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再发布一款频率计的制作资料 [复制链接]

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离线淡荣生
 
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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2011-04-27
版本名称:plj-5110a/b



为方便大家diy,重发该款频率计的工程文件(包含pcb的ad格式文件),请勿用于商业用途。
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只看该作者 1楼 发表于: 2011-04-27
概 述


......“工欲善其事,必先利其器。” plj-5110a/b手持智能频率计专为ham友精心打造的高性能手持式频率测量工具。其小巧精致,功能丰富,性能可靠,是维修人员、无线爱好者测试频率及信号强度的首选工具。本频率计的具体特点如下:
• 以microchip公司8位单片机pic16f690为核心的高性能1.1ghz频率计
• 两档定时闸门(0.1秒/1秒)可选,可分别在eeprom中软件微调时间
• 时间基准采用普通型晶体振荡器(plj-5110a)/温度补偿型晶体振荡器(plj-5110b)
• 双通道测频,低通道(0分频)/高通道/(64分频)/自动通道三档可选
• 采用nokia5110图形液晶屏显示
• 信号强度8级图形模拟显示
• 电池电量4级图形模拟显示
• 信号强度/电池电压3位电压值显示可选
• 频率值显示
....最高可显示9位数字
....频率值无效零自动消隐
....无效频率值显示滤波可选
....频率值最末位消隐可选
• 闸门时间显示
• 通道模式显示
• 自动关机可选
• 液晶屏背光可选
• 充满自停的锂电恒流充电设计
• 锂电欠压关机设计
• 高感度的信号强度检测设计
• 各项设置自动保存在eeprom中,下次开机直接调用。
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离线淡荣生
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只看该作者 2楼 发表于: 2011-04-27
技术参数


1.闸门时间
....• 0.1秒
....• 1.0秒

2.测量通道
....• 低通道
......测量范围:0.1mhz~75mhz
......测量精度:±10hz      (0.1秒闸门时)
......±1hz      (1.0秒闸门时)
......低通道灵敏度:
......0.1mhz~10mhz:优于50mvpp
......10mhz~60mhz:优于50mvpp
......60mhz~75mhz:未测试
....• 高通道(64分频)
......测量范围:10mhz~1.1ghz
......测量精度:±640hz      (0.1秒闸门时)
......±64hz      (1.0秒闸门时)
......高通道灵敏度:
......10mhz~30mhz:优于100mvpp
......30mhz~60mhz:优于50mvpp
......60mhz~1.1ghz:未测试
....• 自动通道
......智能判断输入信号频率自动选择通道

3.时间基准
....• plj-5110a
......采用一只10s封装的4.000mhz普通型晶体振荡器,适合于要求不高的普通测量。
....• plj-5110b
......采用一只全尺寸4.000mhz 温度补偿型晶体振荡器(tcxo),适合于高稳定度和高精度要求的测量。

4.工作电压
....直流输入:dc 10v-16v
....电池电压:7.4v li-ion

5.工作电流
....背光启用:≤65 ma
....背光禁用:≤55 ma

6.电池能力
....工作时间≥8.5小时(测试条件:①欧能7.4v 600mah li-ion ②背光开启连续工作)

7.充电电压
....直流输入:dc 12v-16v

8.充电电流
....充电电流:125 ma,约5小时充满(测试条件:欧能7.4v 600mah li-ion)

9.显示位数
....最高9位数字显示

10.物理尺寸
....长×宽×高:70mm×47mm×21mm

11.外观接口
....rf input(测量信号输入):sma-kwe(外罗内针)
....icsp input(mcu编程接口):方口6p插座
....power input(外部电源接口):Ф3.5mm dc插座(内正外负)
....7.4v li-ion(内部电池接口):方口2p插座
....按键板接口:圆口4p插座 × 2
离线淡荣生
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只看该作者 3楼 发表于: 2011-04-27
工作原理



前置放大
....射频信号由rf input输入后分三路,其中两路进入前置宽带放大。
....低通道放大由双栅场效应管q1 bf998r和q2 c3356及外围元件组成,w1调整q2工作点改变低通道灵敏度,微弱的放大后信号进入ic3 74ac151的输入端i4待选导通。
....高通道放大由前置分频ic1 mb501和q3 c3356及外围元件组成,w2调整q3工作点改变高通道灵敏度,微弱的放大后信号进入ic3 74ac151的输入端i0待选导通。

