Частотомер предназначен для измерения частот в пределах от 1 Гц до 50 МГц. В основном используется доступная элементная база. Особенность схемы частотомера в том, что в нем используются как микросхемы ТТЛ, так и КМОП логики. Индикация - восьмиразрядная. Частотомер работает по быстрой схеме, то есть, нет затянутого периода индикации. Каждую секунду показания индикатора обновляются. Нет никаких переключателей или регуляторов, - только входное гнездо и выключатель питания.


Схема входного усилителя-формирователя заимствована из Л.1. Чувствительность усилителя 0.1V, максимальное входное напряжение 30V. Входное сопротивление 10 kOm. На транзисторе VT1 выполнен змиттерный повторитель, повышающий входное сопротивление частотомера. Усилитель - формирователь собран на микросхеме D1, - К555ЛА8.

У этой микросхемы выходы выполнены по схеме с открытым коллектором, поэтому требуются нагрузочные резисторы R7, R8, R11. На режим усиления элемент D1.1 выводят подачей отрицательного смещения через резисторы R4-R5 (устанавливают при налаживании). На элементах D1.2 и D1.3 выполнен триггер Шмитта, который можно блокировать подачей логического нуля на вывод 9.

С выхода триггера Шмитта сформированные логические импульсы поступают на измерительный восьмидекадный счетчик на D4-D11. Счетчик выполнен на ТТЛ-микросхемах К555 ИЕ2, включенных в режим десятичного счета.

Выходные коды поступают на дешифраторы на микросхемах D12-D19. Дешифраторы выполнены на КМОП-микросхемах К176ИД2. Согласование по уровням между ТТЛ и КМОП достигается тем, что все микросхемы питаются напряжением 5V. А низкое быстродействие дешифраторов К176ИД2 на работу схемы не оказывает никакого влияния, поскольку во время счета входы дешифраторов закрыты, и открываются только после остановки счетчиков D4-D11, то есть, после окончания периода измерения. Резисторы R16-R47 исключают перегрузку входов дешифраторов высокочастотным напряжением, которое может быть при измерении высокой частоты.

Информация отображается на восьмиразрядном индикаторе, составленном из восьми одиночных семисегментных индикаторов типа АЛС333 (такие же как более популярные АЛС324, но цифры больше).

Схема управления сделана на многофункциональной микросхеме D2 (К176ИЕ12) и десятичном счетчике D3 (К561ИЕ8). Задача этой схемы в формировании измерительного интервала и импульсов записи информации в триггеры дешифраторов, а так же импульса обнуления счетчиков.

Перед разработкой данной схемы автор просмотрел множество радиолюбительских разработок «быстрых» частотомеров, опубликованных в различных радиолюбительских журналах, и обнаружил одно часто встречающееся схемное решение, когда обнуление счетчиков и запись информации в регистры или дешифраторы производится коротким импульсов, формируемым по фронту импульса опорной частоты при помощи обычной RC-цепочки.

На первый взгляд все правильно, - через каждую секунду, например, формируется этот импульс и счетчики обнуляются. Но проблема в том, что этот импульс имеет определенную длительность, и во время действия этого импульса измерительный счетчик заблокирован. А измерительный период уже начался.

Поэтому, все частотомеры, построенные по такой схеме, занижают показания на некоторую величину, зависящую от длительности этого импульса. Причем, величина эта нестабильна, так как длительность импульса, вносящего погрешность зависит от параметров RC-цепи, его формирующей.

Возможно, для низкочастотного частотомера эта погрешность не имеет существенного значения, но на показаниях частотомера, измеряющего частоту более 1 МГц это отражается серьезно.

А теперь рассмотрим схему узла управления моего частотомера. Микросхема D2 (К176 ИЕ12) состоит из кварцевого генератора и набора счетчиков. В типовом включении генератор вырабает частоту 32768 Гц, которая, для получения частоты 1 Гц делится двоичным счетчиком на 32768 (2й).

Свойство двоичного счетчика в том. что его выходные импульсы, снятые с одного из выходов, всегда симметричны. То есть, так как на выходе D-триггера, который часто используют в схемах управления частотомеров. То есть, при выходной частоте 1 Гц будут два равных полупериода длительностью по 0,5 секунды.

Кроме того выход счетчика этой микросхемы связан с входом обнуления (R) логической функцией «ИЛИ-НЕ», поэтому, в то время когда на вход R подается единица, на выходе устанавливается ноль, но сразу же после того как сигнал обнуления снимается (на входе R - ноль), на выходе возникает логическая единица, и ровно через 0,5 секунды снова возникает ноль.

Это свойство микросхемы К176ИЕ12 позволяет сделать относительно несложную схему управления, работающую без вышеуказанных погрешностей. Но для этого нам нужно, что бы на выходе микросхемы была частота не 1 Гц, а 0,5 Гц. Получить такую частоту можно, если вместо отечественного кварцевого резонатора на 32768 Гц использовать резонатор на частоту 16384 Гц от импортного карманного цифрового будильника. Теперь, на выводе 4 D2 будут симметричные импульсы 0,5 Гц. А на выводе 14 - 16384 Гц