Moduły mierników częstotliwości i czasu FTM1-D i FTM1-DA
Schemat blokowy, opis działania i opis sygnałów na złączach.

Moduł FTM1-D (prawa część rysunku) jest zbudowany w oparciu o układy cyfrowe (dwa układy CPLD, mikrokontroler i wejściowe bufory Schmidta). Wymaga do zasilania napięcia stabilizowanego 5V. Na płytce znajduje się (nie pokazany na rysynku) stabilizator napięcia 3.3V, potrzebnego do zasilania układów CPLD i procesora

Moduł FTM1-DA posiada dodatkowo płytkę "analogową" (lewa część rysunku), zawierającą wzmacniacze, preskaler, stabilizator napięcia, wyłacznik elektroniczny i układy pomocnicze.

Sygnały na złączach
(numeracja pinów wg rysunku poniżej):

Złącza modułu FTM1-DA

Złącza modułu FTM1-D


Numeracja pinów na złaczu kołkowym
widok od strony złącza (kołków).

Złącza płytki cyfrowej
(występuje w obu typach modułów)

Złącze Con1:

Jest to złącze sterowane poziomami logicznymi. Sygnały z niego są podane do układu poprzez bramki Schmidta, których napięcie zasilania (a więc i próg przełączania) można przełączać jumperem między standardami 5V i 3.3V. Należy przy tym zwrócić uwagę, że przy ustawieniu standardu 5V poziom przełaczania z zera na jedynkę, równy w przybliżeniu połowie napięcia zasilania plus połowa przedziału histerezy, jest za wysoki dla sterowania wejść miernika z układów TTL wykonanych w technologii bipolarnej, natomiast dobrze nadają się do tego układy wykonane w technologii CMOS, a więc serie AC, HC, ACT, HCT.
Wejścia bramek Schmidta można też wysterować ze źródła sygnału analogowego. Należy wtedy przesunąć poziom zera tak, by odpowiadał połowie napięcia zasilania bramek i zapewnić, by wartość międzyszczytowa sygnału była większa od zakresu histerezy, a mniejsza od napięcia zasilania (por. rys.).

Na złącze Con1 wyprowadzono następujące sygnały:

"+5V" (pin 1 i 3) - Do tych końcówek złącza doprowadza się napięcie stabilizowane +5V, jeżeli moduł pracuje bez części analogowej (FTM1-D). Przy zasilaniu poprzez część analogową (FTM1-DA) można pobierać z nich zasilanie +5V dla innych układów urządzenia, w którym moduł jest wykorzystywany - będą one wtedy włączane razem z modułem za pomocą przycisku Btn1. Wydajność prądowa jest ograniczona głównie przez nagrzewanie się stabilizatora na płytce analogowej, zależy zatem od spadku napięcia na tym stabilizatorze i od skuteczności chłodzenia. Przy zapewnieniu swobodnego opływu powietrza wokół stabilizatora należy tak dobierać parametry zasilania, by moc wydzielana w stabilizatorze nie przekraczała 2W (w tabm=20°C), tzn. by spełniona była zależność: (Udc-5) x (Id + 0.15A) < 2, gdzie Udc jest napięciem zasilania płytki analogowej (gniazdo DC), zaś Id - prądem dodatkowo pobieranym z modułu (0,15A to prąd pobierany przez moduł). Jest to zależność szacunkowa. W konkretnej aplikacji należy przeprowadzić próby uwzględniające warunki chłodzenia wewnątrz obudowy. Niezależnie od warunków chłodzenia prąd Id nie powinien przekraczać 500 mA.

"GND" (pin 7 i 9) - masa

(Następne trzy wejścia: ExtStart, ExtStop i ExtStop\ są aktywne wówczas, gdy wybrane jest zewnętrzne źródło sygnału, tzn. gdy pin 4 złącza Con2 (Sel.ext.sig) jest w stanie niskim.)
"Ext. start" (pin 2) - Przy pomiarach częstotliwości - wejście sygnału. Przy pomiarach czasu - narastające zbocze na ExtStart rozpoczyna zliczanie.
"Ext. stop" (pin 4) - Przy pomiarach czasu zbocze (narastające lub opadające - por. pin ExtStop\ poniżej) na ExtStart kończy zliczanie i powoduje przepisanie wyniku na wyświetlacz.
"Ext. stop\" (pin 6) - Wybór zbocza na ExtStop kończącego pomiar czasu (1-zb. narastające, 0-opadające)


Przy pomiarach czasu można zatem zastosować różne konfiguracje wejść:
1. ExtStart i ExtStop niepołączone - pomiar odstępu między zboczami na dwóch oddzielnych liniach
2. ExtStart połączone z ExtStop, ExtStop\=1 - pomiar okresu (czas pomiędzy kolejnymi zboczami narastającymi)
3. ExtStart połączone z ExtStop, ExtStop\=0 - pomiar czasu trwania impulsu dodatniego.

