เครื่องวัดความถี่ชิปสองตัวพร้อมการอ่านข้อมูลไบนารี: 16 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:08

โดยใช้ไดโอดเปล่งแสงสิบสองตัว ต้นแบบมี CD4040 เป็นตัวนับและ CD4060 เป็นตัวสร้างฐานเวลา Gating สัญญาณโดยตัวต้านทาน - ไดโอดเกต CMOS ics ที่ใช้ในที่นี้ช่วยให้เครื่องมือสามารถขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าใดๆ ในช่วง 5 ถึง 15 โวลต์ แต่ความถี่สูงสุดจะจำกัดอยู่ที่ประมาณ 4 MHz

4040 เป็นตัวนับไบนารีสิบสองขั้นตอนในแพ็คเกจ 16 พิน 4060 เป็นตัวนับไบนารีและออสซิลเลเตอร์สิบสี่ขั้นตอนในแพ็คเกจ 16 พินเดียวกัน ชิปเหล่านี้รุ่น 74HC หรือ 74HCT อาจใช้สำหรับช่วงความถี่ที่สูงกว่า แต่ช่วงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายจะถูกจำกัดไว้ที่สูงสุด 5.5 โวลต์หรือมากกว่านั้น เพื่อที่จะใช้สิ่งนี้เพื่อแสดงความถี่ของเครื่องส่งสัญญาณ HAM ทั่วไป จำเป็นต้องมีพรีสเกลเลอร์และพรีแอมพลิไฟเออร์บางประเภท หวังว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นเรื่องของคำแนะนำที่ตามมา

ขั้นตอนที่ 1: สิบสอง LED Array

ฉันเริ่มโปรเจ็กต์นี้เพื่อให้มีตัวนับความถี่แบบง่ายซึ่งทำงานด้วยความยุ่งยากน้อยที่สุด โดยใช้ส่วนประกอบจำนวนน้อยที่สุดและไม่ต้องเขียนโปรแกรม ฉันเลือกการออกแบบ "ตัวนับความถี่สองชิป" นี้เพราะความเรียบง่ายนั้นดึงดูดใจ

ขั้นตอนแรกคือการต่อสายเคาน์เตอร์และทำให้มันใช้งานได้ ฉันปัดเศษไฟ LED สีแดงขนาด 3 มม. จำนวนหนึ่งจากกล่องขยะและแผงต่างๆ ของฉันแล้วบัดกรีให้เข้าแถวบนแผงวงจร - ผลลัพธ์จะแสดงที่นี่ถัดจากชิปตัวนับ ic เฉพาะนี้ถูกดึงมาจากโปรเจ็กต์อื่นที่เสร็จแล้วครึ่งหนึ่ง ด้วยความหวังว่าอย่างน้อยไอซีนี้จะจบลงด้วยดี 74HC4040 จะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าหากคุณกำลังวางแผนที่จะสร้างสิ่งนี้ สามารถนับความถี่ได้สูงขึ้น

ขั้นตอนที่ 2: เริ่มต้นรังหนู

ตัดสินใจสร้างให้เล็กที่สุด ดังนั้นจึงไม่มีแผงวงจร ลีดของ 4040 ถูกครอบตัด และตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้น 100n ที่เชื่อมต่อผ่านสายไฟของพาวเวอร์ซัพพลาย เพื่อให้อยู่รอด ESD ได้ดีขึ้น

จากนั้นจึงบัดกรีสายไฟ (จากสาย CAT-5) ไปที่ปลายสาย หลังจากรักษาด้านหนึ่งเสร็จแล้ว ก็ถึงเวลาทดสอบว่าชิปนั้นยังมีชีวิตอยู่หรือไม่

ขั้นตอนที่ 3: ทดสอบ 4040

LED และชิปได้รับการแนะนำให้รู้จักและการตรวจสอบอย่างรวดเร็วโดยใช้พลังงานกับชิปและต่อสายดินของไฟ LED ทั่วไปทำให้ฉันมีไฟ LED กะพริบเมื่อนิ้วสัมผัสนาฬิกาของชิป - นับ 50 เฮิรตซ์ ไฟหลัก ฮัม

