Сделал как то себе этот крайне полезный и не заменимый прибор, из-за острой необходимости в измерении емкости и индуктивности. Обладает на удивление очень хорошей точностью измерения при этом схема довольно простая базовым компонентом которой является микроконтроллер PIC16F628A.

Схема:

Как видно, основные компоненты схемы это PIC16F628A, знакосинтезирующий дисплей (можно использовать 3 типа дисплея 16х01 16х02 08х02), линейный стабилизатор LM7805, кварцевый резонатор на 4 Мгц, реле на 5В в DIP корпусе, двух секционный переключатель (для переключения режимов измерения L или C).

Прошивки для микроконтроллера:

Печатная плата:

Файл печатной платы в формате sprint layout:

Исходная плата разведена под реле в DIP корпусе.

У меня такого не нашлось и я использовал что было, старое компактное как раз подходящее по размерам реле. В качестве танталовых конденсаторов использовал совковые танталовые. Переключатель режима измерения, выключатель питания и кнопку калибровки использовал, снятые когда то со старых совковых осциллографов.

Провода измерительные:

Должны быть как можно короче.

Во время сборки и настройки руководствовался вот этой инструкцией:

Соберите плату, установите 7 перемычек. Установите в первую очередь перемычки под PIC и под реле и две перемычки рядом с контактами для дисплея.

Используйте танталовые конденсаторы (в генераторе) — 2 шт.
10мкф.
Два конденсатора 1000пФ должны быть полиэстеровые или лучше (прим. допуск не более 1%).

Рекомендуется использовать дисплей с подсветкой (прим. ограничительный резистор 50-100Ом на схеме не указан контакты 15, 16).
Установите плату в корпус. Соединение между плату и дисплей по вашему желанию можно припаять, или сделать используя разъем. Провода вокруг переключателя L/C сделайте как можно короткими и жесткими (прим. для уменьшения «наводок» и для правильной компенсации измерений особенно для заземленного конца L).

Кварц следует использовать 4.000MHz, нельзя использовать 4.1, 4.3 и т.п.

Проверка и калибровка:

1. Проверьте установку деталей на плате.
2. Проверьте установку всех перемычек на плате.
3. Проверьте правильность установки PIC, диодов и 7805.
4. Не забудьте – «прошить» PIC до установки в LC — метр.
5. Осторожно включите питание. Если есть возможность, используйте регулируемый источник питания в первый раз. Измерять ток при увеличении напряжения. Ток должен быть не более 20мА. Образец потреблял ток 8мА. Если ничего не видно на дисплее покрутите переменный резистор регулировки контраста. На дисплее должно быть написано «Calibrating », затем C=0.0pF (или С= +/- 10пФ).
6. Подождите несколько минут («warm-up»), затем нажмите кнопку «zero» (Reset) для повторной калибровки. На дисплее должно быть написано C=0.0pF.
7. Подключите «калибровочный» конденсатор. На дисплее LC – метра увидите показания (с +/- 10% ошибкой).
8. Для увеличения показаний емкости замкните перемычку «4» см. картинку ниже (прим. 7 ножка PIC). Для уменьшения показаний емкости, замкните перемычку «3» (прим. 6 ножка PIC) см. картинку ниже. Когда значение емкости будет совпадать с «калибровочным» удалите перемычку. PIC запомнит калибровку. Вы можете повторять калибровку множество раз (до 10,000,000).
9. Если есть проблемы с измерениями, вы можете с помощью перемычек «1» и «2» проверить частоту генератора. Подсоедините перемычку «2» (прим. 8 ножка PIC) проверьте частоту «F1» генератора. Должно быть 00050000 +/- 10%. Если показания будут слишком большие (near 00065535), прибор выходит в режим «переполнение» и показывает ошибку «overflow» . Если показание слишком низкие (ниже 00040000), вы потеряете точность измерения. Подсоедините перемычку «1» (прим. 9 ножка PIC) для проверки калибровки частоты «F2». Должно быть около 71% +/- 5% от «F1» которые вы получили подсоединяя перемычку «2».
10. Для получения максимально точных показаний можно регулировать L до получения F1 около 00060000. Предпочтительней устанавливать «L» = 82 мкГн на схеме 100мкГн (вы можете не купить 82мкГн;)).
11. Если на дисплее 00000000 для F1 или F2, проверьте монтаж около переключателя L/C — это означает, что генератор не работает.
12. Функция калибровки индуктивности автоматически калибруется, когда происходит калибровка емкости. (прим. калибровка происходят в момент срабатывания реле когда замыкаются L иC в приборе).

