Quelltext der Seite Frequenzzählermodul

''von [http://www.mikrocontroller.net/user/show/a-za-z0-9 Axel (XL) Schwenke]''

== Einleitung ==

Dieses Projekt implementiert ein universelles Frequenzzählermodul. Es ist gedacht als Einbaumodul für Geräte wie Funktionsgeneratoren, Dipmeter, Empfänger u.ä. Ergänzt um Netzteil, Vorverstärker und evtl. Vorteiler kann das Modul auch als eigenständiger Frequenzzähler verwendet werden.

Eigenschaften:

* verwendet das Reziprokzähler-Verfahren mit konstant 6 Stellen Auflösung von <1Hz bis ca. 40MHz
* Zeitbasis von 8MHz bis 16MHz beliebig wählbar
* kompaktes Modul auf einer Platine 80x35mm im Sandwich mit einem alphanumerischen LCD
* analoge Trimmung mit Spindelpoti und/oder digitale Trimmung (fref im EEPROM)

Als Bauelemente kommen zum Einsatz: 1x ATmega8, 1x 74HC590, 1x 74HC74, alphanumerisches LCD (1x10, 1x16 oder 2x16). 

Alternativ existiert auch eine Variante mit einem 6-stelligen LED Display. Das LED Display wird an den gleichen 14 Kontakten angeschlossen wie das LCD.

Die Default-Zeitbasis ist ein [http://blog.xl-im.net/index.php?/archives/15-14.31818-MHz.html 14.318182MHz] Quarz, wie er z.B. aus alten PC-Mainboards ausgelötet werden kann. Diese Lösung reicht für eine vernünftige Genauigkeit bei Zimmertemperatur. Die 6 Stellen Auflösung sind als Kompromiß anzusehen. Prinzipiell sind mit einer kleinen Firmware-Änderung auch 7 Stellen möglich, allerdings wird dann ein TCXO oder besser noch OCXO Pflicht.

== Hardware ==

Neben der Standardbeschaltung des ATmega8 gibt es eine erste Zählstufe mit einem 74HC590 8-Bit-Binärzähler mit Gate und Tristate-Ausgängen. Eine Hälfte des 74HC74 dient als Tor-Flipflop, die zweite verlängert den Übertrags-Impuls des HC590 so daß er zum Triggern des Timer0 im AVR taugt.

Der Referenzzähler ist mit der Capture-Einheit des AVR realisiert. Was den einzelenen Zählketten an Länge fehlt, wird durch die entsprechenden Überlauf-Interrupts in Software ergänzt.

Die Spannung an Pin PC5 des AVR wird als Hardware-Trimmung verwendet. Wenn man den Pin auf GND legt (einige Versionen sehen einen Jumper dafür vor) dann ist diese Trimmung deaktiviert.

8 Pins des AVR bilden einen Datenbus, der zur Anbindung des HC590 und des LCD verwendet wird. In der LED-Version treibt der AVR direkt die Kathoden des LED-Displays.

LCD- und LED-Version unterscheiden sich nur in der Ansteuerung der Anzeige. Der Rest ist identisch. Wenn man den 74HC138 und die Anodentreiber zusammen mit den LED-Displays auf eine extra Platine packt, kann man die gleiche Basis-Platine für LCD- und LED-Version verwenden.

'''Update:''' Michael D. hat ein [http://www.mikrocontroller.net/attachment/130912/Freq-Counter-REV2.0.7z Layout ] für eine Display-Platine für die LED-Version gemacht. Diese Platine hat die gleichen Maße wie ein LC-Display und kann so "huckepack" mit der Grundplatine verwendet werden.

'''Update:''' in [http://www.mikrocontroller.net/topic/200279#2873304 diesem Diskussionsbeitrag] ist ein weiteres Layout für eine Display-Platine. Auch diese kann direkt gegen ein LC-Display getauscht werden. Achtung: diese Platine nutzt eine andere Zuordnung von Segmenten zu Portleitungen!

=== LCD-Version ===

[[Bild:avrzmlcdsch.png|center|555px]]

Den Schaltplan gibts auch als [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/4/45/Avrzmlcd.pdf PDF] und [http://www.mikrocontroller.net/attachment/95202/smd.sch Eagle Schematic]

=== LED-Version ===

[[Bild:avrzmledsch.png|center|800px]]

Schaltplan als [http://www.mikrocontroller.net/attachment/157437/schematic.pdf PDF]

== Meßverfahren ==

=== Reziprokzähler ===

(Erklärung wird nachgereicht)

=== Implementierung ===

Die Implementierung in Firmware-Versionen bis 1.7 nutzt je 24 Bit für die fref/fx Zähler. Das Tor wird für mindestens 4*1024*1024 Impulse von fref geöffnet. Mit fref=14.31MHz resultieren daraus folgende Eckpunkte:

* nominale Torzeit 293ms, aber immer eine ganze Anzahl von Perioden der Meßfrequenz
* minimale Meßfrequenz 0.854Hz
* maximale Meßfrequenz wird von der Hardware bestimmt; 40MHz sind realistisch. 64MHz wurden auch schon erreicht

Die LCD-Firmware 1.7 kann wahlweise für 7 Stellen konfiguriert werden. Entsprechend sollte die Torzeit dann auf 10*1024*1024 fref-Impulse verlängert werden, was 732ms Torzeit bzw. 1.3 Messungen pro Sekunde ergibt.