LED ดวงหนึ่งสว่างเกินไป - ทำให้ LED ดวงอื่นดูมืดเกินไปเมื่อเปรียบเทียบ มันถูกดึงออกมาอย่างไร้ความปราณีจากนั้นก็วางไว้อย่างนุ่มนวลเพื่อใช้เดี่ยวได้ ไฟ LED เป็นอุปกรณ์ที่เปราะบางและล้มเหลวได้ง่ายหากเกิดความร้อนสูงเกินไปในขณะที่ตะกั่วมีความเครียด ฉันต้องแทนที่ประมาณสามในอาร์เรย์ของฉัน หากคุณกำลังซื้อพวกเขาอย่าลืมรับเพิ่มอีกสองสามอย่าง หากคุณกำลังข่วนพวกมัน ให้แน่ใจว่าได้เพิ่มอีกมากเพราะคุณต้องการความสว่างที่ใกล้เคียงกัน

ขั้นตอนที่ 4: เคาน์เตอร์ - เสร็จสมบูรณ์

รูปภาพแสดงเคาน์เตอร์และจอแสดงผลที่เสร็จสมบูรณ์ มีไฟ LED สิบสองดวง ชิปตัวนับ ตัวเก็บประจุบายพาสจ่าย และตัวต้านทานสองตัว ตัวต้านทาน 1K ตั้งค่าความสว่างของจอแสดงผล ตัวต้านทาน 4.7 K เชื่อมต่ออินพุตรีเซ็ตกับกราวด์ พินที่ไม่ได้เชื่อมต่อที่อยู่ถัดจากมันคืออินพุตนาฬิกา

ขั้นตอนที่ 5: ตู้สำหรับเคาน์เตอร์

การหุ้มโลหะจากเซลล์ D ถูกแกะออกและก่อรูปขึ้นรอบๆ ชุดประกอบนี้ ใช้ฟิล์มพลาสติกป้องกันการลัดวงจร

หนังแสดงการทดสอบของฉันของเคาน์เตอร์ กำลังนับสัญญาณ 50 Hz จากนิ้วของฉัน

ขั้นตอนที่ 6: ฐานเวลา - ชิ้นส่วน

ตัวนับความถี่ทำงานโดยการนับพัลส์ของสัญญาณตามเวลาที่ทราบ และแสดงจำนวนนี้ ตัวนับเป็นครึ่งหนึ่งของตัวนับความถี่ วงจรเพื่อส่งช่วงเวลาที่ทราบอย่างแม่นยำ - ฐานเวลา - เป็นอีกส่วนหนึ่ง

ฟังก์ชันนี้ดำเนินการโดย CD4040 ออสซิลเลเตอร์และตัวแบ่งไบนารี 14 สเตจในแพ็คเกจ 18 พิน เพื่อให้พอดีไม่ได้นำเอาเอาท์พุตตัวแบ่งออกทั้งหมด ฉันตัดสินใจใช้ความถี่ออสซิลเลเตอร์ที่ 4 MHz ซึ่งเป็นความถี่ที่เหมาะสมที่สุดที่ฉันมีในกล่องขยะของฉัน ตัวเลือกคริสตัลนี้หมายความว่าการอ่านค่าความถี่จะเป็นหลายเมกะเฮิรตซ์

ขั้นตอนที่ 7: Crystal Oscillator

ออสซิลเลเตอร์คริสตัล 4 MHz สำหรับฐานเวลากำลังก่อตัว ตัวต้านทานชิป 10 Meg วางอยู่บนหมุดออสซิลเลเตอร์สองตัว และตัวเก็บประจุ 10 pf สองตัวถูกยึดเข้ากับเศษแผงวงจรพร้อมกับคริสตัล

ขั้นตอนที่ 8: Oscillator - ตัวแบ่ง

นี่คือฐานเวลาที่สมบูรณ์ สายสีแดงเชื่อมต่อเอาต์พุตที่สำคัญที่สุด (Q13) กับอินพุตรีเซ็ต สิ่งนี้ทำให้พัลส์รีเซ็ตแบบสั้นปรากฏขึ้นบนพินนี้ทุกๆ 8192 การสั่นของคริสตัล เอาต์พุตถัดไป (Q12) จะมีคลื่นสี่เหลี่ยมอยู่ และใช้เพื่อเปิดใช้งานตัวนับในขณะที่กำลังต่ำ และเพื่อแสดงจำนวนนั้นเมื่อสูง

ฉันยังไม่มีแผนภาพวงจรเลย นี่เป็นแนวคิดคร่าวๆ เกี่ยวกับวิธีการทำงานของตัวนับความถี่ และการจัดเกตและการแสดงผลอยู่ในสถานะฟลักซ์ขณะที่ฉันพยายามหาวิธีแก้ปัญหาส่วนประกอบขั้นต่ำ

