В технике связи, и в радиолюбительской практике, бывает необходимо измерение сигнала не только по напряжению, но и по уровню. Уровни сигналов измеряются в логарифмических единицах – дециБеллах (дБ=20Lg(Uвых./Uвх.)  для напряжения и тока, и =10 Lg(Uвых./Uвх.) для мощности.)    (Ранее применялись Неперы. 1Нп=Ln(Uвых./Uвх.)).   Для измерения абсолютных уровней используются начальные значения  Р=1мВт, U=775мВ, I=129 мА на нагрузке R=600 Ом.

Предлагаемый прибор позволяет измерять высокочастотные сигналы переменного тока с выводом на индикатор значений напряжения в В., уровня в дБ. и частоты в Гц. 

Диапазон измерения напряжения: 0-50 В, точность в диапазоне 0-5В равна (5000/1024) примерно 5 мВ. В диапазоне 5-50 В точность примерно 50 мВ. Максимальная измеряемая частота зависит от типа применяемых диодов в в/ч головке. При использовании измерительной головки, описанной в журнале Радио №1 2008 г. стр.61 «ВЧ вольтметр на диоде Шотки», автор статьи проводил измерения на частотах до 30 МГц.

Измеренное значение напряжения пересчитывается  программой в уровни, по формуле дБ=20Lg(0,775В/Uизм.) и выводится на индикатор вслед за значением напряжения.

Измерение частоты производится с точность 1 Гц, максимально возможная измеряемая частота теоретически ограничена частотой кварцевого резонатора и не может превышать половины его значения. При использовании кварца 20 МГц, возможно измерение частоты до 10 МГц. 

Устройство собрано на микроконтроллере ATmega48, имеющем 4 кБ программной памяти и такто-вую частоту до 20 Мгц.

 В качестве индикатора используется  двухстрочный индикатор фирмы Winstar с 16 символами в каждой строке Win1602.

Формирователь для частотомера и измерительная в/ч головка взяты из описанных в технической литературе источников. Примеры находятся в папке «Схемы/Дополнительно».

Принцип действия прибора.

На вход АЦП(0), (PortC0, pin 23), поступает постоянное напряжение от в/ч головки. Ко входу АЦП подключены защитные диоды и делитель напряжения. При входном напряжении менее 5В, делитель отклю-чен, при превышении 5В он включается (1:10) контактом реле, в результате напряжение на входе АЦП не превышает 5В, а измеренное значение умножается на 10.

Опорное напряжение АЦП равно напряжению питания контроллера (5В), входы AVcc, AREF поключены через сглаживающий фильтр из дросселя 100 мкГн и конденсаторов 0,1 мкф.

На вход таймера Т0, (PortD4, pin 6), приходит сигнал от формирователя частотомера, представляю-щий собой, прямоугольные импульсы размахом, близким к 5В. (Этот же сигнал поступает на вход захвата таймера Т1, в данной схеме это не используется, но оставлено для перспективы измерения частоты с точно-стью до сотых долей Герца. Пока протеусная версия не дает нужных результатов, а в железе не собиралось. Для практики точности в 1 Гц достаточно, но для возможности довести до желаемого результата цепь оставлена.) 

Аналоговая и цифровая земля разделены, для обеспечения большей точности АЦП, и соединяются вместе в одной точке резистором R9, имеющем сопротивление 0 Ом (перемычка).

Программа написана в демо-версии Bascom 2.0.5.0. 

Вначале задаем тип используемого микроконтроллера, частоту кварцевого резонатора, используемый индикатор и определяем его подключение.  Затем конфигурируем АЦП. Далее конфигурируем таймеры. 16-разрядный Т1 работает как таймер и дает прерывания 1 секунду, это интервал измерения частоты. 8-разрядный Т0 включен как счетчик и используется для подсчета количества импульсов, поступающих на pin6 (T0) за 1 сек. Так как 8-разрядный счетчик может считать только до 256, при переполнении он генерирует прерывание и увеличивает на 1 содержимое 4-байтового регистра  TimHoh. В результате частота может измеряться до четырехбайтового значения 2^32=4294967296 Гц,, что при 20МГц кварце более чем достаточно.