通道选择
....由高速8选1数据选择器ic3 74ac151构成通道信号选择电路,ic3 74ac151的9脚根据来自ic2 pic16f690 11脚的电平,控制ic3 74ac151的输出脚5是输出低通道信号还是高通道信号。

mcu
•有关时基
....plj-5110a的时基由y1、c15、c16、c17构成,微调c15可校正频率,y1是4.000mhz的普通晶体,频率稳定度是±100 ppm,适用于一般场合的测量。
....plj-5110b的时基采用一只全尺寸4.000mhz 温度补偿型晶体振荡器(tcxo),频率稳定度是±2 ppm,适用于高稳定度和高精度要求的测量。

•有关闸门
....待测信号经r8进入pic16f690的17脚进行计数,闸门时间到后pic16f690 的16脚rc0由输入高阻状态变为输出,阻止17脚电平变化,t0停止对外计数,这种闸门控制方式不需专门闸门芯片,简单可靠,易于移植至其他单片机,此为本频率计设计亮点之一。

•有关计数
....对于89s51单片机来说,当定时/计数器工作于计数功能时,其最大的计数频率值不会超过时钟频率fosc的1/24,即通过t0或t1完成的频率计数器的频率小于fosc/24。因此,要想用51单片机来实现超过100mhz以上的频率计数功能,就得使用外部扩展分频电路(如74ls393、74ac4040等)来完成,这样会使得系统的电路变得复杂。
....pic单片机内部tmr0拥有预分频器,无需扩展外部电路,就可以轻松实现75mhz以下的频率计数。但这里有一个问题,就是pic单片机内部的预分频器是不可直接读写的,当闸门时间到时,如何知道预分频器里的计数值呢?设计思路是如下:当闸门时间到时,pic16f690的16脚c0由输入高阻状态变为输出状态,pic16f690的17脚停止对来自74ac151的脉冲计数,同时pic16f690的16脚c0端产生模拟脉冲信号并记录脉冲的个数n,使pic16f690的17脚t0进行计数,当t0溢出时计算ff-n,即为闸门时间到时预分频器里的计数值,无需扩展外部电路是本频率计设计亮点之二。

•有关定时
....用单片机做频率计许多设计者采用timer溢出中断的方式来定时,中断的延迟问题尚可通过改写定时器初值来补偿,但中断时单片机响应的时间有时是无法确定的,这决定中断时单片机正在执行什么样的指令,如mcs-51单片机中断系统中的中断响应时间为3~8个机器周期,补偿起来相当麻烦。本频率计不采用timer溢出中断的方式,而是采用软件延时的方法来精确计时。具体做法是:在软件延时过程中加入timer溢出检测,发现溢出软件计数器加1,timer溢出标志清零,然后继续执行延时程序直至延时时间结束,这里最关键的地方是:①执行timer溢出检测所耗的时间也包含在延时时间中;②插入timer溢出检测的时机要合适,即每次timer溢出都不能错过。采用软件延时的方法来确保定时的精准是本频率计设计的亮点之三。

背光控制
....由pic16f690的5脚控制,高电平时q4截止,背光关闭,低电平时q4导通,背光开启。

按键输入&显示输出&在线编程
....按键输入、显示输出和在线编程接口由pic16f690的13、14、15、18和19脚分时复用,节省io端口。

场强检测
....射频信号由f进入由d4、d5、c21构成的射频检波电路,检波后微弱的直流电压接入lm358的同相端5脚进行直流电压放大,输出端c的信号送入单片机的adc处理后数显电压值。lm358接成直流放大形式,放大倍数=r15/w3,调整w3可改变场强检测的灵敏度。

