Récapitulatif théorique

Mesure de' la fréquence Pour mesurer numérique-ment une fréquence, on

pro-cède comme indiqué sur la figure 1.

Le signal à mesurer est préa-lablement amplifié par un ampli-formateur « A, F », après quoi, il attaque une porte P.

Cette porte qui pourra être un circuit « ET» ou « NAND » reçoit un signal d'ouverture permettant le passage de « N » impulsions carrées. Cette

« ouverture» de la porte est possible si un « 1» logique attaque rentrée 2. Dans ce cas, on obtient à la sortie, une copie fidèle des uns et des zéros logi-ques, présents à rentrée 1 et l'on dit que le signal a « tra-versé» (inversé ou pas) la porte.

Si penoant le temps « ta » on laisse passer « N» impulsions parmi le flot d'impulsions déri-vées du signal d'entrée, la fré-quence, (qui n'est autre chose que le nombre de périodes par unité de temps), sera:

F

=.!!

Ta

Exemple: si Ta - la tempo-risation d'un monostali>le, est de 12,3 ms et si N

=

²³³

(impulsions passées pendant ce temps),

233

F = 12,3.10-3 = 18,8 kHz Or, si on s'arrange pour obtenir une temporisation Ta

=

10 ms, le nombre d'impul-sions comptées sera très

exac-tement de 188, nous évitant ai.nsi le calcul de la division.

Base de temps

Le dispositif capable de fournir des impulsions de durée étalon Ta

=

^{1 S '}

100 ms; 10 ms etc. s'appelle

« base de temps». On rencon-tre plusieurs types de tels dis-positifs selon la nature du pilote de la temporisation:

oscillation RC ou à quartz.

Dans le premier cas, utilisé

lar-ND 1639 • Page 227

gement dans les oscilloscopes, le changement d'échelle s'obtient par la commutation des valeurs du groupe RC, figure 2. Dans le second, un oscillateur, piloté à quartz voit sa fréquence divisée successi-vement par 10. La commuta-tion d'écl;1elle de fréquence s'obtient en sélectionnant l'une ou l'autre des sorties de divi-sion.

Echelles de fréquence On comprend aisément que dans l'exemple précédent, une temporisation T_{o ,} 10 fois plus longue ( 1 00 ms) auràit permis de . compter 10 fois plus d'impulsions ( 1880).

fx.Tx

++

MIVl

B.T

Répétition des mesures Une fois l'impulsion T_o ter-minée et le comptage arrêté, le compteur affiche

«

N ». ^Ce chiffre est la mesure de la fré-quence au moment d'arrêt de T o' Pour entamer une nouvelle mesure, nous sommes obligés de remettre à zéro le compteur et de redéclencher son ouver-ture durant T_o ms. Ces cycles de mesure peuvent s'effectuer manuellement (on appuie sur un bouton R.a,z., on lance l'impulsion T 0' etc.) ou de manière répétitive. Dans ce dernier cas, il suffit de prévoir un oscillateur de séquence-ment.

Fig. 1

s.ynctv"o

Ose

Fig. 2

Page 228 • NO 1639

T

<>--\-_11_- - ; -..r-L..

.'e

Fig. 4

Fig,5

Visualisation des résultats Les résultats du comptage représentent une fréquence, valabie seulement après l'écoulement du temps T 0' Donc, pour éviter de voir un défilement inutile des chiffres, on doit bloquer l'affichage pendant le comptage. Par la suite, avant une nouvelle mesure, il n'y a pas de raison de ne pas afficher l'ancienne mesure de fréquence. A cette fin, les fréquencemètres sorit munis d'un étage d'affichage à latches, figure 3.

Les 7475 ont la propriété de pouvoir capter la combinaison

binaire A, 8, C, D pendant une impulsion d'échantillonnage et de la fournir éternellement sur les sorties 0" O2 , ~ et

Ga.

En conséquence on s"arrange pour envoyer une impulsion d'échantillonnage après cha-que impulsion base de temps T o' Même si l'on remet le compteur à zéro

lA

= 8 = C

== D

=

0 aux sorties d'une décade), les sorties

a"

02^,~, Os continuent d'afficher la com-binaison validée par le signal d'échantillonnage. Le défile-ment n'apparaît pas et l'affi-chage reste stable jusqu'à la prochaine impulsion d'échan-tillonriage,

1

; Bo~ ^de-temps

Ta

• 1

AfflC:hag~

permanent ^Arfichage

comptage

Obscurité

lobs!;. T~

40ms = 2Simag/s.~:k

Fig. 6

Lumière

AFFK:HAGE

Fig. 7

Organisation interne du fréquencemètre

Si un microprocesseur devait piloter les opérations, il respecterait

r

organigramme de la figure 4. Or, ce n'est pas la seule manière de procéder!

Il Y a plus simple et d'environ , /3 meilleur marché, écono-misant les latches, par un affi-chage intermittent selon ,le plan de la figure 5 et les dia-grammes de temps de la figure 6 .. Les organigrammes nous l'ermettent d'éviter les longues phrases. Comme on peut le voir sur la figure 6, la lumière pourrait être « don-née» au circuit d'affichage pendant certains temps (morts pour la mesure), après chaque comptage. Si l'on s'arrange pour éteindre durant la R.a.z; et le comptage et si

r

espacement dans le temps entre deux affi-chages consécutifs est de moins de 40 ms, correspon-dant aux 25 images/ seconde du cinématographe, un affi-chage stable apparaîtra sur les 7 segments.