Конфигурируем PortD1 как выход, и присваеваем ему имя Delitel, он будет использоваться для включения делителя 1:10, при превышении напряжения на входе АЦП 5В.

Далее определяем переменные: Timecounter As Byte для записи содержимого счетчика Т0, Timhoh As Long для увеличения диапазона счета, F As Long –для хранения полученного значения частоты в Герцах, Flagt1 As Bit –флаг, изменяет свое значение на противоположное при прерывании Т1, используется для определе-ния моментов начала и окончания счета импульсов частоты.

W As Word- двухбайтовая переменная для хранения значения 10 разрядного АЦП,  K As Byte =1 или 10, в зависимости отключен делитель напряжения или включен. V и A – четырехбайтовые переменные с плавающей запятой- значения напряжения и уровня измеряемого сигнала.

Разрешаем прерывания по переполнению таймеров Т0 и Т1, общее разрешение прерываний пока не разрешаем, они будут мешать расчетам. Выводим заставку на индикатор,  останавливаем Таймеры, стартуем АЦП, устанавливаем в «0» выход включения делителя и флаг таймера Т1, значение коэффициента К делаем равным 1.

Далее следует главный цикл программы. В нем:

-считываем значение АЦП, если АЦП =1023 (переполнено), то устанавливаем К=10, включаем делитель на-пряжения, и снова считываем значение АЦП. Если значение АЦП меньше 101 ( примерно 5В, при включен-ном делителе, или 0,5В при отключенном), то устанавливаем К=1 и отключаем делитель напряжения.

-Устанавливаем курсор на первую позицию, верхней строки.

-Рассчитываем значения напряжения и уровень. При напряжении менее 5В выводим на индикатор значение с тремя цифрами после запятой, при напряжении более 5В с двумя цифрами после запятой. Следом, через пробел, выводим значение уровня с двумя знаками после запятой.  В данном случае, хоть переменные Single -беззнаковые, отрицательные значения выводятся на индикатор со знаком «минус», никаких дополнитель-ных мер по его выводу не понадобилось.

-Делаем паузу 100мс.

Приступаем к измерению частоты:

-Разрешаем общее разрешение прерываний.

-Записываем в Таймер1 значение для 1 сек., обнуляем Т0, также обнуляем переменные Timhoh и F.

-Запускаем Таймер1.

-Ждем установки флага Flagt1, который установится в «1» при прерывании Т1.

-Как только Flagt1=1, запускаем таймер Т0, который будет считать импульсы на входе 6, и ждем сброса флага Flagt1, который будет сброшен при следующем прерывании Т1, через 1 секунду.

- Как только Flagt1=0, останавливаем таймеры, значение Таймера0 записываем в переменную Timecounter. Переменной F присваиваем значение, хранящееся в Timhoh (количество переполнений Т0). Затем сдвигаем влево на 8 позиций,  и прибавляем к нему значение переменной Timecounter, в которой хранится значение Таймера Т0. Таким образом  получаем значение частоты, размерностью до 4 байт.

- Запрещаем общие прерывания.

-Очищаем индикатор, переводим курсор на первую позицию нижней строки и выводим значение частоты.

-Ждем 100 мс, и возвращаемся в начало основного цикла.

В прерывании таймера Т1 «T1over:» производится перезагрузка таймера, изменение флага Flagt1 и выход из прерывания.

В прерывании таймера Т0 «T0over:» увеличивается на 1 содержимое переменной Timhoh и произ-водится выход из прерывания. Перезагрузка Т0 не делается, так как после переполнения он начинает счет с нуля.

Устройство разрабатывалось для измерения уровней аппаратуры, расположенной на удаленных объектах. В стационарных условиях, размеры измерительных приборов, не имеют столь важного  значения.  Имеет небольшие габариты и вес, отражает основные параметры контролируемого сигнала. Удобно при отыскании повреждений, хотя точность не очень высока, для проведения подавляющего большинства работ её вполне достаточно.  Основное достоинство прибора- универсальность и простота.  Отлажено в Протеусе v7.7sp2.  Протеусные файлы прилагаются. Схемы выполнены в программе DipTrace. Исходные коды с файлами прошивки.