Цифровой измеритель частоты импульса

December 24, 2010 by admin Комментировать »

Самый распространенный способ измерения частоты пульса (ЧП) – путем подсчета количества ударов за определенный промежуток време­ни. Однако этот способ не подходит в условиях, когда необходим опера­тивный контроль ЧП, например при занятиях спортом.

Ранее публиковались описания измерителей ЧП с применением редких и дорогостоящих ЦАПов и аналоговым видом индикации. Я со­мневаюсь, чтобы кто-нибудь решился, например, во время кросса тас­кать с собой большой микроамперметр (маленький нельзя – низкая точность и дрожит стрелка) и кучу батареек (для двухполярного питания).

Существует мнение, что "цифровой способ индикации требует услож­нения схемы", но если вспомнить, что существуют микросхемы ПЗУ, в которые можно попросту "записать" всю таблицу соответствия "число импульсов – частота пульса", то окажется, что цифровой способ тре­бует упрощения схемы.

Схема такого измерителя ЧП приведена на рис. 1. Входной каскад выполнен на компараторе DA1, поэтому он имеет довольно высокую чув­ствительность. Схема рассчитана на работу совместно с электродина­мическим или пьезоэлектрическим датчиками (в последнем случае па­раллельно датчику следует подключить резистор на 10… 100 Ом). С вы­хода компаратора сигнал поступает на одновибратор, выполненный на элементах DD5.1 и DD5.2. Применение одновибратора необходимо из-за особенностей функционирования сердца. На рис. 2 приведен фрагмент из самой настоящей электрокардиограммы вполне здорового человека.

Рис. 2. Фрагмент электрокардиограммы


Видно, что в промежутке между ударами пульса (Тп – сокращение желу­дочков) находится еще один импульс (сокращение предсердий) с мень­шей амплитудой, однако достаточной для срабатывания компаратора. Если же применить одновибратор, то схема попросту "пропустит" этот импульс (а без него – будет измерять или ТИМП1 или ТИМП2). Так как при увеличении ЧП уменьшается Тп> то для нормальной работы устройства следует также уменьшать длительность импульса одновибратора (умень­шая сопротивление резистора R10).

Кварцевый генератор и делитель частоты собран на микросхеме DD1. С вывода 4 счетчика DD1.2 частота 1024 Гц поступает на вход DD2, а с его выходов – на вход регистра памяти DD3. По сигналам одновибра­тора сначала записывается информация в регистр, и только потом – сти­рается в счетчике. К выходу регистра подключено ПЗУ DD4, которое управляет индикаторами. Для упрощения схемы применена динамичес­кая индикация (на выводе 1 DD1.1 частота 64 Гц), но из-за этого в два раза снижается точность измерения.

Микросхема DD4 подключена к питанию несколько необычно: толь­ко через вход программирования (вывод 22). В таком режиме работос­пособность большинства микросхем полностью сохраняется, при этом несколько уменьшается потребляемый ток (62 мА против 93 мА). При питании от батарей (4,5 В) экономия 30 мА – это немало.

Из-за ограниченного числа разрядов индикатора пришлось пойти на небольшую хитрость. Так, если на индикаторе число "57", то это зна­чит, что ЧП равна 56,75…57,25, а если "57" – 57,25…57,75.

Карта программирования ПЗУ приведена в табл. 1. Так как в ис­ходном состоянии в микросхеме КР556РТ5 записаны "единицы", то ин­формация в таблице – в инверсном виде. Так, при записи кода "47′ логи­ческий "0" нужно записать по выводам 9,10,11,16 микросхемы. Сигнал на выводе 17 ПЗУ высвечивает или единицу в старшем, или запятую в младшем разрядах.

Налаживание

Для уменьшения чувствительности компаратора следует припаять резистор между выводами 4 и 9 DA1. Если счетчик DD2 не будет "обну­ляться" в старших разрядах на выводах 1,2,3, следует уменьшить сопротивление R7, а если не будет записываться информация в ре­гистр (на индикаторе "1 -1" при исправной DD2), следует увеличить ем­кость С4 и, если и это не поможет, увеличить емкость СЗ или сопро­тивление R7. Если на индикаторе число "1 -", значит ЧП выше 199 или ниже 30 ударов в минуту. Если цифра измерителя отличается от реаль-

 

Выводы

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

2

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

3

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

Выводы

4

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

23

8

7

6

5

Адрес

 

 

