Petr Faltus OK1CFP

Čítač 0 až 1GHz (Counter DC to 1GHz)

Vysokofrekvenční čítač je nezbytnou pomůckou při jakémkoli bastlení (nebo ladění) obvodů vf techniky. Současně jsem potřeboval udat obvod předděličky SAB6456, který jsem kdysi zakoupil pro konstrukci fázového závěsu a leží mi ve skříni. Škoda jen, že jeho výroba už byla ukončena. Prvotní myšlenku měření kmitočtu výstupu předděličky jsem postupně rozšířil na čítač, který pomocí dvou pětidekádových čítačů 4534 bude schopen dosáhnout vyšší přesnosti než jiná zapojení, obdobně dostupná na Internetu, a pomocí multiplexeru 74HC151 bude schopen přepínat vstup i pro další předdělič 74HC4024 či přímý CMOS vstup.

Celá konstrukce je navržena v technologii CMOS. Potřebuji možnost mobilního provozu, to znamená minimální možný odběr a bez možnosti zálohování. Současně je technologie CMOS dostupná, levná a například proti obvodům PAL nebo GAL odpadá programování. Vše řídím jen mikroprocesorem AT89C2051 firmy Atmel, je také (relativně) dostupný, levný a programátor lze sestrojit snadno.

Schema zapojení čítače


U1 - AT89C2051 - Osmibitový mikroprocesor, 128B RAM, 2k FLASH (8-bit mikroprocessor, 128B RAM memory, 2kB FLASH memory)
U2 - 74HC4024 - Binární čítač/dělič s Schmitovým klopným obvodem na vstupu (Binary counter/divider with Schmitt trigger input)
U3 - 74HC151 - Osmivstupý multiplexor s blokováním (8-input multiplexer with output enable)
U4 - 4534 - Pětidekádový BCD čítač (5-decade BCD counter)
U5 - 4094 - Posuvný registr se sériovým vstupem a paralelním výstupem (Shift register with serial input and paralell output)
U6 - SAB6456 - Předdělič 64 nebo 256 do 1.2GHz (Predivider 64 or 256 up 1.2GHz)
U7 - 4534 - Pětidekádový BCD čítač (5-decade BCD counter)
U8 - 4094 - Posuvný registr se sériovým vstupem a paralelním výstupem (Shift register with serial input and paralell output)


J1 - Input 2 - Vstup pro signály o kmitočtech 1-90MHz (Input in range 1-90MHz)
J2 - Input 3 - Vstup vf pro signály o kmitočtech 70-1024MHz (Input RF in range 70-1024MHz)
J3 - MC1601A - Výstup pro LCD displej (Output for LCD display with HD44780)
J4 - Input 1 - Vstup CMOS pro signály o kmitočtech 0-4MHz (Input in range CMOS 0-4MHz)


S1 - Reset - tlačítko pro reset procesoru (processor reset button)
S2 - Down - infomace/změna dolů rozsahu (range info/change down)
S3 - Up - infomace/změna nahoru rozsahu (range info/change up)


Vcc - Napájecí napětí (Power Supply) - 5 voltů (5 Volt)

Nedostatek výstupních vývodů procesoru napravují dva IO 4094. Jedná se o posuvné registry se sériovým vstupem a paralelními výstupy (s pamětí). Oddělení Clock signálů znamená možnost nahrávat každý IO zvlášť dle potřeby. Většina výstupů obou 4094 ovládá LCD display s řadičem, který se prodává již jako celek. Přímo na procesor zůstávají připojeny jen periferie přímo související s měřením kmitočtu kvůli korektnosti odečtu. Kmitočet je načítáván dvojicí pětidekádových čítačů 4534. Dohromady tedy deset míst. Vstup a cestu měřeného signálu určuje multiplexer 74HC151 dle tří adresových bitů 4094. Mimo předděliče (64 nebo 256 dle Divide Mode) SAB6456 a přímého CMOS vstupu lze k měření použít i druhý předdělič 74HC4024. Jedná se o několikamístný binární dělič, vybavený na vstupu Schmitovým klopným obvodem. Dle měřeného kmitočtu lze vybrat optimální řád dělení obvodu multiplexerem k odečtu. Pro každou možnost nastavení multiplexeru i předděliče mikroprocesor pomocí Enable multiplexeru určuje správnou délku odečtu a posílá správná místa do LCD, aby výsledek souhlasil číselně i řádově. K tomu musí být pro taktování mikroprocesoru napočítán správný krystal (6.144000MHz) a jeho výrobní nepřesnost musí vykompenzovat kapacitní trimr 15pF, případně je nutno zasáhnout do zapojení kapacit 22pF a 12pF.

Pohled shora

Na návrhu rozmístění součástek na plošném spoji závisí celková náročnost výroby, oživení, provozní parametry konstrukce a lze říci, že i jeho funkčnost! Je nutno nezapomenout, o jaké kmitočty se v některých místech zapojení v mezním případě jedná a těmto věnovat zvýšenou pozornost.

The placement of parts into board is very important! There is used the high frequency via the signal wires.

Pohled zdola

Propojení vývodů by mělo být co nejkratší, ale současně co nejméně křižování. U více vodičů, které vedou vedle sebe, je nutno zachovávat rovnoběžnost. Integrované obvody CMOS jsou opatřeny ochranami proti přetížení, v případě impulzů (u takto vysokých kmitočtů se již jedná o vedení) je na vodiči nedefinovaná úroveň, která dokáže dělat divy. Čím rychlejší a složitější konstrukce, tím více se zapotíte, až bude zapojení dělat nepochopitelné věci!

The connections must be short, but don't unnecessarily crossing. There is necessity hold parallelism about several line wire, that are alongside myself. Else you can get undefined values and application will be out of operation. Very difficult to find it!

Software citac.hex - ovládací program je napsán přesně pro zapojení na předchozích třech obrázcích. Konstrukce má tři vstupy (přímo CMOS, přes 74HC4024, přes SAB6456), které jsou voleny společně s měřícími rozsahy pomocí tlačítek Up nebo Down. Zmáčknutí tlačítka informuje o rozmezí kmitočtů, které v daném rozsahů je rozumné měřit. Při delším držení je rozsah přepnut na vedlejší a stále dokola. V případě poruchy při zapnutí nebo poruchy napájení během provozu, kterou resetovací systém tvořený třemi pasívními součástkami nevykryje, lze ručně zmáčknout tlačítko reset.

Intel HEX file (citac.hex) for this Counter - the software is designed for aplication in this page only. There are three inputs (CMOS direct, via binary divider 74HC4024, via predivider SAB6456). The inputs are selected with the actual range via software. There are two buttons for range change. First use returns info about limit values for the actual range. If you want the range change, you should press the button later. About 2 seconds. If you see a error with power supply on or with power supply peak, then you can use the button Reset.

Datasheets

CMOS datasheets
Display drivers datasheets
Dividers datasheets
Microcontrollers datasheets


(c) Petr Faltus OK1CFP 4/6/2001