Тестовые перемычки

1. Проверка F2
2. Проверка F1
3. Уменьшение C
4. Увеличение C

Как проводить измерения:

Режим измерения емкости:

1. Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «C»
2. Нажимаем кнопку «Zero»
3. Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «C = 0.00pF»

Режим измерения индуктивности:

1. Включаем прибор, ждем пока загрузится
2. Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «L»
3. Замыкаем измерительные провода
4. Нажимаем кнопку «Zero»
5. Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «L = 0.00uH»

Ну вроде все, вопросы и замечания оставляйте в комментариях под статьей.

Основные технические характеристики прибора:

Чувствительность в диапазоне 1 (10Гц - 50МГц) со входа А, мВ не хуже 50 Входное сопртивление в диапазоне 1, МОм 1,0+0,1 Погрешность метода измерений в диапазоне 1, Гц +1 Чувствительность в диапазоне 2 (50МГц - 1100МГц)со входа В, мВ не хуже 50 Входное сопртивление в диапазоне 2, Ом 50+1 Погрешность метода измерений в диапазоне 2, Гц +64 Минимальная измеряемая емкость, пФ 0,1 Максимальная измеряемая емкость, мкФ не менее 2 Минимальная измеряемая индуктивность, нГн 1,0 Максимальная измеряемая индуктивность, Гн не менее 3
Структурная схема прибора

В состав структурной схемы прибора входят следующие блоки:

• усилитель-формирователь частотомера диапазона 1 (10Гц - 50МГц) - Вход А;
• предварительный делитель с ограничителем частотомера диапазона 2 (50МГц - 1100МГц) - Вход В;
• LC-автогенератор для измерения емкости и индуктивности;
• коммутатор входных сигналов (DD3);
• блок управления и индикации (DD4 и H1).

Усилитель-формирователь 1-го диапазона частотомера рассмотрим подробнее, так как обычно радиолюбители не уделяют должного внимания этому ответственному узлу, и как правило ограничиваютя какскадом усиления на одном транзисторе, а в результате не получают возможности даже приблизится к промышленным измерительным приборам (Ч3-75, например). В основу схемы форирователя легла конструкция (2) в которой были заменены транзисторы дифференциального каскада, а также выходной ненасыщяющийся ключ - на каскад усилителя с ОЭ, т.к. предыдущий проявил склонность к возбуждению на частотах выше 40МГц. Формирователь состоит из входного аттенюатора R3, R4, C3, ограничителя VD3, VD4, услилителя с высоким входным сопротивлением VT1, дифференциального каскада VT3, VT4, усилителя VT6 и формирователя ТТЛ-уровня на элементах DD2.2 и DD2.5. В сток транзистора VT1 включен подстроечный резистор R9, с помощью которого балансируетя дифференциальный усилитель.

Данная схема имеет небольшую сложность, малое потребление и высокие показатели чувствительности.

Большинство микроконтроллеров PIC позволяет измерять частоту со входа T0CKI выше гарантированных производителем 50МГц, примерно до 60 - 65 МГц.

2-й диапазон частотомера представлен предварительным делителем (прескалером) Philips SA701D в типовой схеме включения делителя на 64. Наличие встроенного усилителя высокой чувствительности (5мВ на частоте 1ГГц) позволило отказаться от внешней схемы и сильно упростить конструкцию, к прочим достоинствам можно отнести малый ток потребления (6мА на частоте 1ГГц) и малые габариты. Элементы VT5, DD2.1, DD2.6, R10, R16 и R17 служат для преобразования сигнала в уровни ТТЛ.

Входное сопротивление в этом диапазоне - 50 Ом, стандарт для подобных устройств (см. например технические характеристики счетчиков частоты CUB или SCOUT M40 от Optoelectronics). Проффесиональные частотомеры (Ч3-75) имеют входное сопротивление 1МОм до 1ГГц, но в радиолюбительских условиях обычно этого не требуется, и следовательно, нерационально в данной конструкции.

Для измерения емкости и индуктивности применен частотный метод, при котором измеряемый элемент включается в контур LC-генератора, полученная частота измеряется и зная эталонный элемент L или С можно вычислить искомый по формуле определяющей частоту колебаний контура: f=1/(2*PI*SQR(L*C)).