0

0

О

О

О

0000

82

82

82

82

82

82

82

82

82

8Z

82

82

82

82

8Z

82

0

0

0

0

1

0010

6B

6B

6B

6B

6B

6B

6B

6B

6B

6B

6B

6B

0

0

О

1

0

0020

85

85

85

FD

FD

FD

FD

6F

85

FD

85

FD

FD

6F

FD

6F

0

0

О

1

1

0030

47

2F

2F

2F

2F

ZF

2F

2F

2F

ZF

2F

2F

2F

2F

2F

2F

0

0

1

О

О

0040

82

82

82

82

82

8Z

82

82

82

82

8Z

82

82

62

82

82

0

0

1

О

1

00S0

6B

47

47

47

6B

6B

6B

6B

6B

C7

C7

C7

0

0

1

1

0

0060

6F

6F

6F

7F

7F

7F

7F

7F

6F

*

7F

6F

7F

7F

7F

7F

7F

0

0

1

t

1

0070

2F

2F

2F

2F

2F

2F

2F

2F

2F

ZF

ZF

2F

2F

2F

2F

2F

0

1

О

0

0

0080

82

82

82

FF

FF

E5

E5

FB

82

FF

8Z

FF

FF

FB

E5

FB

0

1

О

О

1

0090

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

0

1

О

1

0

ООАО

65

65

65

65

65

65

65

7B

65

65

65

65

65

65

65

7B

0

1

О

1

1

ООВО

2F

2F

2F

2F

2F

2F

2F

2F

ZF

2F

2F

2F

2F

2F

2F

2F

0

1

1

О

О

оосо

ЕВ

С7

ЕВ

AF

AF

BE

AF

BE

EB

C7

C7

AF

AF

BE

BE

BE

0

1

1

О

1

0000

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

47

0

1

1

1

0

ООЕО

7B

7B

7B

7B

7B

7B

7B

7B

7B

7B

7B

7B

7B

0

1

1

1

1

OOFO

2F

ZF

2F

2F

2F

ZF

2F

ZF

2F

2F

2F

2F

2F

2F

2F

ZF

1

0

О

О

О

0100

07

02

02

02

OZ

02

02

OZ

02

02

02

OZ

02

02

02

02

1

0

О

О

1

0110

FF

Е5

FF

65

7B

C7

6B

AF

6F

ES

7F

FB

EB

47

6B

2F

1

О

О

1

О

01Z0

7F

85

С7

7F

6B

7D

BE

65

FB

EF

2F

FB

47

FF

05

7B

1

0

О

1

1

0130

7D

6F

EF

FF

7F

E5

7F

65

EF

6F

6F

FF

7F

65

E5

65

1

0

1

0

О

0140

02

02

02

02

OZ

02

02

OZ

02

02

02

OZ

02

02

02

02

1

О

1

О

1

0150

2F

85

ЗЕ

05

FD

6F

EF

FF

BE

85

3E

05

7D

FF

6F

7F

1

О

1

1

0

0160

FD

BE

FF

FB

BE

C7

05

AF

EF

85

E5

EB

85

AF

7D

1

О

1

1

1

0170

FB

FB

ЕВ

EB

6B

6B

47

FB

7B

7B

EB

6B

C7

6B

C7

1

1

О

0

0

0180

02

02

02

65

E5

FD

FF

AF

02

EF

02

3E

ZF

65

C7

7D

1

1

О

0

1

0190

7F

FB

65

7B

EB

C7

6B

47

E5

7B

65

EB

6B

47

C7

AF

1

1

О

1

О

01А0

6F

Е5

C7

2F

FD

3E

6F

FF

EB

EB

47

BE

7D

05

FF

1

1

0

1

1

01 ВО

47

AF

47

2F

2F

BE

BE

3E

47

AF

AF

2F

2F

BE

BE

3F

1

1

1

О

0

01С0

FB

FD

EF

C7

FB

7D

3E

AF

3E

E5

65

BE

47

7F

7D

1

1

1

0

1

01 DO

AF

BE

2F

ЗЕ

85

FD

05

7D

ZF

3E

BE

85

85

FD

05

7D

1

1

1

1

О

01Е0

7F

ЕВ

65

C7

AF

85

BE

FD

E5

6B

7B

47

2F

05

3E

7D

1

1

1

1

1

01F0

ЗЕ

85

85

05

05

FD

FD

70

85

05

05

05

FD

7D

FD

7D

ной в два или более раз, следует подобрать R10. Вместо него желатель­но впаять 2…3 резистора разных номиналов (для каждого значения ЧП – свой резистор) и переключать их. Подобрать их можно с помощью секундомера и НЧ-генератора, имитирующего работу сердца (рис. 3). Генератор можно собрать на микросхеме DD1 навесным монтажом. К вы­ходу DA1 подключается светодиод HL1, а к выходу DD5.1 – HL2 (на схеме не показаны). Подключив генератор к схеме и установив частоту около 30 мерцаний светодиода HL1 в минуту, следует подобрать резистор R10 так, чтобы продолжительность горения HL2 была несколько больше, чем HL1. Частоту генератора следует увеличивать до того момента, пока про­должительность горения HL2 и не сравняются с HL1. В этот момент сле­дует отключить R10 и вместо него подключить следующий. Вместо посто­янных резисторов желательно применить переменный, но в этом случае светодиоды следует "навсегда" припаять к плате.

Рис. 3. НЧ-генератор

Микросхему DD3 желательно заменить на КР1533ИР37 (цоколевка та же); при этом можно будет вообще убрать R7, R8, С2…С4, а меж­ду выходом одновибратора и объединенными входами счетчика и регис­тра подключить конденсатор емкостью 100…200 пф: эта микросхема запоминает информацию по фронту импульса; быстродействие ТТЛ-схем на порядок (в 10 раз.) выше быстродействия МОП-схемы, поэтому ин­формация сотрется в счетчике. При применении ПЗУ с большей емкос­тью памяти (для повышения точности при ЧП > 90 ударов/мин.) счетчик К561ИЕ16 следует заменить на ИЕ20, а вместо КР1533ИРЗЗ(37) поста­вить две КР1533ТМ9.

Автор статьи -А. Колдунов.

Статья опубликована в РЛ, №4,2001 г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты