Medidor de frequência de dois chips com leitura binária: 16 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

usando doze diodos emissores de luz. O protótipo tem um CD4040 como contador e um CD4060 como gerador de base de tempo. O gate do sinal é feito por um resistor-diodo. O CMOS ics usado aqui permite que o instrumento seja alimentado por qualquer tensão na faixa de 5 a 15 volts, mas a frequência máxima é limitada a cerca de 4 MHz.

O 4040 é um contador binário de doze estágios em um pacote de 16 pinos. O 4060 é um contador e oscilador binários de catorze estágios, no mesmo pacote de 16 pinos. As versões 74HC ou 74HCT desses chips podem ser usadas para uma faixa de frequência mais alta, mas a faixa de tensão de alimentação é então limitada a um máximo de 5,5 volts ou mais. Para usar isso a fim de exibir a frequência de um transmissor HAM típico, será necessário algum tipo de prescaler e um pré-amplificador. Esperançosamente, estes serão o assunto de uma instrução subsequente.

Etapa 1: Disposição de Doze LEDs

Comecei neste projeto para ter um contador de frequência simples que funcionasse com o mínimo de incômodo, usando o menor número de componentes e SEM programação. Decidi usar esse design de "contador de frequência de dois chips" porque sua simplicidade era atraente.

O primeiro passo foi conectar o contador e fazê-lo funcionar. Eu arredondei vários leds vermelhos de 3 mm da minha caixa de sucata e várias placas e os soldei em linha em uma lasca de placa de circuito - o resultado é mostrado aqui ao lado do chip do contador. Este ic em particular foi extraído de outro projeto incompleto, com a esperança fervorosa de que pelo menos este acabe concluído. O 74HC4040 será uma escolha melhor se você estiver planejando construí-lo. Ele pode contar com uma frequência mais alta.

Etapa 2: Iniciando o Ninho de Ratos

Decidiu-se construí-lo o menor possível e, portanto, não há placa de circuito. Os fios do 4040 foram cortados e um capacitor de cerâmica multicamadas de 100n conectado aos fios da fonte de alimentação. Isso permite que ele sobreviva melhor à ESD.

Os fios (do cabo CAT-5) foram então soldados às pontas dos terminais. Depois que um lado foi tratado dessa forma, era hora de testar se o chip ainda estava vivo.

Etapa 3: Testando o 4040

O LED e o chip foram apresentados um ao outro e uma verificação rápida, aplicando energia ao chip e aterrando o comum dos LEDs, me deu LEDs piscando quando a entrada do relógio do chip foi tocada com um dedo - estava contando os 50 Hz principal zumbido.

Um LED estava muito brilhante - estava fazendo os outros parecerem muito escuros em comparação. Foi puxado implacavelmente para fora e, em seguida, colocado de lado com ternura para um possível uso solo. Os LEDs são dispositivos frágeis e falham facilmente se superaquecidos enquanto os condutores estão estressados. Tive que substituir cerca de três em minha matriz. Se você for comprá-los, certifique-se de obter alguns extras. Se você estiver procurando por eles, certifique-se de obter muito mais, pois você precisa deles de brilho semelhante.

Etapa 4: O contador - completo

A imagem mostra o contador e o display concluídos. Existem doze LEDs, o chip contador, capacitor de bypass de alimentação e dois resistores. O resistor de 1K define o brilho da tela. O resistor de 4,7 K conecta a entrada de reset ao aterramento. O pino desconectado próximo a ele é a entrada do relógio.

Etapa 5: Gabinete para o balcão

O revestimento de metal de uma célula D foi desembrulhado e formado em torno deste conjunto. Filme plástico foi usado para prevenir curtos-circuitos.

O filme mostra meu teste do contador. Ele está contando o sinal de 50 Hz fornecido pelo meu dedo.

Etapa 6: A Base de Tempo - Partes

Um contador de frequência funciona contando os pulsos de sinal por um tempo conhecido e exibindo essa contagem. Um contador forma a metade do contador de frequência. Um circuito para fornecer um intervalo conhecido com precisão - a base de tempo - é a outra parte.

Esta função é realizada pelo CD4040, um oscilador e divisor binário de 14 estágios em um pacote de 18 pinos. Para que se encaixe, nem todas as saídas do divisor foram apresentadas. Decidi por um oscilador de frequência de 4 MHz - era o mais adequado que eu tinha na minha caixa de lixo. Essa escolha de cristal significa que a leitura de frequência será um múltiplo de um megahertz.

Etapa 7: O Oscilador de Cristal

O oscilador de cristal de 4 MHz para a base de tempo está tomando forma. Um resistor de chip de 10 Meg fica entre os dois pinos do oscilador e os dois capacitores de 10 pf são fixados em um pedaço de placa de circuito junto com o cristal.

Etapa 8: Oscilador - Divisor

Esta é a base de tempo concluída. O fio vermelho conecta a saída mais significativa (Q13) à entrada de reset. Isso faz com que um curto pulso de reinicialização apareça neste pino a cada 8192 vibrações do cristal. A próxima saída (Q12) terá uma onda quadrada e é usada para habilitar o contador enquanto estiver baixo e para exibir essa contagem quando estiver alto.

Não tenho nenhum diagrama de circuito ainda. Esta é uma ideia aproximada de como o contador de frequência deve operar, e os arranjos de gating e display estavam em um estado de fluxo enquanto eu me esforçava para encontrar uma solução de componente mínimo.

Etapa 9: Testar a base de tempo

Agora, testá-lo é um processo muito complicado. Vou ter que levar pro trabalho. Então prometa àquele cara trabalhando (é o que ele afirma estar fazendo) com o osciloscópio, céu, terra e cerveja para ter uma chance de usá-lo. Esse terceiro, no entanto, é bastante seguro, pois raramente sai de lá como o resto de nós.

Então seja rápido, entre enquanto ele está almoçando e teste o circuito, e saia rápido antes que ele volte. Do contrário, posso ter que ajudá-lo em qualquer buraco em que ele se meteu e talvez perder o almoço. É muito mais simples usar um rádio. Um rádio de bolso barato, de onda média, que estava na moda antes do surgimento dos novos aparelhos mp3. Esta pequena base de tempo criará hash em todo o dial quando estiver funcionando. Usando-o e algumas células, consegui verificar que a base de tempo funcionava com três células e que não funcionava com duas, estabelecendo assim que seriam necessários pelo menos 4,5 volts para disparar meu contador de frequência.

Etapa 10: Espaço para base de tempo

Mostra o espaço dentro do contador reservado para o circuito da base de tempo.

Etapa 11: Integração

Isso mostra os dois circuitos integrados em posição. A lógica de "cola" necessária entre eles para fazê-los funcionar como um contador de frequência será realizada por diodos e resistores.

Outro capacitor de desacoplamento foi adicionado ao chip da base de tempo. Você não pode ter muita dissociação. Pretendo que ele seja usado perto de receptores sensíveis, então qualquer ruído deve ser suprimido perto da fonte e evitado de escapar. Daí o armário de folha de lata reciclado.

Etapa 12: Fase Dois de Integração

Mudei de ideia novamente, e o arranjo nesta foto é um pouco diferente. É mais compacto e por isso foi o preferido.

Etapa 13: O Diagrama de Circuito

Agora, quando a construção está quase concluída, aqui está um diagrama de circuito. Quando eu finalmente decidi como isso seria feito, e coloquei no papel, características começaram a aparecer. Eu poderia fazer funcionar como um contador também, com um interruptor e dois componentes adicionais. Então agora é um contador / contador de freqüência.

Um pulso curto em Q13 redefine ambos os contadores. Então Q12 ficará baixo por um certo período de tempo (2048 ciclos xtal) e durante esse tempo o sinal de entrada sincroniza o 4040. O transistor está desligado, então os leds não acendem. Então o Q12 fica alto e o sinal não passa para a entrada do 4040. O transistor liga e a contagem no 4040 é exibida nos LEDs para todo o mundo ver. Novamente depois de 2048 os relógios Q12 ficam baixos, Q13 ficam altos e permaneceriam lá, exceto que ele está conectado às entradas de reset de ambos os contadores, então ambas as contagens são apagadas, o que limpa o estado de Q13 e assim o ciclo começa novamente. Se for definido como um contador, o 4060 é mantido permanentemente em reset e o transistor é ligado em tempo integral. Todas as entradas são contadas e imediatamente exibidas. A contagem máxima é 4095 e, em seguida, o contador começa do zero novamente. Esse diodo zener é delibradamente feito de uma voltagem mais alta do que a voltagem de alimentação normal. Não codifica durante o uso normal. Se, entretanto, uma voltagem maior do que o normal for aplicada, ela limitará a voltagem para os dois chips a um valor que eles possam suportar. E uma tensão realmente alta fará com que o resistor de 470 ohms queime, ainda protegendo os componentes eletrônicos - bem, a maioria deles, pelo menos. Pelo menos, é o que espero que aconteça, se essa coisa for conectada diretamente à rede elétrica.

Etapa 14: Mudança de Freq / Contagem

Um pequeno interruptor foi encaixado para selecionar entre os dois modos, contagem simples dos pulsos de entrada versus contá-los por um período e determinar a frequência, e várias outras arrumações foram feitas.

Parte da fiação foi protegida por plástico para torná-los resistentes a curtos (espero). Soldar outra folha de flandres de outra célula D na parte superior completará a caixa e protegerá as entranhas de pedaços perdidos de arame e pedaços de solda, que abundam em minha bancada.

Etapa 15: Vista traseira

A chave para selecionar entre os modos de frequência e contagem pode ser vista nesta vista traseira.

Etapa 16: O instrumento concluído

Esta é uma visão do instrumento completo. Os LEDs mostram a frequência ponderada da seguinte forma:

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 Você deve somar os pesos dos leds acesos para ler a frequência. Alguns dados sobre o consumo de corrente: com uma tensão de alimentação aplicada de seis volts (quatro células AA), a corrente consumida foi de 1 mA no modo Contador e 1,25 mA no modo Frequência, sem nada exibido. Ao exibir contagens (alguns LEDs acesos), o consumo saltou para cerca de 5,5 mA no modo contador e 3,5 mA no modo frequência. O contador parava de contar se a frequência fosse aumentada para mais de 4 MHz. Isso depende um pouco da amplitude do sinal aplicado. Requer entrada compatível com CMOS completa para contar de forma confiável. Por isso, quase sempre é necessário algum tipo de condicionamento de sinal. Um pré-amplificador e um prescaler na entrada irão estender a faixa de frequência e aumentar a sensibilidade. Mais sobre este tópico pode ser encontrado ao pesquisar as palavras "contador de frequência de dois chips" sem as aspas.