开关控制
•电源开关原理
....关机状态时按下on/off键,r18接地,q5的基极有电流通过而导通,经电源稳压ic5 ams1117-5v稳压后得到5v电压,整个电路得电暂时工作。ic2 pic16f690工作后6脚输出高电平,使q6导通r17接地,放开on/off键后q5的基极仍有电流通过而持续导通,开机完成。
....开机状态时长按on/off键,d6阴极接地,ic2 pic16f690 10脚检测到低电平后判断按键时长,如为长按ic2 pic16f690 6脚输出低电平,q6截止,q5的基极无电流通过关断,关机完成。
•背光开关原理
....开机状态时短按on/off键,d6阴极接地,ic2 pic16f690 10脚检测到低电平后再判断按键时长,如为短按ic2 pic16f690 5脚输出电平翻转,5脚输出高电平时q4截止,背光关闭,5脚输出低电平时q4导通,背光开启。

电池充电
....充电电压由dc12v-15v插座输入,ic6 lm317、r24、r22构成恒流电路,恒流i=1.25v/r22=1.25v/10=125ma,改变r22数值可调整充电电流,电流经d8对7.4v li-ion进行充电。r21、charge led构成充电指示电路,充电进行时led亮起。
....r25、w4、d9构成充电时电池电压取样电路,当电池充电至接近设定电压后,d9导通,ic6 lm317 的adj端电平被拉低,ic6 lm317 进入恒压状态,且lm317 vout端输出电压降低,充电电流减小,涓细电流使电池电压完全达到设定值后charge led灯灭,充电完成。
....r23、r27构成电池工作时电压取样,经单片机处理后进行电池电量模拟显示及adc数据显示。
离线淡荣生
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只看该作者 4楼 发表于: 2011-04-27
性能测试




•测量范围测试

....低通道:最低可至0.1mhz,最高可至75mhz,但大于70mhz时,通道增益减小,需输入>100 mvpp信号方可稳定显示,该通道建议测量范围为0.1mhz-60mhz。
....高通道:最低可至2mhz,但需要输入较大幅度的信号。理论上最高可至1.1ghz,因没有这么高的信号源,无法验证,该通道建议测量大于20mhz的信号。
....图1是测150mhz对讲机的信号,图2是测450mhz民用对讲机的信号。

•通道灵敏度测试

....工作室里那台高龄的ym8178 锁相信号发生器终于罢工了。不得已翻出经改装可调节输出幅度的nwt-7(图3),配合电脑当信号发生器了,再用一台同样是高龄的cos5100示波器观察频率计可靠读数时的电压峰峰值。
测试数据
....低通道..............高通道
.频率      电压vpp值.....频率      电压vpp值
15 mhz      40 mvpp      ....10 mhz      120 mvpp
20 mhz      38 mvpp      ....15 mhz      120 mvpp
25 mhz      38 mvpp      ....20 mhz      60 mvpp
30 mhz      40 mvpp      ....25 mhz      60 mvpp
35 mhz      40 mvpp      ....30 mhz      80 mvpp
40 mhz      40 mvpp      ....35 mhz      30 mvpp
45 mhz      43 mvpp      ....40 mhz      25 mvpp
50 mhz      50 mvpp      ....45 mhz      25 mvpp
55 mhz      60 mvpp      ....50 mhz      60 mvpp
60 mhz      50 mvpp      ....55 mhz      50 mvpp
65 mhz      50 mvpp            
70 mhz      100 mvpp            
75 mhz      未测试            
....以上数据测试环境简陋,仅做参考,有条件的朋友请帮忙测试。
....用无线路由的天线做频率计感应天线,c150对讲机h档发射,距2米之外的频率计能可靠显示。

•精度&稳定度测试(图4和图5)

....测试目的:不同时间基准测量频率稳定度的对比
....测试对象:plj-5110a(普通晶振) 图中左侧
..............plj-5110b(温补晶振) 图中右侧
....信 号 源:fe-5680a铷原子钟输出的10.000 000 mhz正弦波信号(fe-5680a铷原子钟拥有超高的频率精度和稳定度±0.00001ppm,比恒温晶振性能高1000倍。)
....闸   门:1.0 s            
....通   道:auto
....数据分析:plj-5110a(普通晶振)最未一位示数有少量漂移,测量10.000 000 mhz信号在2小时内的偏移量<±5 hz。plj-5110b(温补晶振)最未一位示数偶尔在“0”和“1”之间跳动。
....结   论:plj-5110a(普通晶振)已满足一般业余条件的测量要求,除非对频率要求精确到hz位才考虑选用plj-5110b(温补晶振)。
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离线淡荣生
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只看该作者 5楼 发表于: 2011-04-27
使用操作



