Mini frecuencímetro para PC
(Pagina original Microplans)
De los frecuencímetros presentados en esta web, este es el más sencillo, mide hasta 50MHz y no necesita alimentación ya que al ser su consumo tan bajo la toma directamente del puerto serie del PC. Además de frecuencímetro puede funcionar también como contador de impulsos. Se le puede poner un prescaler externo que divida entre 64 como por ejemplo el SDA4212 o el SAB6456 y así conseguiremos poder medir una frecuencia de hasta 1300 MHz. El programa de control desde el PC nos permite usarlo también como contador de impulsos. En modo frecuencímetro podemos seleccionar una resolución de 1 o 10 Hz y tiene la opción de grabar en un archivo cada cierto tiempo los valores medidos junto a la fecha y la hora para así poder servir de "datalogger".
Esquema 1:
Los componentes se han reducido al máximo y así la conexión al PC a través del puerto serie se hace con dos resistencias solamente. La alimentación se toma del puerto a través de los diodos D1 y D2 que son de baja caida de tensión, en su lugar también se pueden usar los habituales 1N4148. La señal le llega al microcontrolador a través del pin 5 que es la entrada del timer del micro, el pin 6 controla la entrada de señal y la deja pasar durante el tiempo necesario para que el PIC la mida. El diodo led no es necesario, unicamente se ha puesto para ver que el puerto está validado cuando en el programa de control seleccionamos modo frecuencímetro o modo contador. Los ajustes a hacer se limitan al condensador variable, debemos conectar una señal de frecuencia conocida y ajustarle hasta que en la pantalla se muestre el valor correcto.
Esquema 2:
Este esquema es como el anterior pero se ha añadido una etapa de alta impedancia que amplifica la señal a medir y no sobrecarga la fuente de la señal.
La etapa de entrada añadida se ha hecho como en la mayoría de frecuencímetros, con un transistor FET para que tenga una alta impedancia de entrada, este FET puede ser de varios tipos, por ejemplo BF244, BF245, BF256, MPF102, etc., después le sigue un transistor BF199 de cuyo colector toma la señal el microcontrolador PIC1F683 .
Disposición de los terminales de los componentes usados en este frecuencímetro, en los transistores FET varía según el modelo usado.
Programa de control desde el PC:
Con este programa conectamos con el frecuencímetro y podemos ver la frecuencia con una resolución de 1Hz o de 100Hz si usamos un prescaler que divida entre 64.
Tenemos dos botones para seleccionar el modo de funcionamiento: uno para modo contador y otro para modo frecuencímetro. Hay otros dos botones pequeños que son: uno para acceder a esta web, otro para resetear el valor mostrado cuando está en modo contador y el tercero para abrir una ventana de configuración en la que se puede seleccionar el nº de puerto serie, si tenemos o no prescaler conectado, la resolución(1 o 10 Hz sin prescaler y 100 o 1000 Hz con él) y el tiempo entre cada grabación de los datos en un archivo(opcional). El programa de control se puede descargar aquí.
También podemos usar el Hiperterminal de windows para comunicarnos con el frecuencímetro o usar nuestro lenguaje de programación preferido para hacer uno a medida, para ello solo es necesario poder enviar y recibir datos por el puerto serie a 1200bps con 8 bits de datos, sin paridad y un bit de stop.
Los comandos consisten en un carácter y son los siguientes: De los 15 bytes de datos que envía con algunos comandos, los 2 últimos corresponden a un avance de linea y a un retorno de carro para que si se leen los datos desde el Hiperterminal por ejemplo, a cada lectura avance una línea vuelva al princípio de ella. |
Frecuencímetro Multifuncion con L/C Meter
(Pagina original Microplans)
Uno de los instrumentos básicos para el profesional o el aficionado a la electrónica es el frecuencímetro, los circuitos integrados más empleados para este propósito han sido el ICM7216 y el ICM7226 que han sido usados por todos los que queríamos construir un frecuencímetro.
Con el uso de un microcontrolador se consigue simplificar el circuito y a la vez ampliar las posibilidades de este, así no solo funciona como frecuencímetro sino que además es contador de impulsos, mide el periodo de una frecuencia, mide las revoluciones(tacómetro), puede generar una señal PWM(Pulse Width Modulation), puede servir también como generardor de baja frecuencia y por si esto fuese poco aún puede hacer las funciones de un pequeño analizador de señal de un canal. En modo frecuencímetro, además de visualizar el nivel relativo de la señal de entrada(como un medidor de campo o "field meter")puede sumar o restar un valor programado a la frecuencia leída, esto es necesario(como saben bien los aficionados a la radio) para visualizar la frecuencia de un receptor sumando o restando la frecuencia intermedia.