"Ext.ref" (pin 10) - Wejście zewnętrznego sygnału odniesienia 10 MHz, aktywne gdy pin 6 złącza Con2 (Sel.ext.ref) jest w stanie niskim.

"Sw1", "Sw2" (piny 6 i 5) - Piny te są połaczone z przyciskami sterowania Sw1 i Sw2. Można je wykorzystać do sterowania modułu przyciskami innymi, niż zamontowane na płytce mikroprzełaczniki lub też w celu wyprowadzenia do innych bloków urządzenia sygnałów sterujących z mikroprzełaczników, o ile jest to potrzebne.


Złącze Con2:

Jest to złacze konfiguracyjne. Sygnały są uaktywniane stanem niskim za pomocą jumperów (wszystkie piny nieparzyste są w tym celu połaczone z masą), lub przez zewnętrzny układ sterujący. Układ ten może pracować w standardzie 3.3V, 5V lub Open Collector.

Sygnały na złączu Con2:

"Sel.mic." (pin 2)
"Sel.ext.sig." (pin 4) - sygnały te służą do wyboru źródła sygnału mierzonego wg. tabeli:

Sel.mic.

Sel. ext. sig.

Źródło sygnału wejściowego
H H Wejście B (pin 2) złącza Con3 dla zakresów do 100 MHz
Wejście A (pin 6) złącza Con3 dla zakresów do 1 GHz
L H Wejście C (pin 4) złącza Con3
H L Wejścia Ext.start, Ext.stop i Ext.stop\ złacza Con1
L L Nieokreślone
Tab.1. Wybór wejścia w zależności od stanu wejść Sel.mic i Sel.ext.sig. oraz zakresu miernika.

"Sel.ext.ref." (pin 6) - Stan niski powoduje wybranie jako sygnału odniesienia przebiegu doprowadzonego do wejścia Ext. ref. (pin 10) złącza Con1 Sygnał ten powinien mieć częstotliwość 10 MHz.

(Przy podaniu stanu niskiego na pin 4-Sel.ext.sig lub 6-Sel.ext.ref. na wyświetlaczu pokazuje się napis informujący o wejściu w tryb sterowania sygnałami zewnętrznymi, ponieważ wejścia ExtStart, ExtStop, ExtStop\ i ExtRef są domyslnie przeznaczone do wyprowadzenia na gniazdo sterowania zewnętrznego. Oczywiście można je także wykorzystać inaczej.)

"FxA1+B1" (pin 8)
"FxA2+B2" (pin 10) - wejścia wyboru stałych dla operacji arytmetycznych wg tabeli:

FxA1+B1
(pin 8)

FxA1+B2
(pin 10)

Zależność między częstotliwością wyświetlaną, a wejściową.

A i B są stałymi zapisanymi w pamięci EEPROM, przy czym:
A jest w postaci A=Licznik(1..256)/Mianownik(1..256)
B jest z zakresu do -9999999999Hz do +9999999999Hz

Znacznik*
H H Fdisp = Fin

L H Fdisp = Fin x A1 + B1

H L Fdisp = Fin x A2 + B2

L L

? (do wykorzystania w przyszłych wersjach)

Tab2. Wybór stałych do operacji arytmetycznych

* Znacznik - migający znak z prawiej strony wyniku. Spełnia on dwie funkcje:


Złącze Con3:

W module FTM1-DA złącze to służy do połączenia części analogowej i cyfrowej. W module FTM1-D można je wykorzystać jako wejście sygnałów cyfrowych (lub analogowych o odpowiednio dobranej amplitudzie i składowej stałej) - odnoszą się tu te same uwagi, co do złącza Con1, z tym, że bufory złącza Con3 są zasilane napięciem Vcc=5V, bez możliwości przełączania. Należy też uważać na inne, niż w złączu Con1 rozmieszczenie masy i napięcia zasilającego.

Sygnały na złączu Con3:

"+5V" (pin 7 i 9) - napięcie zasilania
"GND" (pin1, 3 i 5) - masa

"A - presc" (pin 6) - Wejście przeznaczone do sterowania z preskalera. Jeżeli jest ono wybrane, miernik mnoży odczyt przez 64.
"B - 100MHz" (pin 2)- Wejście przeznaczone do podłączenia sygnałów z zakresu 1Hz - 100MHz
"C - Mic" (pin 4) - wejście dla sygnałów m.cz
Wybór aktywnego wejścia dokonywany jest zgodnie z tabelą
Tab.1.

"Presc.Pwr" - Sygnał wyłączający napięcie zasilania preskalera na zakresach, które go nie wykorzystują.