== Software ==

Die LCD-Firmware zeigt den Meßwert im Klartext mit automatisch gewählter Einheit (mHz, Hz, kHz, MHz) an. Die LCD-Firmware ab 1.5 zeigt alternativ/zusätzlich die Periodendauer in ns, µs, ms oder s an.

Die LED-Version verwendet drei Einzel-LED für Hz, kHz und MHz. Ab Version 1.6 zeigt die LED-Version wahlweise (Auswahl mit Jumper J1) auch die Periodendauer an und verwendet dann drei weitere LED für ns, µs und ms.

Die LCD-Firmware hat 3 vordefinierte Anzeigelayouts für LCD Module mit 1x10, 1x16 oder 2x16 Zeichen. Die einzeiligen Displays zeigen entweder die Frequenz oder die Periodendauer an, umgeschaltet werden kann mit dem Jumper J1. Weitere Anzeige-Layouts können einfach nachgerüstet werden ([http://www.mikrocontroller.net/topic/200279#2291231 Beispiel]).

Bei einem Überlauf des Referenz-Zählers (Signal fehlt oder Frequenz zu niedrig) wird der letzte Meßwert festgehalten und ein Unterlauf signalisiert.

Die Kalibrierung kann mit einem Spindeltrimmer vorgenommen werden. Hier ist der Einstellbereich +/- 511Hz (bezogen auf fref). Alternativ kann der Wert von fref auch digital eingestellt werden. Er steht als 32-bit little-endian Integer im EEPROM ab Adresse 0x0000. Details zur Kalibrierung finden sich in CALIBRATE.txt im Firmware-Archiv.

== Downloads ==

Firmware-Archive. Diese enthalten die Quellen, Schaltplan und diverse Zusatzinformationen.

* [http://www.mikrocontroller.net/attachment/106905/AVR-Zaehler-LED.tar.gz LED Firmware 1.0]
* [http://www.mikrocontroller.net/attachment/107718/AVR-Zaehler-V1.4.tar.gz LCD Firmware 1.4] (stabil)
* [http://www.mikrocontroller.net/attachment/117882/AVR-Zaehler-LCD-V1.5.tar.gz LCD Firmware 1.5] (mit Periodendaueranzeige)
* [http://www.mikrocontroller.net/attachment/157436/AVR-Zaehler-LED-1.6.tar.gz LED Firmware 1.6] (Periodendauer, Rundung) siehe [http://www.mikrocontroller.net/topic/200279#2873286 Release Notes]
* [http://www.mikrocontroller.net/attachment/158072/AVR-Zaehler-LCD-1.7.tar.gz LCD Firmware 1.7] (Rundung, 6 oder 7 Stellen), [http://www.mikrocontroller.net/topic/274541#2882782 Release Notes]
* [http://www.mikrocontroller.net/attachment/158084/AVR-Zaehler-LED-1.7.tar.gz LED Firmware 1.7] (Rundung), [http://www.mikrocontroller.net/topic/274541#2882811 Release Notes]

alternative Stromlaufpläne (Eagle) und Platinenlayouts finden sich [http://www.mikrocontroller.net/topic/200279 im Diskussions-Thread]. Ebenso Bilder von Aufbauten realer Module und Vorschläge für Eingangsverstärker.

Da der Thread ziemlich ubergelaufen ist und auch viel überholte Informationen enthielt, habe ich einen [http://www.mikrocontroller.net/topic/274541 neuen Thread] im Forum "Codesammlung" eröffnet.

'''Achtung:''' das Firmware-Archiv enthält auch ein Makefile. Die Entwicklungsumgebung ist Linux mit avr-gcc 4.3.3 und avr-libc 1.6.6. Es gibt Feedback, daß avr-libc 1.6.7 nicht funktioniert. Ansonsten läßt sich die Firmware auch unter Windows bauen (z.B. mit WinAVR-20090313). AVR-Studio wird jedoch nicht unterstützt.

Eine Testversion mit 32-Bit Zählumfang und 64-Bit ist nun online:
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/goto_post/2314623 32-Bit Zähler Testversion]

== ToDo Liste ==

* Erweiterung der Zählketten auf 32 Bit und Ausbau der Arithmetik auf 64 Bit; das erlaubt dann Meßfrequenzen von 3mHz bis (mit Vorteiler) mehrere GHz
* Berücksichtigung von bis zu 2 Vorteilern (über weitere Jumper)
* evtl. Berücksichtigung eines Offsets (z.B. ZF in einem Empfänger)
* Beheben der Probleme mit avr-libc 1.6.7

== Siehe auch ==

* Diskussion zu diesem Projekt: [http://www.mikrocontroller.net/topic/200279] (bitte nicht mehr benutzen!)
* neuer Thread im Forum "Codesammlung" [http://www.mikrocontroller.net/topic/274541]

[[Kategorie:AVR-Projekte]]