LC-генератор собран на компараторе DA1, идея подобной конструкции принадлежит , и практически не претерпела изменений, за исключением замены компаратора LM311 на К554СА3 в корпусе DIP8 - IL311AN (производства ПО ИНТЕГРАЛ), и включении на выходе генератора буферного элемента DD2.4. Это дало возможность расширить верхний предел измерений L и C с 150мГн до 3Гн и с 1.5мкФ до 4мкФ соответственно. На оригинальном LM311 производства SGS-Thomson результаты были подобны полученным в . Так что рекомендуем применение отечественного компаратора. (Он веселее работает в режиме автогенератора:)

Элементы L1 и C4 образуют основной колебательный контур, к которому подключается измеряемый элемент: индуктивность последовательно с L1, емкость параллельно C4. Переключатели S1 и S2 выбирают режим измерений L или C, если оба переключателя отжаты, то включается режим калибровки. В этом режиме входные клеммы замыкаются между собой, и с помощью реле в контур из элементов L1, C4 подключается эталонный конденсатор C5. По результатам измерений двух частот (с С5 и без него) вычисляются истинные значения образцовых элементов с учетом конструктивных емкостей и индуктивностей всего генератора, а также температурного дрейфа параметров элементов. Вычисленные значения используются в дальнейшем для вычисления значения измеряемого параметра.

Измерением частоты и математическими вычислениями занимается микроконтроллер (PIC16C622 или PIC16F628) MICROCHIP (DD4). Измеренная частота пересчитывается по формулам в емкость или индуктивность. Математические библиотеки для вычислений с плавающей точкой взяты из . Для измерения частоты используется метод досчета , что позволяет измерять частоту до 50МГц с точностью +1Гц. Скорость счета во всех режимах - одно измерение в секунду. Тактирование микроконтроллера производится генератором с внешним кварцевым резонатором частотой 4МГц. Для повышения точности измерений рекомендуется использовать в качестве тактового опорный генератор от сотового телефона, мы использовали с частотой 14,85 МГц - как самые распространенные. При этом необходимо использовать микроконтроллер с соответствующей прошивкой для работы с новой тактовой частотой.

Режимы работы переключаются с помощью переключателей S1, S2 и кнопок S3 - S5.

• S3 - режим отображения частоты (Гц/кГц/МГц). Позволяет выбрать наиболее удобный для восприятия результат измерений. В режиме измерения "L/C" выбор предела происходит автоматически.
• S4 - режим работы прибора: измерение частоты со входа А (10Гц - 50МГц), измерение частоты со входа B (50МГц - 1000МГц), измерение "L/C" (что именно, определяется положением S1 и S2)
• S5 - принудительная калибровка устройства. Автоматическая калибровка происходит при первой смене режима работы прибора с измерения частоты на измерение L или C.

Микросхема DD3 используется для коммутации входных сигналов от разных источников на вход микроконтроллера T0CKI/RA4 (выв. 3/DD4).

Для отображения режимов работы и результатов измерений используется двухстрочный алфавитно-цифровой ЖКИ SC1602BULT (16 символов, 2 строки) SUNLIKE или совместимый с ним других фирм (DataVision, Wintek, Bolumin).

Данная модель индикатора, по числу отображаемых символов избыточна для этого применения, но ввиду массовых поставок для других потребителей имеет наименьшую цену и свободно доступна для приобретения даже на радиорынке. Эта модель имеет встроенные светодиоды подсветки, которые можно задейсвовать при питании устройтва от выносного адаптера. Резисторы R23-R24 определяют контрасность индикатора, вместо них можно установить подстроечный резистор для регулировки, но как показала практика этого не требуется. Для экономии портов микроконтроллера, задействованных для управления индикатором, используется режим в котором данные передаются полубайтами через входы DB4-DB7, неиспользуемые входы DB0-DB3 оставить свободными. Еще надо заметить, что распиновка SUNLIKE отличается от всех остальных (Wintek, Bolumin, DataVision) двумя выводами: 1-й +5В, 2-й 0В, у всех других наоборот! Почему так - неясно, надо просто запомнить.

Настройка.

При наличии образцовых или эталонных приборов настройка измерителя достаточно проста.

Работа с прибором.

При подаче питающего напряжения прибор устанавливается в режим измерения частоты со входа А. Индикация частоты - в герцах. Нажатием на S3 при необходимости выбирается режим индикации частоты.

9999999999 Гц 9999999.99 кГц 9999999.9 кГц 9999999 кГц 9999.99 МГц 9999.9 МГц 9999 МГц

Выбор режима работы осуществляется нажатием на S4. При выборе режима измерений "L/C" необходимо откалибровать прибор, о чем сообщает индикатор надписью "NO CALIBRATED". Для этого отжимают оба переключателя S1 и S2, на дисплее появляется надпись "CALIBRATION", начинается процесс калибровки. После его завершения появляется надпись "CALIBRATION ОК". Теперь можно выбрать режим измерений L или C нажатием на соответствующий переключатель S1 или S2. LC-метр имеет 3 поддиапазона для каждого измеряемого параметра с автоматическим переключением между ними.