A este modelo se le ha añadido otra función de gran interés que es la de medir capacidades e inductancias lo cual hace con mucha precisión incluso desde valores pequeños.
Esquema de la parte del microcontrolador:
En el centro del esquema podemos ver el componente más importante en es el microcontrolador que contiene un programa que gestiona el resto de componentes. Arriba a la izquierda está el LM311 que forma parte del L/C meter y funciona como oscilador cuya frecuencia depende del condensador o inductancia a medir, el PIC mide esta frecuencia por el pin 6 que es la entrada del timer 0 y a partir de ella calcula el valor del componente. Los transistores T3 y T4 activan los relés de selección de modo capacímetro o inductámetro y sirven también para la calibración. Arriba en el centro tenemos la entrada para el medidor de tensión, poniendo el frecuencímetro en modo PWM podemos medir la tensión de entrada por el conector J6 hasta 25 voltios. Debajo tenemos las entradas para la medida del nivel de la señal que vienen de la entrada de HF y de UHF. Arriba a la derecha tenemos el doble conmutador 74HC153, una parte sirve para conmutar las 4 entradas del frecuencímetro y la otra para conmutar las 3 entradas del analizador de señal. Al lado de este chip tenemos el sensor de infrarrojos que sirve para visualizar en el PC la señal de estos mandos. Abajo a la izquierda tenemos el conector DB9 y los transistores T1 y T2 que con el resto de componentes sirven para conectar el frecuencímetro al PC. El frecuencímetro es autónomo y la conexión al PC es opcional, solo es necesaria para ver la señal de los datos capturados en modo analizador. Al lado izquierdo del PIC está el cristal de cuarzo de 16MHz(X1) y el condensador ajustable VC1, este condensador sirve para el ajuste del frecuencímetro, para ello necesitamos una señal de frecuencia conocida y ajustaremos el condensador hasta que marque el valor exacto. Hay que tener en cuenta la derivavión térmica del cuarzo, por tanto haremos este ajuste cuando el frecuencímetro lleve unos minutos encendido. Abajo en el centro tenemos el conector J7 por el que sale la señal PWM de 40KHz cuyo tiempo de trabajo o duty-cycle es regulable desde 0 a 100%. Junto al LCD están los 4 pulsadores que van conectados a través de 4 resistencias de 1k a los 4 pines de datos del LCD, el PIC pone estos pines como salidas o como entradas dependiendo de si va a gestionar el LCD o los pulsadores. Debajo del LCD tenemos el regulador de tensión 7805, los condensadores de filtrado de la alimentación y el diodo de protección contra inversiones de polaridad D1. Descripción de las entradas:
Función de los pulsadores: P1 y P2: Con cada pulsación cambia el modo de funcionamiento y nos permite seleccionar entre los siguientes modos: frecuencímetro, medidor del periodo, contador de impulsos, tacómetro, generador de frecuencia, generador PWM y voltímetro, analizador de señal y medidor de inductancia y capacidad(L/C meter). P2: Cambia la resolución. En modo contador pone este a cero. Podremos seleccionar 1Hz, 10 Hz, 100 Hz y 1000 Hz de resolución, si hemos seleccionado la entrada del prescaler la mínima resolución que nos permite seleccionar es de 10 Hz. P3: Selecciona la entrada, en la posición 16 del LCD aparecerá una letra que indica la entrada que está seleccionada: 'U' para la entrada de UHF o prescaler, 'H' para la entrada de HF de alta impedancia de 0 a 30 MHz.; cuando está seleccionada la entrada TTL aparecerá 'T' y 'R' cuando está seleccionada la entrada del tacómetro. |
Esquema del prescaler y circuitos de entrada de señal: |