一. 本机结构

....详见图4和图5      
 
二. 显示说明

....详见图1

电池电量4级图形模拟显示说明:
....3格电量图形      8.40v>电源电压≥7.90v            100%>电池容量≥75%
....2格电量图形      7.90v>电源电压≥7.70v             75%>电池容量≥50%
....1格电量图形      7.70v>电源电压≥7.46v             50%>电池容量≥25%
....0格电量图形      7.46v>电源电压≥7.00v             25%>电池容量≥ 5%
....注:当电源电压低于7.00v时仪器自动关机

信号强度8级图形模拟显示说明:
....信号强度8级图形模拟显示及信号强度adc数据均为定性数据,仅供参考值。

三. 操作步骤
(一)准备工作
....1. 使用前请先检查电源电压(dc 10v-16v)及极性,确认后方可将电源插头插入本仪器ф3.5mm dc插座内(内正外负)。如使用内置电池,也先检查电池电压及极性,确认后方可将电池插入本仪器的内部电池接口。
....2. 测量信号输入sma座接入测试线(有线方式)或天线(感应方式)。
....3. 仪器电源开启预热几分钟待时基稳定后再进行测量操作。

(二)开机/关机
....1. 在关机状态下长按[on/off]键2秒钟后放开,开机完成。
....2. 在开机状态下长按[on/off]键2秒钟后放开,关机完成。

(三)背光打开/关闭
....1. 背光关闭状态下短按[on/off]键,背光开启。
....2. 背光开启状态下短按[on/off]键,背光关闭。


(四)功能设置
....开机状态下长按[set]键2秒钟后放开进入功能设置菜单页面。

1.菜单结构

....详见图2和图3

2.菜单详解
(1)gate time(闸门时间)
....①0.1s(0.1秒闸门)
....0.1秒测得的脉冲数目,结果乘以10即为频率值,所以此时低通道精度为10hz,高通道时又经64分频,此时精度为640hz。
....②1.0s(1.0秒闸门)
....1秒测得的脉冲数目,即为频率值,所以此时低通道精度为1hz,高通道时又经64分频,此时精度为64hz。

(2)freq fixed(频率校正)
....当使用时基与4.000mhz相差太大,且主板上的微调电容或tcxo的频率微调整不过来时,应调整该项数据。按[+]键递增,按[-]键递减,调整范围±127。该项数字每增加1,闸门时间增加1微秒;每减少1,闸门时间增加1微秒。
....假如:测量的信号是10.000 000mhz,频率计显示10.000 032 mhz,说明闸门时间偏大,需减少闸门时间3.2微秒。按[-]键把127调整至124,按[set]键确定后自动返回主页面,此时频率应显示10.000 002 mhz,然后调整主板上的微调电容或tcxo的频率微调,使频率值显示10.000 000mhz。
....注:两档定时闸门(0.1秒/1秒)可分别在该项中进行频率校正。

(3)set range(量程设置)
....①auto(自动选择)
....选择该项设置时,程序按闸门时间间隔不断扫描高低两个通道,主页面右下角的量程标志“ch=hig”“ch=low”交替变化。有信号输入时,当频率≥60mhz时自动选择高量程,量程标志显示“ch=hig”,当频率<60mhz时自动选择低量程,量程标志显示“ch=low”。
....②select(手动选择)
....a.0.1mhz-75mhz(低量程)
....选择该项设置时,系统选中低量程通道,测量范围0.1mhz-75mhz,量程标志显示“ch=low”。
....b.10mhz-1.1ghz(高量程)
....选择该项设置时,系统选中高量程通道,测量范围10mhz-1.1ghz,量程标志显示“ch=hig”。

(4)show last(末位消隐)
....①normal(末位显示)
....显示频率值的所有位数。
....②remove(末位消隐)
....频率值的最末位数不显示,避免最后一位显示数字跳动,得到稳定的显示。

