1.3 Выбор и обоснование принципиального конструкторского решения

       Анализ  электрической схемы

Блок-схема электронного блока цифрового измерителя представлена на рис“Блок-схема цифрового измерителя”  и содержит:

- схему формирования  импульсов с регулируемой скважностью на кварцевом фильтре Zq  и конденсаторах С1, С2 ,С3

-схему совпадения  на микросхеме DD5

-счетчик поступающих  и впоследствии измеряемых импульсов  на микросхеме DD7

-дешифратор ,преобразующий  код измерения  на микросхеме  DD4

-устройство  управления измеряемыми импульсами на элементах микросхемах  DD1, DD3.

-делитель частоты  на микросхеме DD6

-индикатор (семисегментный) на элементе  HL 1 и соединенных с ним резисторах R1-R34 и транзисторах VT 1-VT16 (Блок схема представлена на чертеже лист1 Схема электрическая структурная устройства)

рис.1 Блок –схема измерителя 

    Схема работает следующим образом. Генератор образцовых импульсов ЭСЧ собран на логических элементах DD2. Импульсы с частотой 1 МГц с его выхода подаются на декадный делитель частоты, собранный на DD6. С делителя частоты через переключатель сигналы подаются с необходимым периодом, соответствующим выбранному пределу измерения, на вход устройства управления. Оно собрано на логических элементах DD1бВВ3 . Счетные импульсы подаются на вход формирующего устройства, собранного на логических элементах фильтре Zq  и конденсаторах С1, С2 ,С3. С его выхода сформированная импульсная последовательность подается на вход схемы совпадения, собранной на DD5. Каскад VT 4 определяет время подсчета измеряемой частоты и время индикации, которое можно изменять подбором R10.

    С выхода  элемента DD4 поступают импульсы гашения индикатора в момент пересчета измеряемой частоты. Таким образом, на индикаторе появляется мигающее изображение измеряемой частоты. Причем частота мигания зависит от выбранного предела измерения. Перед каждым измерительным циклом на счетчик поступает обнуляющий импульс с вывода DD6 триггера. Счетные импульсы подаются на вход счетчика с вывода 12 элемента DD5.

    Счетчик реализован на микросхемах DD2. Подсчитанное число в двоичном коде с выхода каждого счетчика подается на вход соответствующего дешифратора DD4, который преобразует двоичный код в код для управления семисегментными индикаторами HG 1 .

    Дешифратор  собран на микросхеме DD4. В зависимости от выбранного предела измерения в соответствующем разряде загорается точка, разделяющая соответствующие десятичные разряды измеряемой частоты.

     Питание  +5v на все микросхемы подводится  к выводу с максимальным номером. С общим проводом соединяется вывод с вдвое меньшим номером. Между цепями питания необходимо включить 2...3 блокировочных конденсатора 0,01...0,1Мк. Светодиод HL1 используется в качестве стабилитрона с напряжением стабилизации около 1v. Это напряжение обеспечивает надежное запирание ключевых транзисторов. Цепь C4, R1 необходима для сброса при включении сети.

   В настоящее  время не составляет труда приобрести микроконтроллер с встроенной памятью  программ 87C51 или AT89C51. В этом случае схема существенно упрощается, в нее нужно внести следующие изменения: DD5.4 исключается, вывод 11 DD3 подключается к +5v. Между Р0.0 - Р0.7 и +5v желательно включить подтягивающие резисторы 10к, хотя, как показала практика, прибор нормально работает и без них. DD2, DD4 исключаются, DD3 тоже можно исключить, если нагрузочная способность порта достаточна для управления ключами индикатора (вакуумный индикатор). Вывод 31 DD1 отключается от "земли" и подключается к +5v.

   Программа  для работы с внешним и внутренним ПЗУ имеет некоторые отличия.

   Линии dF и F (выводы 12 и 13 DD1) подсоединяются к  двум кнопкам на замыкание без  фиксации, установленным на лицевой  панели. Вторые контакты этих кнопок подсоединяются к общему проводу. При кратковременном нажатии на кнопку dF измеритель переходит в режим измерения нестабильности частоты. При этом на индикатор выводится разность между текущим значением частоты и тем, которое было в момент перехода в этот режим. В старшем разряде индицируется знак отклонения частоты, поэтому диапазон измерения отклонения равен 10 МГц.

   При нажатии  на кнопку F прибор возвращается в режим  измерения частоты. Этот режим устанавливается  и при включении питания.

    Линия 1/10 (вывод 14 DD1) подсоединяется к свободному контакту входного разъема. Она предназначена для удобства работы при использовании внешнего СВЧ делителя на 10. На ответной части разъема распаивается перемычка между этим контактом и контактом, соединенным с общим проводом. Таким образом, при подключении внешнего делителя на 10, расширяющего диапазон измеряемых частот, эта линия соединяется с общим проводом. При этом соответствующим образом изменяется расположение десятичных точек на индикаторе. При работе без СВЧ делителя, т.е. при измерении частот до 100 МГц, этот контакт должен оставаться свободным. С внешним СВЧ делителем цена младшего разряда - 10 Герц, а верхнее значение измеряемой частоты определяется быстродействием делителя, но не может превышать 1000 МГц. Схема делителя, показанная на рисунке, имеет диапазон рабочих частот 30...400 МГц. В настоящее время цифровые измерители частоты и интервалов времени составляют наиболее многочисленную группу среди ЦИП. Они удобны в эксплуатации и отличаются высокой точностью. Современные цифровые частотомеры выполняются на полупроводниковых приборах и ИМС, что повысило их надежность по сравнению с первыми ламповыми образцами, уменьшило габариты и потребляемую мощность.

    Обычно  ЭСЧ выполняются как универсальные  приборы и позволяют помимо частоты  измерять период, временной интервал, длительность импульса, подсчет количества импульсов. В данном приборе для измерения частоты используется метод непосредственного подсчета числа импульсов за определенную единицу времени. Этот метод полразумевает наличие генератора сигнала эталонной частоты, как правило используется кварцевый генератор. Импульсы с кварцевого генератора подаются на декадный делитель частоты. С выхода делителя частоты сигналы подаются в устройство управления. Функцией устройства управления является выработка измерительного стробирующего импульса, который подается на схему совпадения в зависимости от выбранного времени измерения. Также, устройство управления вырабатывает импульсы обнуления счетчика и сигналы гашения индикатора в момент пересчета.

 (1,стр38-40;2, стр.25) (принципиальная схема на листе 2 Схема электрическая принципиальная печатного узла)