Емкость Индуктивность 0.0 - 999.9 пФ 0 - 999 нГн 1.00 - 999.99 нФ 1.00 - 999.99 мкГн 1.00 - 999.99 мкФ 1.00 - 9999.99 мГн

Если прибор долго работает в режиме "L/C", то может понадобиться принудительная калибровка в связи уходом параметров LC-генератора. Для проведения принудительной калибровки необходимо отжать соответствующий режиму работы переключатель S1 или S2 и нажать на кнопку S5. После появления надписи "CALIBRATION ОК" нажимается переключатель S1 или S2 и продолжаются измерения.

Конструкция и детали.

Прибор смонтирован на односторонней печатной плате размерами 145x80 мм.

Внимание! На плате 6 проволочных перемычек и 3! "проводных":

Между отверстиями 13 и 14 на лицевой стороне платы;
- между выводом 11 DD4 и выводом 14 DD3 (сигнал A0);
- между выводом 12 DD4 и выводом 2 DD3 (сигнал A1);

Две последние на чертеже расположения деталей не показаны, они припаиваются непосредственно к соответствующим выводам микросхем со стороны печати. Как показала практика - без них конструкция не работает:) В устройстве использованы резисторы МЛТ-0,125, электролитические конденсаторы типа К50-35, импортные. Резисторы R1-R2 типа Р1-12-0,125 (безвыводные). Конденсаторы C6-C7 типа К10-17В (безвыводные). Конденсаторы C4 и С5 - типа К73-9 или аналогичные пленочные, со стабильными параметрами! Конденсатор C17 - подстроечный типа КТ4-23 или аналогичный. Остальные конденсаторы типа К10-17б, К10-19. Катушка индуктивности L1 - стандартный дроссель типа ДМ, ДПМ на 60мкГн. Транзистор VT1 - КП305Д, замена на такой же с другой буквой ухудшает чувствительность. VT2 - либой НЧ с коэффициентом усиления не менее 100, VT3 и VT4 - любые высокочастотные pnp, транзисторы VT5 и VT6 - любые высокочастотные npn с высоким коэффициентом усиления. Диоды VD1, VD2 - КД409А9, или аналогичные с меньшей емкостью. Диоды VD3, VD4 - КД409А1, можно применить другие ВЧ с минимальной емкостью, для сравнения - у КД522 емкость в два раза больше, соответственно чувствительность прибора будет хуже. Диод VD5 - любой импульсный. Микросхема DD2 - КР1533ТЛ2 замена на серии 1554, 1594 ухудшает чувствительность. Микросхема DD3 - КР1533КП2, КР1533КП12 замена на серии 1554, 1594 ухудшает помехоустойчивость. Компаратор DA1 - К554СА3 в корпусе DIP8 (IL311AN), замена на импортный ухудшает верхний диапазон измерений. Прескалер SA701D можно заменить на SA702D или применить любой другой с корректировкой схемы и печатной платы. Переключатели S1 - S2 типа PB-22E08 или PS580L по каталогу "Чип и Дип". Кнопки S3 - S5 типа ПКн с длиной толкателя 12 - 16мм. XS1-XS2 - гнезда СР-50-73ФВ или подобные, XS3- зажим для подключения акустических систем. Реле P1 D1A050000 ф.Cosmo (по каталогу "Чип и Дип") или аналогичное малогабаритное. Можно и самодельное:)

Частотометр, измеритель ёмкости и индуктивности – FCL-meter

Качественный и специализированный инструмент в умелых руках – залог успешной работы и удовлетворения от её результата.

В лаборатории радиолюбителя-конструктора (и в особенности коротковолновика) помимо уже “обычных” цифрового мультиметра и осциллографа находят место и более специфические измерительные приборы– генераторы сигналов, измерители АЧХ, анализаторы спектра, ВЧ мосты и т.д. Подобные приборы, как правило, приобретаются из числа списанных за относительно небольшие (по сравнению с новыми) деньги и занимают достойное место на столе конструктора. Самостоятельное их изготовление в домашних условиях практически не возможно, по крайней мере, для рядового любителя.

В то же время есть ряд приборов, самостоятельное повторение которых не только возможно, но и необходимо по причине их редкости, специфичности или же требований к габаритно-массовым показателям. Это всевозможные приставки к мультиметрам и ГИРы, испытатели и частотометры, LC -метры и прочее. Благодаря всё большей доступности программируемых компонент и PIC -микроконтроллеров в частности, а также огромному объёму информации по их использованию в Internet , самостоятельное проектирование и изготовление домашней радиолаборатории стало вполне реальным делом доступным многим.

Описываемый ниже прибор позволяет в широких пределах измерять частоты электрических колебаний, а также ёмкость и индуктивность электронных компонентов с высокой точностью. Конструкция обладает минимальными размерами, массой и энергопотреблением, что позволяет пользоваться ею при работах на крышах, опорах и в полевых условиях.

