Frekvenciaszámláló az arduino használatával

Szinte minden elektronikus hobbistának szembe kell néznie egy olyan forgatókönyvvel, ahol meg kell mérnie egy óra, egy számláló vagy egy időzítő által generált jel frekvenciáját. Használhatunk oszcilloszkópot a munka elvégzésére, de nem mindenki engedheti meg magának az oszcilloszkópot. Vásárolhatunk berendezéseket a frekvencia mérésére, de ezek az eszközök költségesek és nem mindenki számára készültek. Ezt szem előtt tartva egyszerű, de hatékony frekvenciaszámlálót fogunk megtervezni az Arduino Uno és a Schmitt trigger kapu használatával.

Ez az Arduino frekvenciamérő költséghatékony és könnyen elkészíthető. Az ARDUINO UNO- t fogjuk használni a jel frekvenciájának mérésére, az UNO itt a projekt szíve.

A frekvenciamérő teszteléséhez egy dummy jelgenerátort fogunk készíteni. Ezt a látszólagos jelgenerátort egy 555 időzítő chip használatával készítik el. Az időzítő áramkör négyzethullámot generál, amelyet az UNO-nak kapunk tesztelés céljából.

Ha minden a helyén van, lesz egy Arduino frekvenciamérő és egy négyzethullámú generátor. Az Arduino más típusú hullámformák előállítására is használható, például szinusz, fűrészfog hullám stb.

Szükséges alkatrészek:

• 555 időzítő IC és 74LS14 Schmitt kiváltó kapu vagy NEM kapu.
• 1K Ω ellenállás (2 db), 100Ω ellenállás
• 100nF kondenzátor (2 db), 1000µF kondenzátor
• 16 * 2 LCD,
• 47KΩ fazék,
• Kenyérlemez és néhány csatlakozó.

Áramkör magyarázat:

Az Arduino használatával végzett frekvenciamérés kapcsolási rajzát az alábbi ábra mutatja. Az áramkör egyszerű, az Arduino-val egy LCD van összekapcsolva a jel mért frekvenciájának megjelenítéséhez. A „Wave Input” a jelgenerátor áramkörbe kerül, ahonnan a jelet tápláljuk az Arduino felé. Schmitt-kioldó kaput (IC 74LS14) használnak annak biztosítására, hogy csak téglalap alakú hullám kerüljön az Arduino-ba. A zaj szűréséhez hozzáadtunk pár kondenzátort a teljes teljesítményre. Ez a frekvenciamérő legfeljebb 1 MHz frekvenciákat képes mérni.

A jelgenerátor áramkört és a Schmitt ravaszt az alábbiakban ismertetjük.

Jelgenerátor 555 időzítő IC-vel:

Először az 555 IC alapú négyszöggenerátorról, vagy mondanom kellene az 555 Astable Multivibrator-ról. Erre az áramkörre azért van szükség, mert a frekvenciamérő használatával olyan jelnek kell rendelkeznünk, amelynek frekvenciája ismeretes számunkra. E jel nélkül soha nem fogjuk tudni megmondani a frekvenciamérő működését. Ha van egy négyzetünk, amelynek frekvenciája ismert, használhatjuk ezt a jelet az Arduino Uno frekvenciamérő tesztelésére, és bármilyen eltérés esetén a pontosság beállításához módosíthatjuk. Az 555 Timer IC- t használó jelgenerátor képe az alábbiakban látható:

Az alábbiakban egy tipikus 555-ös áramkört találunk Astable üzemmódban, amelyből levezetettük a fenti jelgenerátor áramkört.

A kimeneti jel frekvenciája az RA, RB ellenállásoktól és a C kondenzátortól függ. Az egyenlet a következő, Frekvencia (F) = 1 / (Időszak) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).

Itt az RA és az RB az ellenállás értéke, a C pedig a kapacitás értéke. Az ellenállás és a kapacitás értékek fenti egyenletbe helyezésével megkapjuk a kimeneti négyzethullám frekvenciáját.

Látható, hogy a fenti ábra RB-jét egy pot cserélje ki a jelgenerátor áramkörben; ez azért történik, hogy a jobb tesztelés érdekében változó frekvenciájú négyzethullámot kapjunk a kimeneten. Az egyszerűség kedvéért az edényt egyszerű ellenállással lehet helyettesíteni.

Schmitt kiváltó kapu:

Tudjuk, hogy az összes tesztjel nem négyzet vagy téglalap alakú hullám. Van háromszög hullámunk, foghullámunk, szinusz hullámunk és így tovább. Mivel az UNO csak a négyzet vagy a téglalap alakú hullámokat képes felismerni, szükségünk van egy eszközre, amely bármilyen jelet téglalap alakú hullámokká változtathat, ezért Schmitt Trigger Gate-t használunk. A Schmitt trigger gate egy digitális logikai kapu, amelyet aritmetikai és logikai műveletekre terveztek.

Ez a kapu biztosítja az OUTPUT-ot az INPUT feszültségszintje alapján. A Schmitt-kiváltónak THERSHOLD feszültségszintje van, amikor a kapura alkalmazott INPUT jel feszültségszintje magasabb, mint a logikai kapu THRESHOLD értéke, az OUTPUT HIGH értékre megy. Ha az INPUT feszültség jelszintje alacsonyabb, mint a THRESHOLD, akkor a kapu kimenete alacsony lesz. Általában nem külön kapjuk meg a Schmitt ravaszt, mindig van egy NEM kapunk a Schmitt ravaszt követve. A Schmitt Trigger működését itt magyarázzuk el: Schmitt Trigger Gate

74LS14 chipet fogunk használni , ebben a chipben 6 Schmitt Trigger kapu van. Ezeket a HAT kapukat belsőleg csatlakoztatják, az alábbi ábra szerint.

Az invertált Schmitt kiváltó kapu igazságtáblázata az alábbi ábrán látható, ezzel meg kell programoznunk az UNO-t a pozitív és negatív periódusok invertálására terminálain.

Most bármilyen típusú jelet táplálunk az ST kapuhoz, fordított időtartamú téglalap alakú hullámunk lesz a kimeneten, ezt a jelet tápláljuk az UNO-nak.

Arduino frekvenciaszámláló kód magyarázat:

Az arduino segítségével végzett frekvenciamérés kódja meglehetősen egyszerű és könnyen érthető. Itt elmagyarázzuk a pulseIn függvényt, amely elsősorban a frekvencia méréséért felel. Az Uno-nak van egy speciális impulzusIn funkciója , amely lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk egy adott téglalap alakú hullám pozitív állapotának vagy negatív állapotának időtartamát:

Htime = impulzusIn (8, HIGH); Ltime = impulzusIn (8, LOW);

Az adott függvény azt az időt méri, amely alatt a Magas vagy Alacsony szint van jelen az Uno PIN8-nál. Tehát egyetlen hullámciklus alatt a pozitív és a negatív szint időtartama mikroszekundumban lesz megadva. A pulseIn függvény mikro másodpercben méri az időt. Egy adott jelnél magas időnk = 10mS és alacsony időnk = 30ms (25 HZ frekvenciával). Tehát 30000 lesz tárolva egész Ltime-ben és 10000 Htime-ban. Ha összeadjuk őket, megkapjuk a ciklus időtartamát, és ennek megfordításával megkapjuk a frekvenciát.

Az Arduino használatával a teljes kód és videó ehhez a frekvenciamérőhöz alább található.