PIC-LCD - Lea

1. Johdanto
Tämä artikkeli kertoo taajuuslaskimen toimintaperiaatteesta ja sen toteutuksesta viimeisen 20
vuoden aikana. Taajuuslaskimia on tyypillisesti käytetty mittalaitteena esim. radioharrastajien
laitteissa vastaanotto- ja lähetystaajuuden indikointiin ja näin on päästy tarkempaan tulokseen
verrattuna mekaanisiin taajuusasteikkoihin. Tosin nykyisissä kaupallisissa lähetinvastaanottimissa
käytetään tyypillisesti paikallisoskillaattorina DDS:ään (Direct Digital Synthetics) perustuvaa
ratkaisua ja näytön taajuuslukema perustuukin DDS-piirille annettuun taajuusohjeeseen.
Rakenteluesimerkkinä esitellään PIC-mikroprosessorilla ja LCD-näytöllä toteutettu 7 numeron
ohjelmoitava 30 MHz:n taajuuslaskin, jonka toiminta voidaan parametroida käyttäjän tarpeen
mukaan.
2. Taajuusmittauksen periaate
Vaihtosähkön taajuus määritellään värähtelyjaksojen lukumääränä aikayksikössä. Taajuushan on
yksi hertzi, kun tapahtuu yksi värähdys yhdessä sekunnissa. Seuraavasta kaavasta voidaan todeta
että taajuuden mittaaminen on ajan mittaamisen käänteinen toimitus. 7) Taajuus saadaan ratkaistua
jakamalla mitattavan signaalin värähdysten lukumäärä tarkasteluajalla.
f (Hz) = n / t (s) f = taajuus hertzeinä
n = värähdysten lukumäärä
t = tarkasteluaika
Taajuuslaskimessa lasketaan määrämittaisena aikana (laskenta-aikaikkuna) jaksojen määrä ja
muunnetaan tulos taajuudeksi. 7 ) Hiukan tarkennettuna toimintaperiaate on yksinkertaisesti
seuraava:
1. Lasketaan kalibroidussa laskenta-aikaikkunassa mitattavasta signaalista pulssien lukumäärä.
2. Talletetaan pulssien määrä välimuistiin (latch)
3. Tulostetaan laskimen näytölle pulssiluku = taajuus välimuistista. Desimaalipisteen paikka
ohjataan valitun laskenta-aikaikkunan (= resoluution) mukaan
4. Nollataan pulssilaskurit ja aloitetaan seuraava mittausjakso (hyppy kohtaan 1…)
Esimerkki:
Laskenta-aikaikkuna on 100 ms. Mitattava taajuus on 14100.155 kHz = 14100155 jaksoa
sekunnissa. Laskenta-aikaikkuna määrää maksimi resoluution, jos esijakajaa ei käytetä
mittaussisääntulossa eli esim. 100 ms:n aikana jaksoja tulee 14100155 x 0.1 s = 1410015. Tämä
vastaa siten taajuutta 14100.15 kHz eli vähiten merkitsevä numero (5) indikoi kymmenet Hz:t. Jos
aika-ikkuna olisi 1 s, niin silloin päästäisiin 1 Hz:n resoluutioon.
Taajuuslaskimen elektroniikalla on aina maksimimittaustaajuus, jonka laskin pystyy tietyissä
olosuhteissa mittaamaan. Taajuusaluetta voidaan kasvattaa ylöspäin käyttämällä laskimen edessä
esijakajaa tai superheterodyneperiaatetta eli alassekoittamista 7) .
3. Käsitteitä
Seuraavassa muutamia käsitteitä, jotka on hyvä ymmärtää tätä artikkelia luettaessa.
3.1 Suora taajuuslaskin
Summaa mitattavia pulsseja laskenta-aikaikkunan osoittaman aikayksikön ajan ja näyttää tuloksen.
8)
5(23)