ขั้นตอนที่ 9: การทดสอบฐานเวลา

ตอนนี้ การทดสอบเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องมาก ฉันจะต้องเอาไปทำงาน จากนั้นให้สัญญาว่าผู้ชายคนนั้นทำงาน (นั่นคือสิ่งที่เขาอ้างว่าทำ) ด้วยออสซิลโลสโคป สวรรค์ ดิน และเบียร์เพื่อโอกาสในการใช้ อย่างไรก็ตาม คนที่สามนั้นค่อนข้างปลอดภัยเนื่องจากเขาไม่ค่อยออกจากที่นั่นในช่วงเวลาที่เหลือของเรา

จากนั้นให้เร็ว งีบในขณะที่เขาออกไปรับประทานอาหารกลางวันและทดสอบวงจร และรีบออกมาอย่างรวดเร็วก่อนที่เขาจะกลับมา ไม่อย่างนั้นฉันอาจต้องช่วยเขาในหลุมใดก็ตามที่เขาเข้าไปและอาจพลาดอาหารกลางวัน ใช้วิทยุง่ายกว่ามาก วิทยุพกพาราคาถูก คลื่นกลาง และพ็อกเก็ตวิทยุที่กำลังเดือดดาลก่อนที่แกดเจ็ต mp3 รุ่นใหม่จะเข้ามา ฐานเวลาอันน้อยนิดนี้จะสร้างแฮชทั่วหน้าปัดเมื่อทำงาน เมื่อใช้มันกับเซลล์สองสามเซลล์ ฉันสามารถตรวจสอบได้ว่าฐานเวลาทำงานกับสามเซลล์ และใช้งานไม่ได้กับสองเซลล์ ดังนั้นจึงกำหนดได้ว่าจะต้องใช้ไฟอย่างน้อย 4.5 โวลต์เพื่อเริ่มตัวนับความถี่ของฉัน

ขั้นตอนที่ 10: พื้นที่สำหรับ Timebase

นี่แสดงพื้นที่ภายในตัวนับที่สงวนไว้สำหรับวงจรฐานเวลา

ขั้นตอนที่ 11: บูรณาการ

นี่แสดงให้เห็นว่าวงจรรวมทั้งสองอยู่ในตำแหน่ง ตรรกะ "กาว" ที่จำเป็นระหว่างกันเพื่อให้ทำงานเป็นตัวนับความถี่จะรับรู้โดยไดโอดและตัวต้านทาน

มีการเพิ่มตัวเก็บประจุแบบแยกคัปปลิ้งอีกตัวในชิปฐานเวลา คุณไม่สามารถมีการแยกส่วนมากเกินไป ฉันตั้งใจสิ่งนี้เพื่อใช้ใกล้กับเครื่องรับที่ละเอียดอ่อน ดังนั้นจะต้องระงับเสียงรบกวนใกล้กับแหล่งกำเนิดและป้องกันไม่ให้หลบหนี ดังนั้นตู้แผ่นดีบุกที่นำกลับมาใช้ใหม่

ขั้นตอนที่ 12: การรวมระยะที่สอง

ฉันเปลี่ยนใจอีกครั้งและการจัดเรียงในภาพนี้แตกต่างออกไปเล็กน้อย มีขนาดกะทัดรัดกว่า และเป็นที่นิยมมากกว่า

ขั้นตอนที่ 13: แผนภาพวงจร

เมื่อการก่อสร้างใกล้เสร็จแล้ว นี่คือแผนภาพวงจร ในที่สุดเมื่อฉันตัดสินใจว่าจะทำอย่างไร และวางมันลงบนกระดาษ คุณลักษณะต่างๆ เริ่มคืบคลานเข้ามา ฉันสามารถทำให้มันเป็นตัวนับได้เช่นกัน โดยมีสวิตช์และส่วนประกอบเพิ่มเติมอีกสองชิ้น ตอนนี้มันเป็นตัวนับ / ตัวนับความถี่