Технические характеристики:

Частотометр Измеритель LC

Напряжение питания, В: 6…15

Ток потребления, мА: 14…17 15*

Пределы измерения, в режиме:

F 1, МГц 0,01…65**

F 2, МГц 10…950

С 0,01 пФ…0,5 мкФ

L 0,001 мкГн…5 Гн

Точность измерения, в режиме:

F 1 +-1 Гц

F 2 +-64 Гц

C 0,5 %

L 2…10 %***

Период отображения, сек, 1 0,25

Чувствительность, мВ

F 1 10…25

F 2 10…100

Габариты, мм: 110х65х30

* – в режиме самокалибровки в зависимости от типа реле до 50 мА на 2 сек.

** – нижний предел может быть расширен до единиц Гц, см. ниже; верхний в зависимости от микроконтроллера до 68 МГц

Принцип работы:

В режиме частотометра прибор работает по широко известному методу измерения PIC -микроконтроллером числа колебаний в единицу времени с досчётом предварительного делителя, что и обеспечивает такие высокие показатели. В режиме F 2 подключается дополнительный внешний высокочастотный делитель на 64 (при небольшой коррекции программы возможно использование делителей с другим коэффициентом).

При измерении индуктивностей и ёмкостей прибор работает по резонансному принципу, хорошо описанному в . Вкратце. Измеряемый элемент включается в колебательный контур с известными параметрами, входящий в состав измерительного генератора. По изменению генерируёмой частоты по общеизвестной формуле f 2 =1/4 π 2 LC рассчитывается искомое значение. Для определения собственных параметров контура к нему подключается известная дополнительная емкость, по той же формуле высчитываются индуктивность контура и его емкость, включая конструктивную.

Принципиальная схема:

Электрическая схема прибора показана на рис. 1 . В схеме можно выделить следующие основные узлы: измерительный генератор на DA 1, входной усилитель режима F 1 на VT 1, входной делитель (прескалер) режима F 2– DD 1, коммутатор сигналов на DD 2, блок измерения и индикации на DD 3 и LCD , а также стабилизатор напряжения.

Измерительный генератор собран на микросхеме-компараторе LM 311. Данная схема хорошо зарекомендовала себя в качестве генератора частоты до 800 кГц, обеспечивая на выходе сигнал, близкий к меандру. Для обеспечения стабильных показаний генератор требует согласованной по сопротивлению и стабильной нагрузки.

Частотозадающими элементами генератора являются измерительная катушка L 1 и конденсатор C 1, а также коммутируемый микроконтроллером эталонный конденсатор C 2. В зависимости от режима работы L 1 подключается к клеммам XS 1 последовательно или параллельно.

С выхода генератора сигнал через развязывающий резистор R 7 поступает на коммутатор DD 2 CD 4066.

На транзисторе VT 1 собран усилитель сигнала частотометра F 1. Схема особенностей не имеет за исключением резистора R 8, необходимого для питания выносного усилителя с малой входной ёмкостью, во многом расширяющего область применения прибора. Его схема показана на рис. 2 .

При пользовании прибором без внешнего усилителя необходимо помнить, что его вход находится под напряжением 5 Вольт, и поэтому необходим развязывающий конденсатор в сигнальной цепи.

Предделитель частотометра F 2 собран по типовой для большинства подобных прескалеров схеме, лишь введены ограничительные диоды VD 3, VD 4. Необходимо заметить, что при отсутствии сигнала предделитель самовозбуждается на частотах около 800-850 МГц, что является типичным для высокочастотных делителей. Самовозбуждение пропадает с подачей на вход сигнала от источника с входным сопротивлением близким к 50 Ом. Сигнал с усилителя и прескалера поступает на DD 2.

Главная роль в приборе принадлежит микроконтроллеру DD 3 PIC 16 F 84 A . Данный микроконтроллер пользуется огромной и заслуженной популярностью у конструкторов благодаря не только хорошим техническим параметрам и небольшой цене, но и простоте в программировании и обилию различных праметров его использования как от производителя, компании MicroChip , так и всех, кто применял его в своих конструкциях. Желающим получить подробную информацию достаточно в любом поисковике Internet ’а ввести слова PIC , PIC 16 F 84 или MicroChip . Результат поиска Вам понравится.

Сигнал с DD 2 поступает на формирователь, выполненный на транзисторе VT 2. Выход формирователя непосредственно подключен к входящему в микроконтроллер триггеру Шмидта. Результат расчётов выводится на алфавитно-цифровой дисплей с интерфейсом HD 44780. Микроконтроллер тактируется частотой 4МГц, при этом его быстродействие составляет 1млн. операций в секунду. В приборе предусмотрена возможность внутрисхемного программирования посредством разъёма ISCP (in circuit serial programming ). Для этого необходимо удалить перемычку XF 1, изолировав этим цепь питания микроконтроллера от остальной схемы. Далее присоединяем программатор к разъёму и “зашиваем” программу, после чего не забываем установить перемычку. Такой способ особенно удобен при работе с микроконтроллерами в корпусе для поверхностного монтажа (SOIC ).

