycja "2" to
najbardziej zalecane typowe ustawienie (także do 10 MHz, a dokładniej do
9.99999 MHz). W ustawieniu 2 można nawet mierzyć głośniej
brzmiące częstotliwości akustyczne (= dźwięki), o ile na wejściu
przedwzmacniacza (= RF IN) podłączymy membranę/blaszkę piezo i
przytkniemy/zbliżymy ją do głośniczka (np. telefonu komórkowego)
odtwarzającego (na dość wysokiej głośności) np. ton 1 kHz (np. z gotowego pliku MP3). Używając takiego "patentu" można nawet pokusić się o skalibrowanie f-miarki, np. z wykorzystaniem tonu 6 kHz (o ile będzie to potrzebne). Ba, można nawet przytknąć taką membrankę do głośnika telewizora, kiedy to bardzo późną nocą, np. na TVP1, czasem nadawany jest obraz kontrolny wraz z towarzyszącym mu tonem 1 kHz.
 |
| taką membranką piezo (użytą jako mikrofon) można wychwycić nawet częstotliwości akustyczne (np. 1 kHz, 2 kHz, 6 kHz) |
Pozycja 3 jest dla ludzi mierzących powyżej 10 MHz (nawet do 45 MHz), ale proszę pamiętać, że wyświetlacz pokaże nam wynik podzielony przez 10 (no i o tym, że minimalną częstotliwością dającą się zmierzyć będzie jakieś 100 kHz).
Moje drobne (nieobowiązkowe) modyfikacje, które nie są zaznaczone na powyższych schematach: wejście f-miarki (= bazowej) można też zmostkować opornikiem 100 kΩ (opornik 270 Ω nie będzie wtedy obowiązkowy). Dla pewności można również dodać (alternatywne) zabezpieczenie diodowe (na pinie wejściowym mikrokontrolera, czyli na nodze numer 9), czyli dwie diody w szeregu, punkt spotkania obu diod do pinu 9, a z pinu 9 opornik 10 kΩ jako wejście f-miarki, katoda „górnej” diody do +5V, anoda „dolnej diody” do masy. Można też dać opornik 10 kΩ między nogą nr 1 mikrokontrolera a plusem zasilania.
F-miarka niniejsza
może być również użyta jako cyfrowa skala częstotliwości do
jakiegoś typowego "nieheterodynowego" nadajnika (np. krótkofalowego) lub odbiornika
homodynowego/synchrodynowego, o ile „skrzywimy” jej odczyt (np. dla SSB) o
jakieś +/- 1.5 kHz ---> można zamiast jednego z kondensatorów
„przykwarcowych” w układzie podstawowym dać trymerek np. 30 pF
i sobie ustawić żądany „lekki offsecik”. Tą samą metodą
możemy również dokonywać kalibracji f-miarki (o ile zajdzie taka
potrzeba). Prawdziwego pełnego offsetu dla typowych superheterodyn,
tzn. +/- 455 kHz czy +/- 10.7 MHz tutu NIE OSIĄGNIEMY (musielibyśmy
znać się na asemblerze i dokonać zmian w kodzie źródłowym, a
potem skompilować go ponownie do postaci pliku/wsadu HEX ---> proszę się
kontaktować z autorem softu ze strony danyk.cz, bo ja osobiście
jestem ciągle na to jeszcze za głupi, bo asemblera bardzo słabo
ogarniam mózgiem, niestety). Kod źródłowy programu można pobrać
stąd (lub mirror), a rekompilacji można dokonać przy pomocy narzędzia AVR Studio/Atmel Studio lub nawet super-hiper-ultralekkiego wavrasm, przy czym to ostatnie nie pójdzie na współczesnym windziarstwie (musi być choćby XP, linuksowe Wine lub po prostu sięgniemy po wirtualizację).
W moim przypadku koszt wykonania całości nie przekroczył kilkudziesięciu złotych, bo części zamawiałem w "dawniejszych lepszych czasach", tzn. kiedy przesyłki z Chin były naprawdę darmowe, listonosz normalnie wrzucał wszystko do skrzynki (w postaci listów zwykłych/nierejestrowanych), nie było problemów celnych, a same elementy były wyraźnie tańsze.
Dokładność f-miarki zależy przede wszystkim od jakości użytego kwarcu (wykorzystałem zwykły fundamentalny w obudowie niskiej — "skośnooki", ale naprawdę znakomity/stabilny) oraz, w nieco mniejszym stopniu, od użytych kondensatorów "przykwarcowych" (a głównie od ich stabilności termicznej oraz identyczności). Mój przyrządzik nie wymagał kalibracji, bo dokładność pomiarowa dorównuje nawet niejednemu przyrządowi fabrycznemu.
Obie płytki tworzące moją f-miarkę mają dobudowane własne układy zasilające w postaci stabilizatorów 78L05 z dodatkowymi zabezpieczeniami przed odwrotnym podpięciem biegunów zasilania (= każdorazowo dioda 1N4007 wpięta szeregowo). Stabilizatory produkują wymagane napięcie 5 V i dostarczają je do układów. Karmię to wszystko napięciem 12 V (można już od 7.5 V*) z własnego wyrobu zasilaczyka. Pobór prądu nie jest wysoki (maksymalnie kilkadziesiąt miliamperów).
* jeśli mamy diodę zabezpieczającą przed odwrotnym podłączeniem biegunów zasilania, to oczywiście od 8.2 V (a nie od 7.5 V), bo spadek napięcia na diodzie dochodzi do 0.7 V
Zachęcam do wykonana, ponieważ można się wiele nauczyć. Sugeruję, aby w pierwszej kolejności zapoznawać się z materiałami źródłowymi na stronie autora projektu (= tego Czecha) oraz wczytać się w elektrodowy wątek "pawola", a dopiero ewentualnie później kierować się moimi niniejszymi wypocinami.
Powodzenia!
(Marcin Perliński)
niniejszy blogowpis jako plik PDF