Aquí podemos ver los circuitos acondicionadores de señal para las 4 entradas del frecuencímetro. A partir de J1 que es la entrada de señal de UHF tenemos dos diodos de protección(D6 y D7) y otros dos(D8 y D9) para rectificar una pequeña parte de la señal de entrada que va a servir al frecuencímetro para indicar el nivel de esta señal, después tenemos el prescaler SDA4212 que divide la frecuencia de entrada entre 64 con lo cual nos quedará una frecuencia máxima de unos 22 MHz. que ya es lo suficientemente baja para ser medida por el microcontrolador. Al prescaler le sigue el integrado 74LS00 que contiene 4 puertas NAND que adaptan la señal de salida y la amplifica hasta el nivel TTL. Una parte de este integrado, la puerta 'D' se usa para amplificar la señal rectificada por los diodos D10 y D11 que sirve para ver en el PC la señal de los mandos a distancia por radiofrecuencia cuando el frecuencímetro está en modo analizador. J2 es la entrada de alta impedancia para frecuencias de hasta 50 MHz., D14 y D15 forman un rectificador de señal que sirve para ver en el LCD el nivel de la señal de entrada, D12 y D13 protegen el amplificador de señal formado por T5 y T6, este tiene una gran sensibilidad que se ajusta con RV2, después de estos transistores está el inversor 'F' de IC3 que adapta el nivel de la señal a TTL. J3 es la entrada para señales TTL de una frecuencia máxima de 50MHz., siguen la resistencia R37 y los diodos D16 y D17 que protegen de sobretensiones la entrada, después están los inversores 'D' y 'E' de IC3, del primero sale la señal para el modo analizador y del segundo sale para el modo frecuencímetro. Y falta la última entrada, la 4 que es para medir las R.P.M. en modo tacómetro, esta entrada está preparada para un captador óptico como el CNY70 u otro similar, el diodo emisor de este captador se alimenta a través de la resistencia R39, el amplificador operacional UA741 hace de comparador de la señal de entrada y cada vez que cae la tensión en su entrada inversora produce un impulso que sirve para que el PIC calcule las R.P.M. midiendo el tiempo que pasa entre cada uno de ellos. Para que el sensor produzca estos impulsos es necesario que la rueda cuya velocidad se va a medir tenga una parte blanca o reflectante y el resto sea nego o de un color opaco. Componentes del frecuencímetro multifunción con L/C meter
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Circuito impreso: |
Circuito impreso:
Placa de circuito impreso a doble cara, serigrafiada, acabado profesional y libre de plomo conforme a las normas RoHS, al lado tenemos la placa con todos los componentes montados excepto el display LCD que se ha retirado para poder ver los componentes que están debajo de él.
Construcción:
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1ª fase:
Primero soldaremos en la PCB los componentes más importantes del frecuencímetro, o sea los que son imprescindibles para su funcionamiento como son: El el conector de alimentación J4, el diodo de protección contra inversiones de la polaridad(D1), el estabilizador de tensión 7805(IC4), los pulsadores con las resistencias asociadas(P1 a P4 y R1 a R4), el cristal de cuarzo de 16 MHz con sus condensadores(X1, C9, C10 y VC1), el microcontrolador(IC1) con su zócalo, el LCD con su zócalo, la resistencia de iluminación del LCD, la resistencia variable de ajuste del contraste(RV1) con la resistencia que lleva en serie(R5), la resistencia de reset del microcontrolador(R6) y los condensadores de desacoplo de la alimentación(C1 a C5). Con estos componentes ya podemos conectar un alimentador de 8 a 15 V, ajustaremos el contraste con RV1 y si no hemos cometido ningún error veremos aparecer en el display el modo de funcionamiento seleccionado, con P1 y P2 podemos seleccionar los diferentes modos, con P3 seleccionamos la resolución y con P4 la entrada. Antes de seguir con el resto de componentes podemos sacar el microcontrolador del zócalo y ponerle solo cuando vayamos a hacer pruebas para evitar dañarle. |
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2ª fase:
En esta fase instalaremos los componentes necesarios para que el frecuencímetro se comunique con el PC y que adaptan los niveles de tensión del interface RS232(+12 y -12V) a los niveles los que trabaja el microcontrolador. estos componentes son los siguientes: el conector J5 que es un conector DB9 hembra, los transistores T1 y T2, las resistencias R10 a R15, el condensador C12 y los diodos D2 y D3. Cuando tengamos todos estos componentes soldados ya podremos probar la comunicación entre el PC y el frecuencímetro conenctandolos con un cable serie macho-hembra y seleccionando en el programa de control del frecuencímetro el nº del puerto serie del PC al que le hayamos conectado.