Управление режимами осуществляется тремя кнопочными переключателями SA 1– SA 3 и будет подробно описано ниже. Данные переключатели не только включают нужный режим, но и обесточивают не задействованные в данном режиме узлы, снижая общее энергопотребление. На транзисторе VT 3 собран ключ управления реле, подключающего эталонный конденсатор C 2.

Микросхема DA 2 является высококачественным стабилизатором 5 Вольт с низким остаточным напряжением и сигнализатором разряда питающей батареи. Эта микросхема специально разрабатывалась для использования в устройствах с низким токопотреблением и батарейным питанием. В питающей цепи установлен диод VD 7 для защиты прибора от переполюсовки. Пренебрегать им не стоит!!!

При использовании индикатора, требующего отрицательного напряжения, необходимо по схеме рис. 3 собрать источник отрицательного напряжения. Источник обеспечивает до –4 Вольт при использовании в качестве 3 VD 1, 3 VD 2 германиевых диодов или с барьером Шоттки.

Схема программатора JDM , доработанного для внутрисхемного программирования, приведена на рис. 4 . Подробнее о программировании будет сказано ниже в соответствующем разделе.

Детали и конструкция:

Большинство использованных в авторском устройстве деталей рассчитано на планарный монтаж (SMD), под них же спроектирована печатная плата. Но вместо них могут быть использованы аналогичные более доступные отечественного производства с ”обычными” выводами без ухудшения параметров прибора и с соответствующим изменением печатной платы. VT1, VT2 и 2VT2 могут быть заменены на КТ368, КТ339, КТ315 и пр. В случае с КТ315 следует ожидать небольшое падение чувствительности на на верхнем участке диапазона F1. VT3– КТ315, КТ3102. 2VT1– КП303, КП307. VD1, 2, 5, 6– КД522, 521, 503. В качестве VD3, 4 желательно применить pin-диоды с минимальной собственной ёмкостью, например КД409 и пр. но вполне можно обойтись и КД503. VD7– для уменьшения падения напряжения желательно выбрать с барьером Шоттки– 1N5819, или обычный из указанных выше.

DA1– LM311, IL311, К544СА3, предпочтение следует отдать IL311 завода «Интеграл», так как они лучше работают в необычной роли генератора . DA2– прямых аналогов не имеет, но допускается замена на обыкновенную КР142ЕН5А с соответствующим изменением схемы и отказом от сигнализации разряда батареи. Вывод 18 DD3 в таком случае необходимо оставить подтянутым к Vdd через резистор R23. DD1– выпускается множество прескалеров подобного типа, например SA701D, SA702D, совпадающий по выводам с применённым SP8704. DD2– xx4066, 74HC4066, К561КТ3. DD3– PIC16F84A прямых аналогов не имеет, обязательно наличие индекса А (с ОЗУ в 68 байт). При некоторой коррекции программы возможно использование более “продвинутого” PIC16F628A, имеющего вдвое большую память программ и быстродействие до 5 млн. операций в секунду.

В авторском приборе использован алфавитно-цифровой двустрочный по 8 символов в строке дисплей производства Siemens, требующий отрицательного напряжения в 4 вольта и поддерживающий протокол контроллера HD44780. Для такого и подобного дисплеев необходимо загружать программу FCL2x8.hex. Значительно удобнее в работе прибор с дисплеем формата 2*16. Такие индикаторы выпускаются множеством фирм, например Wintek, Bolumin, DataVision, и содержат в своём названии цифры 1602. При использовании доступного SC1602 фирмы SunLike необходимо поменять местами его выводы 1 и 2 (1–Vdd, 2–Gnd). Для таких дисплеев (2х16) используется программа FCL2x16.hex. Подобные дисплеи обычно не требуют отрицательного напряжения.

Особое внимание необходимо уделить выбору реле К1. Прежде всего, оно должно уверенно срабатывать при напряжении 4,5 вольт. Во-вторых, сопротивление замкнутых контактов (при подаче указанного напряжения) должно быть минимальным, но не более 0,5 Ом. Многие малогабаритные герконовые реле с потреблением в 5-15 мА от импортных телефонных аппаратов имеют сопротивление порядка 2-4 Ом, что недопустимо в данном случае. В авторском варианте использовано реле TIANBO TR5V.