Złącze Con4:

Jest to złącze międzypłytkowe, na które wyprowadzono następujące sygnały: (złącze jednorzędowe, numeracja od lewej patrząc od strony kołków)

"Btn1" (pin1) - Załączenie wyłącznika elektronicznego przyciskiem Btn1
"AIn1" (pin 2) - Wejście komparatora służącego do wykrywania niskiego stanu baterii zasilającej.
"AIn0" (pin 3) - Wejście komparatora służącego do wykrywania niskiego stanu baterii zasilającej.
"On" (pin 4) - Sygnał podtrzymujący wyłacznik elektroniczny w stanie właczonym (stan aktywny - niski)

Jeżeli napięcie na AIn0 jest mniejsze od napięcia na AIn1, moduł wyświetla komunikat o niskim stanie baterii po załaczeniu zasilania i po każdorazowym ustawieniu zakresu.
W module FTM1-DA napięcia te są pobierane z dzielników rezystancyjnych na płytce analogowej.
W przypadku modułu FTM1-D, który nie posiada płytki analogowej, istnieją dwie możliwości:

Złącza płytki analogowej
(występuje tylko w module FTM1-DA)

Na płytce analogowej zamontowane są:

- Złącza Con3 i Con4 służące do połaczenia z płytka cyfrową poprzez jej złącza o takich samych oznaczeniach.

- Złącza analogowe (por. zdjęcie). Zostały one zdublowane. Złącza górne (ozn. handlowe NS25) służą do podłączenia przewodów, natomiast złącza dolne (niskoprofilowe złacza kołkowe) umożliwiają wygodne łaczenie modułu np. z płytą główną urządzenia poprzez standardowe złacza kołkowe, kątowe (oznaczenie handl. np. molex 90121). Innym ich zastosowaniem jest połączenie gniazd Ain i Bin podczas pracy w trybie automatycznym, co pozwala na pokrycie pełnego zakresu 1Hz-1GHz bez dokonywania przełączeń. Na zdjęciu jest widoczna zwora łącząca w.w. wejścia.

Wejście A ("AIn"): (70 MHz-1GHz, 100mV-1,5V rms, Zwe zależna od częstotliwości, od ok. 500 omów(70MHz) do ok. 30 omów(1GHz))
Sygnał z tego złącza podawany jest na wejście preskalera dzielącego przez 64. Gdy miernik pracuje na jednym z zakresów wykorzystujących preskaler, wskazanie jest automatycznie mnożone przez 64 (niezależnie od operacji artymetycznychzwiązanych z zapisanymi w EEPROM-ie stałymi)

Wejście B ("BIn"): (1Hz-100MHz, 100mV-5Vrms, Zwe ok. 1M/10pF)
Jest to podstawowe wejście miernika na zakresach poniżej 100 MHz. Ze względu na impedancję wejściową zbliżoną do impedancji typowego wejścia oscyloskopu, przy pracy z sygnałami o amplitudach większych od ok. 1V, można podłaczyć do wejścia B sondę oscyloskopową np. 1:10, przy czym jej dokładne dopasowanie i kompensacja nie mają tu większego znaczenia.

Przy pracy w trybach automatycznego wyboru zakresu, wejścia A i B można łączyć, co pozwala pokryć zakres 1Hz-1GHz bez dokonywania jakichkolwiek przełaczeń w module. Płytka analogowa zapewnia przy tym wyłączenie zasilania preskalera na zakresach nie wykorzystujących go, a także gdy na wejście B jest podany przebieg o częstotliwości poniżej kilkunastu MHz. Służą do tego uwidocznione na schemacie: filtr dolnoprzepustowy i detektor.

Wejście C ("CIn"): (20Hz-16 kHz, 1mV-1V rms, Rwe ok.5 kiloomów)
Wejście to jest przeznaczone głównie do pomiaru sygnałów akustycznych. Często zawierają one wższe harmoniczne o znacznych amplitudach, tak, że w ciągu jednego okresu następuje więcej niż jedno przejście przez zero (por. rys. obok będący rzeczywistym oscylogramem drgań struny gitarowej). Z tego względu zastosowanie jedynie wzmocnienia sygnału prowadziłoby do fałszywych odczytów. Dlatego wzmacniacz dla zakresu akustycznego realizuje następujące funkcje

Oczywiście zastosowane środki są skuteczne jedynie do pewnego poziomu amplitudy harmonicznych.

Do wejścia C doprowadzono poprzez rezystor składową stałą, tak, że można do niego podłączyć bezpośrednio mikrofon elektretowy, np. od komputera.

Wejście napięcia zasilania ("DC"): (5V-9V, warunkowo do 14V - patrz niżej)
Zasilacz modułu zawiera:

Jumpery

Jp1 - Jumper na płytce cyfrowej, oznaczony "LED", służy do wyłaczenia podświetlania wyświetlacza LCD. Można to zrobić dla oszczędności energii, tylko w przypadku modułu z wyswietlaczem żółtozielonym. Wyświetlacz niebieski negatywowy musi pracować z podświetleniem.

Jp2 - Jumper na płytce analogowej, służy do odłączenia układu od wyjścia stabilizatora +5V. W wypadku, gdy moduł FTM1-DA ma być zasilany napięciem stabilizowanym 5V poprzez złacze Con1, należy usunąć ten jumper aby uniknąć wpływania prądu do stabilizatora od strony wyjścia.