ชีพจรสั้น ๆ ใน Q13 จะรีเซ็ตตัวนับทั้งสอง จากนั้น Q12 จะต่ำเป็นระยะเวลาหนึ่ง (2048 รอบ xtal) และในช่วงเวลานั้นสัญญาณขาเข้าจะหมุนไปที่ 4040 ทรานซิสเตอร์ปิดอยู่ ดังนั้นไฟ LED จึงไม่ติดสว่าง จากนั้น Q12 จะสูงขึ้นและสัญญาณก็ไม่ผ่านไปยังอินพุตของ 4040 ทรานซิสเตอร์จะเปิดขึ้นและการนับใน 4040 จะแสดงบน LED เพื่อให้คนทั้งโลกได้เห็น อีกครั้งหลังจาก 2,048 นาฬิกา Q12 ลดลง Q13 จะสูงขึ้นและจะยังคงอยู่ ยกเว้นว่ามันเชื่อมต่อกับอินพุตรีเซ็ตของตัวนับทั้งสอง ดังนั้นการนับทั้งสองจึงถูกล้างซึ่งจะล้างสถานะของ Q13 และเพื่อให้รอบเริ่มต้นใหม่อีกครั้ง หากตั้งค่าเป็นตัวนับ 4060 จะถูกรีเซ็ตอย่างถาวรและทรานซิสเตอร์จะเปิดทำงานเต็มเวลา อินพุตทั้งหมดจะถูกนับและแสดงผลทันที จำนวนสูงสุดคือ 4095 จากนั้นตัวนับจะเริ่มต้นจากศูนย์อีกครั้ง ซีเนอร์ไดโอดนั้นทำขึ้นโดยเจตนาจากแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าปกติ มันไม่ได้ coduct ระหว่างการใช้งานปกติ อย่างไรก็ตาม หากมีการใช้แรงดันไฟฟ้าที่มากกว่าปกติ มันจะจำกัดแรงดันไฟฟ้าให้เหลือเพียงชิปสองตัวเท่านั้นที่สามารถจัดการได้ และแรงดันไฟฟ้าที่สูงมากๆ จะทำให้ตัวต้านทาน 470 โอห์มเผาไหม้ โดยยังคงปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ส่วนใหญ่แล้วก็ตาม อย่างน้อยนั่นคือสิ่งที่ฉันหวังว่าจะเกิดขึ้น หากสิ่งนี้เชื่อมต่อโดยตรงกับไฟหลัก

ขั้นตอนที่ 14: สวิตช์ความถี่ / นับ

สวิตช์ขนาดเล็กได้รับการติดตั้งเพื่อเลือกระหว่างสองโหมด การนับพัลส์ที่เข้ามาแบบธรรมดากับการนับในช่วงเวลาหนึ่งและการกำหนดความถี่ และการเตรียมการอื่นๆ ได้เสร็จสิ้นลง

สายไฟบางส่วนถูกหุ้มด้วยพลาสติกเพื่อให้มีความทนทาน (ฉันหวังว่า) การบัดกรีแผ่นเหล็กวิลาดจากเซลล์ D อีกเซลล์หนึ่งที่อยู่ด้านบนจะทำให้กล่องสมบูรณ์และป้องกันอวัยวะภายในจากเศษลวดที่หลงทางและก้อนโลหะบัดกรี ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีอยู่มากมายบนโต๊ะทำงานของฉัน

ขั้นตอนที่ 15: มุมมองด้านหลัง

สวิตช์สำหรับเลือกระหว่างโหมดความถี่และโหมดการนับสามารถดูได้ในมุมมองด้านหลังนี้

ขั้นตอนที่ 16: เครื่องมือที่เสร็จสมบูรณ์

นี่คือมุมมองของเครื่องมือที่เสร็จสมบูรณ์ ไฟ LED แสดงความถี่ถ่วงน้ำหนักดังนี้:

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 คุณต้องรวมน้ำหนักของไฟ LED ที่ติดสว่างเข้าด้วยกันเพื่ออ่านความถี่ ข้อมูลบางส่วนเกี่ยวกับการใช้กระแสไฟ: ที่แรงดันไฟฟ้าจ่ายหกโวลต์ (สี่เซลล์ AA) กระแสที่ดึงออกมาคือ 1 mA ในโหมดตัวนับ และ 1.25 mA ในโหมดความถี่ โดยไม่มีอะไรแสดง เมื่อแสดงจำนวน (ไฟ LED บางดวงติดสว่าง) การบริโภคเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 5.5 mA ในโหมดตัวนับ และ 3.5 mA ในโหมดความถี่ ตัวนับหยุดนับถ้าความถี่เพิ่มขึ้นเป็น 4 MHz ขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของสัญญาณที่ใช้เล็กน้อย ต้องใช้อินพุตที่เข้ากันได้กับ CMOS เต็มรูปแบบจึงจะนับได้อย่างน่าเชื่อถือ การปรับสภาพสัญญาณบางประเภทจึงมีความจำเป็นเกือบทุกครั้ง ปรีแอมป์และพรีสเกลเลอร์ที่อินพุตจะขยายช่วงความถี่และเพิ่มความไว ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อนี้สามารถพบได้ในการค้นหาคำว่า "ตัวนับความถี่สองชิป" โดยไม่ต้องใส่เครื่องหมายอัญประกาศ