В качестве XS1 удобно использовать акустические зажимы или линейку из 8-10 цанговых контактов (половинку панельки под м/с)

Важнейшим элементом, от качества которого зависит точность и стабильность показаний измерителя LC, является катушка L1. Она должна обладать максимальной добротностью и минимальной собственной ёмкостью. Неплохо здесь работают обыкновенные дроссели Д, ДМ, ДПМ индуктивностью 100-125 мкГн.

К конденсатору C1 требования также довольно высокие, особенно по термостабильности. Это может быть КМ5 (M47), К71-7, КСО ёмкостью 510…680 пФ.

Таким же должен быть и C2, но в пределах 820…2200 пФ.

Прибор собран на двусторонней плате размерами 72х61 мм. Фольга с верхней стороны практически полностью сохранена (см. файл FCL-meter.lay) за исключением окружения элементов контура (для уменьшения конструктивной ёмкости). Элементы SA1–SA4, VD7, ZQ1, L1, L2, K1, индикатор и пару перемычек расположены с верхней стороны платы. Длина проводников от измерительных зажимов XS1 до соответствующих контактов на печатной плате должна быть минимальна. Разъём питания XS2 установлен со стороны проводников. Плата помещена в стандартный пластмассовый корпус 110х65х30 мм. с отсеком для батареи питания типа “Крона”.

Для расширения нижней границы измерения частоты до единиц герц необходимо параллельно С7, С9 и С15 подключить электролитические конденсаторы 10 мк.

Программирование и настройка

Включать прибор с установленным, но незапрограммированым микроконтроллером не рекомендуется!!!

Начинать сборку прибора необходимо с установки элементов стабилизатора напряжения и установки подстроечным резистором R 22 напряжения 5.0 вольт на выводе 1 микросхемы DA 2. После этого можно устанавливать все остальные элементы кроме DD 3 и индикатора. Ток потребления не должен превышать 10-15 мА при различных положениях SA 1- SA 3.

Для программирования микроконтроллера можно воспользоваться разъёмом ISCP . На время программирования перемычка XF 1 удаляется (конструкция разъёма иного не допускает). Для программирования рекомендуется использовать некоммерческую программу IC - Prog , последнюю версию которой можно бесплатно загрузить с www.ic-prog.com (около 600 кбайт). В установках программатора (F 3) необходимо выбрать JDM Programmer , убрать все птички в разделе Communication и выбрать порт, к которому подключен программатор.

Прежде чем загрузить в программу одну из прошивок FCL 2 x 8. hex или FCL 2 x 16. hex , необходимо выбрать тип микроконтроллера – PIC 16 F 84 A , остальные флаги автоматически установятся после открытия файла прошивки и изменять их нежелательно. При программировании важно, чтобы общий провод компьютера не имел контакта с общим проводом программируемого устройства, иначе данные не запишутся.

Усилитель-формирователь и измерительный генератор в настройке не нуждаются. Для достижения максимальной чувствительности можно подобрать резисторы R 9 и R 14.

Дальнейшая настройка прибора проводится с установленными DD 3 и LCD в следующем порядке:

1.Ток потребления не должен превышать 20 мА в любом режиме (кроме момента срабатывания реле).

2.Резистором R 16 устанавливается желаемая контрастность изображения.

3.В режиме частотометра F 1 конденсатором С22 добиваются правильных показаний по промышленному частотометру или иным способом. Возможно использование в качестве эталонных источников частоты гибридных кварцевых генераторов от радио и сотовых телефонов (12,8МГц, 14,85Мгц и пр.) или, в крайнем случае, компьютерные 14,318МГц и др. Расположение выводов питания (5 или 3 вольт) у модулей стандартное для цифровых микросхем (7– минус и 14–плюс), сигнал снимается вывода 8. Если настройка происходит при крайнем положении ротора, то придётся подобрать и ёмкость C23.

4.Далее необходимо зайти в режим установки констант (см. ниже в разделе ”Работа с прибором”). Константа X 1 устанавливается численно равной ёмкости конденсатора С2 в пикофарадах. Константа X 2 равна 1.000 и может быть скорректирована позже при настройке измерителя индуктивности.

5.Для дальнейшей настройки необходимо иметь набор (1-3 штуки) конденсаторов и индуктивностей с известными значениями (желательна точность лучше 1%). Самокалибровка прибора должна проходить с учётом конструктивной ёмкости зажимов (см. ниже описание вариантов самокалибровки).

6.В режиме измерения ёмкости отмеряем известную ёмкость, далее номинал конденсатора делим на показания прибора, это значение будет использовано для корректировки константы X 1. Можно повторить эту операцию с другими конденсаторами и найти среднее арифметическое отношений их номиналов к показаниям. Новое значение константы X 1 равно произведению найденного выше коэффициента на “старое” её значение. Это значение необходимо записать до перехода к следующему пункту.