(5)auto off(自动关机)
....①on(自动关机启用)
....在5分钟内[set]键无任何操作时,系统将自动关机,达到省电的作用。
....②off(自动关机禁用)
....仪器持续开机,长时间测量某一信号时应选择该项设置。

(6)filter(显示滤波)
....①on(滤波启用)
....为避免杂乱信号引起的假象计数,程序滤除频率<3mhz的信号,主页面频率值显示0.00000 mhz。
....②off(滤波禁用)
....对频率<3mhz的信号不作限制,在测量频率<3mhz的信号时应选择该项设置。

(7)adc date(adc数据)
....①rf(射频信号电压)
....主页面adc数据位置显示射频信号电压值。
....②power(电源电压)
....主页面adc数据位置显示电源电压值。
     
(8)exit menu(退出菜单)
....退出菜单,返回主页面。

....注1. 菜单页面下各按键功能:
....[set]键:确定/设置
....[+]   键:光标下移/数字递增
....[-] 键:光标上移/数字递减
....[off]键:电源的开启/关闭或背光的开启/关闭
....注2. 各功能设置完成后自动退出菜单返回仪器工作主页面,各项设置自动保存,下次开机直接调用,无需重新设置。
....注3. 恢复出厂设置:在关机状态下首先按住[set]键不放,再按住[off]键至lcd屏背光亮起,然后先松开[off]键,再松开[set] 键,仪器即可恢复出厂设置。在仪器工作不正常时应执行此操作。

(五)测量频率
....1. 有线方式
....在rf input(测量信号输入)端口与信号测量点通过测试线连接测量频率。如本振信号的测量。
....2. 感应方式
....在rf input(测量信号输入)端口接上测试天线,对发射信号的设备感应的方式测量频率。如对讲机等无线发射设备频率的测量。
....注:测量高压、强辐射信号频率时,有线方式应串接大阻值电阻,感应方式应将频率计远离辐射信号源,以免损坏仪器。
(六)注意事项
....①当仪器显示不正常、死机等现象出现时,只要断一下电再开机即可恢复正常。
....②本机无信号直接输入时可能是非零显示,这是正常现象,不影响正常测量及准确度。
....③请勿将仪器置于高温、潮湿、多尘的环境,并应防止剧烈震动。
....④本仪器在强干扰源环境中工作时,灵敏度将相应降低。为确保测量准确,建议输入信号幅度不小于200mv。
....⑤本机出厂时已调整至最佳状态,请勿自行调整。
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离线淡荣生
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344
只看该作者 6楼 发表于: 2011-04-27
有关diy
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离线淡荣生
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344
只看该作者 7楼 发表于: 2011-04-27
以上的资料大部分已汇总在下面的手册当中,下载至硬盘方便阅读。
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离线CQforever
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1731
只看该作者 8楼 发表于: 2011-04-27
mark党
离线kingdog
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580
只看该作者 9楼 发表于: 2011-04-27
好资料啊。关注。有套件就好了。。
离线BG7IOI
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4139
只看该作者 10楼 发表于: 2011-04-27
超级喜欢!
lz能否提供pcb格式文件,下次公司要打板的时候让电路板厂顺带给我打个板
离线bg4gvy
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302
只看该作者 11楼 发表于: 2011-04-27
支持该产品开发套件 等套件出了通知一下。
离线bg6qbt
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7144
只看该作者 12楼 发表于: 2011-04-27
真漂亮啊,有提供套件吗?
离线老菜鸟
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140
只看该作者 13楼 发表于: 2011-04-27
高手呀!好人呀!!
离线西门飘雪
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只看该作者 14楼 发表于: 2011-04-27
这下市场上的nokia 5110 lcd又将要脱销。。。。。。。
离线BG7SHF
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1089
只看该作者 15楼 发表于: 2011-04-27
终于出来了
力顶淡老师,灰常漂亮

来一套
离线bd8te
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3937
只看该作者 16楼 发表于: 2011-04-27
关心套件价格
离线传播
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1507
只看该作者 17楼 发表于: 2011-04-27
相当的支持!!!!!!!
离线徐徐2009
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5980
只看该作者 18楼 发表于: 2011-04-27
那个抽屉是什么?
离线BH3NVN
发帖
324
只看该作者 19楼 发表于: 2011-04-27
做的确实不错