Существует несколько методов построения частотомеров, наиболее простой из которых — метод прямого счета, который заключается в подсчете числа периодов измеряемого сигнала за установленный промежуток времени. Для измерения частоты с точностью 1 Гц этот временной промежуток должен быть равен одной секунде.
Если из входного сигнала сформировать последовательность импульсов, фронты которых совпадают с моментами перехода входного сигнала через нулевой уровень, и подсчитать их число, то при той же точности измерительный временной интервал можно сократить в два раза. Однако время измерения и при этом будет значительным.
В тоже время в некоторых случаях требуется как точное измерение частоты, так и менее точное, но значительно более быстрое, что наиболее просто сделать, если ввести переключатель, уменьшающий величину временного интервала в режиме грубо в десять раз (точность измерения, при этом, будет 10 Гц).
Однако простое уменьшение временного интервала приводит к тому, что отображаемое на цифровом табло значение измеряемой частоты сдвигается вправо на один разряд, затрудняя считывание информации. Для устранения этого недостатка необходимо в режиме грубо гасить младший разряд и подавать измеряемый сигнал на вход счетчика второго разряда, что также можно сделать при помощи другой секций переключателя "грубо-точно".
Принципиальная схема частотомера, построенного по такому принципу показана на рисунке.
Принцип работы частотомера.Частотомер измеряет частоту до 1 МГц. Амплитуда входного сигнала от 0,5В до 15В. Точность измерения, время измерения и время индикации для режима грубо — 10 Гц, 0,05 сек. и 0,2 сек., в режиме "точно" — 1 Гц, 0,5 сек. и 2 сек. соответственно.
Входной сигнал поступает на формирователь импульсов на компараторе А1, представляющий собой триггер Шмидтта. Цепь его ПОС образована резисторами R2 и R4. Сформированная последовательность импульсов с его выхода поступает через инверторы D1.1 и D1.2, обеспечивающие необходимую крутизну фронтов и спадов импульсов, на удвоитель частоты на элементе D3.1. С выхода этого элемента последовательность коротких положительных импульсов удвоенной частоты поступает на вход ключевого устройства на элементе D1.3.
Формирователь измерительных интервалов состоит из кварцевого генератора частоты 100 кГц на микросхеме D2 и набора счетчиков-делителей D4-D9, два из которых (D6 и D8) делят частоту на пять, а остальные на 10. Переключение режимов грубо и точно производится трехсекционным переключателем S1, показанным на схеме в положении точно.
В режиме - точно на вход D6 импульсы поступают с выхода D5 и на выходе D9 формируются импульсы длительностью 0,5 секунды, следующих с частотой повторения 0,4 Гц. При этом поступает питание на индикатор Н1 младшего разряда (через S1.2), а на второй разряд (D11) импульсы поступают с выхода D10 (через S 1.3).
В режиме - грубо на вход D6 импульсы поступают с выхода D4 минуя счетчик D6. И на выходе D9 формируются импульсы длительностью 0,05 Гц следующие с частотой 4 Гц. При этом секция S1.2 гасит индикатор младшего разряда, а секция S1.3 исключает из процесса измерения счетчик D10 младшего разряда.
Импульсы с выхода D9 поступают на второй вход D1.3 и управляют прохождением измеряемого сигнала на вход шестиразрядного счетчика на D10-D15. В тоже время импульсы с выхода D9 поступают на формирователь коротких импульсов обнуления на элементах D3.3, D1.4, D3.4. На выходе D3.4 перед началом каждого цикла измерения появляются короткие импульсы, обнуляющие счетчики D10-D15. Транзисторный ключ VT1 гасит индикаторы во время измерительного периода.
В частотомере используются индикаторы АЛ304Г, но можно использовать любые другие семисегментные светодиодные индикаторы, например АЛС324Б, АЛС333Б, или другие с общим анодом.
Цифровые микросхемы питаются напряжением 9В, плюс поступает на их выводы 14, а минус — на 7.