7.В режиме измерения индуктивности аналогично находим отношение номинала к показаниям. Найденное отношение будет новой константой X 2 и записывается в EEPROM аналогично X 1. Для настройки желательно использовать индуктивности от 1 до 100 мкГн (лучше несколько из этого диапазона и найти среднее значение). Если имеется катушка с индуктивностью в несколько десятков-сотен миллигенри с известными значениями индуктивности и собственной ёмкости, то можно проверить работу режима двойной калибровки. Показания собственной ёмкости, как правило, несколько занижены (см. выше).

Работа с прибором

Режим частотометра . Для входа в данный режим необходимо вжать SA 1 ” Lx ” и SA 2 “ Cx ”. Выбор пределов F 1/ F 2 осуществляется переключателем SA 3: отжат – F 1, вжат – F 2. С прошивкой для дисплея 2х16 символов на дисплее отображается надпись “ Frequency ” XX , XXX . xxx MHz или XXX , XXX . xx MHz . Для дисплея 2х8 соответственно “ F =” XXXXXxxx или XXXXXXxx MHz , вместо десятичной точки здесь используется символ □ над значением частоты.

Режим самокалибровки . Для измерения индуктивностей и ёмкостей прибору необходимо пройти самокалибровку. Для этого после подачи питания необходимо отжать SA 1 ” Lx ” и SA 2 ”С x ” (какой именно – подскажет надпись L или C ). После чего прибор войдёт в режим самокалибровки и отобразит “ Calibration ” или ” WAIT ”. После этого нужно сразу же вжать SA 2 ”С x ”. Сделать это нужно достаточно быстро не дожидаясь срабатывания реле. Если же пропустить последний пункт, то ёмкость клемм не будет учтена прибором и “нулевые” показания в режиме ёмкости будут 1-2 пФ. Подобная калибровка (с вжатием SA 2 ” Cx ”) позволяет учитывать емкость выносных щупов-зажимов с собственной ёмкостью до 500 pF , однако пользоваться такими щупами при измерении индуктивностей до 10 mH нельзя.

Режим “C x ” может быть выбран после калибровки нажатием на SA 2 ” Cx ”, SA 1 ” Lx ” должен быть отжат. При этом выводится “ Capacitance ” XXXX xF или “ C =” XXXX xF .

Режим ” Lx ” активизируется при нажатом SA 1 ” Lx ” и отжатом SA 2 ” Cx ”. Вход в режим двойной калибровки (для индуктивностей более 10 миллигенри) происходит при любом изменении положения SA 3 ” F 1/ F 2”, при этом помимо индуктивности отображается и собственная ёмкость катушки, что может быть очень полезно. На дисплее отображается “ Inductance ” XXXX xH или ” L =” XXXX xH . Выход из данного режима происходит автоматически при извлечении катушки из зажимов.

Возможен переход в любой последовательности между перечисленными выше режимами. Например, сначала частотометр, затем калибровка, индуктивность, ёмкость, индуктивность, калибровка (необходима, если прибор долгое время находился включеным, и параметры его генератора могли “уйти”), частотометр и т.д. При отжатии SA 1 ” Lx ” и SA 2 ” Cx ” перед входом в калибровку предусмотрена небольшая (3 секунды) пауза для исключения нежелательного входа в этот режим при простом переходе от одного режима к другому.

Режим установки констант . Данный режим необходим только при настройке прибора, поэтому вход в него предполагает подключение внешнего выключателя (или перемычки) между выводом 13 DD 3 и общим, а также двух кнопок между выводами 10, 11 DD 3 и общим проводом.

Для записи констант (см. выше) необходимо включить прибор при закороченном выключателе. На дисплее в зависимости от положения переключателя SA 3 ” F 1/ F 2” отразится “ Constant X 1” XXXX или “ Constant X 2” X . XXX . Кнопками можно изменять значение констант с шагом в один разряд. Для сохранения установленного значения необходимо изменить состояние SA 3. Для выхода из режима необходимо разомкнуть выключатель и переключить SA 3 или выключить питание. Запись в EEPROM происходит только при манипуляциях с SA 3.

Файлы прошивки и исходные тексты (. hex и. asm ): FCL -prog

Принципиальная схема в (sPlan 5.0): FCL -sch .spl

Печатная плата (Sprint Layout 3.0 R):

22.03.2005. Доработки FCL-метра
Буевский Александр, Минск.

1 . Для расширения диапазона измеряемых емкостей и индуктивностей необходимо соединить выводы 5 и 6 DA1.

2 . Доработка входных цепей микроконтроллера (см. рис.) увеличит стабильность измерения частоты. Можно также использовать аналогичные микросхемы серий 1554, 1594, ALS, АС, НС, например 74AC14 или 74HC132 с изменениями в схеме.