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3ª fase:
Ahora vamos a poner el circuito integrado 74HC153(IC2) que es un conmutador doble, por una parte le llega la señal de las 4 entradas que tiene el frecuencímetro, estas entradas van a los pines 3(tacómetro), 4(entrada TTL), 5(entrada HF) y 6(entrada UHF) y por la otra parte que corresponde al otro conmutador le llegan las señales de entrada cuando está en el modo analizador, estas van a los pines 10(señal de RF UHF), 11(señal del sensor de infrarrojos), y 12 señal de la entrada TTL. Estas entradas se seleccionan con los pines 2 y 14 del chip. La señal de salida del primer conmutador es el pin 7 y la del segundo el pin 9. Vamos a poner también el circuito integrado UA741(IC9) que es el que amplifica la señal del sensor CNY70 que sirve como entrada de impulsos del tacómetro, soldaremos también los componentes asociados: R39, R40 y RV3. El otro chip que pondremos en esta fase es el 74HC04(IC3) que sirve de buffer de salida de la señal PWM, buffer para la entrada de señal TTL y amplificador/comformador para la entrada de señal HF. También soldaremos el sensor de infrarrojos S1con su resistencia asociada R24 que sirven para visualizar en el PC en modo analizador la señal de los mandos de infrarrojos; los condensadores de desacoplo C6, C7, C8 y C20; las resistencias R6, R7 y R8 que forman un divisor para la medida de la tensión y por último el conector que incluye a J6, J7 y J8. En J6 podemos conectar dos puntas de prueba para medir tensiones de 0 a 25V poniendo el frecuencímetro en modo generador PWM; en J7 tenemos la salida de señal PWM que es una señal de frecuencia fija de 40KHz cuyo 'duty-cycle' o tiempo de trabajo podemos variar con las teclas P3 y P4 desde el 0 al 100%, en J8 conectaremos el sensor CNY70 del tacómetro. |
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4ª fase: En esta fase vamos a poner el 74LS00(IC6) y tiene que ser 74LS00, no puede ser 74HC00 ni 74HCT00 ya que los niveles de activación son diferentes y se perdería sensibilidad. Este chip está formado por 4 puertas NAND y sirve para adaptar y amplificar la señal de salida del prescaler SDA4212, una parte de esta señal pasa por C32, es rectificada por D10 y D11, adaptada por la puerta 'D' y sirve para ver en el PC en modo analizador la señal de los mandos a distancia por radiofrecuencia. El resto de componentes asociados a este integrado son: R27, R28, R29, R30, C30, C31, C33 y los condensadores de desacoplo C21, C22 y C23. En la serigrafía de la PCB el diodo D10 está marcado erróneamente como D11 por lo cual hay dos D11, a pesar de ello no hay posibilidad de confusión ya que los dos son del mismo tipo: 1N4148. Soldaremos también el prescaler divisor por 64 SDA4212(IC7) preferiblemente sin zócalo para evitar problemas con la radiofrecuencia y el resto de componentes adicionales: D8, D9, C25 y C26 que sirven para poder ver en el LCD el nivel de señal de RF, D6 y D7 que protegen el prescaler contra sobretensiones; C24, C27, C28 , C29 y el conector BNC J1. |
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5ª fase: En esta parte soldaremos los componentes necesarios para la entrada de alta impedancia y para la entrada TTL. En la entrada de alta impedancia estan: D14, D15, C35 y C36 que sirven para poder ver en el LCD el nivel de señal de radiofrecuencia que llega a esta entrada, D12 y D13 que protegen contra sobretensiones, T5 y T6 que amplifican la señal, RV2 que es una resistencia variable que debemos ajustar para obtener la máxima sensibilidad; 78L09(IC8) que va al lado del 7805 y sirve para alimentar esta parte del circuito; el resto de componentes son C34, C37, C38, C39, C40, C41, R31, R32, R33, R34, R35, R36 y el conector BNC J2. En la entrada TTL tenemos las resistencias R37 y R38, los diodos de protección D16 y D17 y el conector BNC J3.
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6ª fase: En esta parte instalaremos los componentes del inductámetro/capacímetro, antes de continuar deberemos corregir un error que hay en el diseño de la PCB y por el que se ha invertido la conexión de los pines 2 y 3 del circuito integrado LM311; primero podemos soldar el zócalo y después hacer 3 cortes en las pistas y soldar 3 hilos como se puede ver en la imagen . Después de corregido el error podemos soldar el resto de componentes: los condensadores de desacoplo C18 y C19; el resto de condensadores: C13 a C17, las resistencias R18 a R23; los relés RL1 y RL2, los transistores T3 y T4 con las resistencias R16 y R17 que sirven para activar los relés y seleccionar inductámetro o capacímetro y para hacer la calibración. Soldar también el conector J9 en el cual podemos poner la inductancia o el condensador a medir; en este conector los 3 pines centrales son comunes, el de arriba marcado con 'C' es para los condensadores y el de abajo marcado con 'L' es para las inductancias. Los diodos D4 y D5 de protección contra las tensiones de conmutación no son necesarios si usamos los de la referencia 176577 de Farnell o cualquier otro que lleve el diodo integrado pero debemos prestar atención y poner la muesca de los relés para abajo a pesar de que en la PCB está hacía arriba ya que sinó al conmutarlos se pone en cortocircuito la tensión de +5V. Sería conveniente pero no imprescindible usar para C14 y C15 condensadores de precisión que no varíen con la temperatura y para C16 usar un condensador de tántalo de 10uF.
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Programa de control desde el PC: con este programa podemos controlar el frecuencímetro desde el PC, o sea ver la frecuencia, cambiar de modo, configurar la F.I. y usar el modo analizador lógico de un canal. Para ver una descripción del funcionamiento del programa y del frecuencímetro podemos ir a la página del frecuencímetro multifunción ya que este tiene las mismas caracteristicas pero con la opción L/C meter y visualización del nivel de entrada.
El programa se puede descargar aquí: programa de control desde el PC