Pour procéder de la sorte nous devons séquencer savamment l'allumage et l'extinction des afficheurs ainsi que la remise à zéro et la tem-porisation de la base de temps.

A cette fin, utilisons le circuit de la figure 7, deux monosta-bles se déclenchent l'un l'autre.

Leurs temporisations respecti-ves sont To, temporisation très précise de base de temps et T_{1um ,} temporisation fixe dont dépend le temps de lumière.

Manqué l'impulsion de remise à zéro. Nous avions remarqué qu'il suffisait de quelques di2;aines de nanosecondes (30 à 40 au plus) pour bien remet-tre à zéro les décades de comptage. En conséquence, et vu la fréquence liniite de comptage relativement basse (' MHz), nous avons fabriqué l'impulsion de R.a.z. en déri-vant le front de T_{1um '} tempori-sation relativement longue à front de descente assez doux.

Tel est donc le principe du séquenceur de signaux.

Précision de la base de temps Tel que nous le voyons, le fréquencemètre possède 3 chiffres. li serait tentant de pouvoir ajouter 1, 2 ou plu.:.

Page 230 -NO 1639

~--Fig. 8

cr

~

D~ _r

0

•

cr ..,

~ •

::J

r---~----.

>

.~.

If)

..

-cr

N

n::

0-['-.

n::

>

o

d '---1-""

C / - - - - t r-èo..1

b ^- --...-"7 +5 V

---f~:::';

0'---- av

o

ENTREE

SIGNAL

b

- -*"",,'l""e-- HI

d

- - - - t+-èooQ-Sl

Fig. 9

prise BNC (In oplion)

Fig. 10

bit

NO 1639 • Page 231

sieurs autres chiffres. Malheu-reusement, chaque chiffre ajouté exige une précision d'un ordre de grandeur supérieur. .

Exemple: avec trois chiffres le montage est justifié s'il a une précision de 1/1 000, avec quatres chiffres s'il atteint le 1/10000, etc. Or, la tempori-sation T_o s'obtient avec un monostable. La précision de la temporisation atteint 1 0 / 0 et descend péniblement à 1 0/00.

Un quatrième chiffre ou plus n'a pas sa place. Il faudrait obtenir une T_o à partir d'un quartz et fabriquer une impul~

sion R.a.z. {( propre ». transistors NPN-2N 2222 et PNP-2 N 2905. attaque un amplificateur, formé par les transistors T, et T 2. 1\ est important de disposer de transistors relativement rapides. La puissance importe peu. La résistance R2 (350 ^k.Q) pourrait être ajustée (220 k.Q ou 470 k.Q)

Em

fonction de T,.

Son but est de le placer en plein centre de la zone linéaire des caractéristiques. T 2 fonc-tionl)e déjà en écrêtage, de sorte que le signal de sortie sur

A.t

puisse traverser gaillarde-ment les seuils TTL(+ 0,4 V et .8» du boîtier, on puisse

récu-pérer un signal carré, exempt d'oscillations, sur le front de montée ou de descente. Il est très important de s'assurer de la pureté de l'onde carrée en ce

~ens que les artefacts pourront être comptés, comme autant celle qui a pour entrées les bor-nes 13 et 12 et sortie sur 11, est la {( bonne », la porte du schéma de princ.ipe.

Elle reçoit deux signaux:

d'une part(broche 13), le signal de« lumière», issu de l'un des deux monostables du 74123, dont la temporisation, variable, est donnée par O2, C7 , Cs, C_{5 ,} premier étage d'un compteur à trois décades de comptage, obtenu par la mise en cascade de trois 7490.

Fait remarquable, les sorties binaires de chaque étage de lumière et celui d~ouverture de la porte (niveau {( 1 », ^sont mutuellement exclusifs. Expli-quons-nous: un signal de porte à

«

1 », arrivant sur la base de T₃ le bloque, aidé par Ra (car le {( 1 » logique n'est pas à

+

5 V, mais vers les 2 V seulement>. T₃ bloqué ne laisse pas passer de courant vers les anodes des trois afficheurs (une anode commune et sept cathodes pour chacun); pen-dant le comptage on maintien-dra l'affichage éteint.

A la fin de la temporisation de comptage, l'affichage s'allume, indiquant la valeur ({ N » d'impulsions comptées.

Une expérience à faire pour vérifier le vrai de ces dires est la suivante: lors du câblage, sans T₃ en circuit, court-circui-ter les trous de circuit imprimé

Photo 1. - Vue du circuit imprimé.

correspondant au collecteur et à l'émetteur. La lumière restera en place en permanence et l'on verra

«

monter» les chiffres jusqu'à la valeur N, suivis d'une pause à l'affichage stable, etc.

La période d'affichage immo-bile s'obtient par un deuxi.ème monostable du 74123, qui dis-pose des éléments de tempo-risation C_{3 ,} 0_{3 ,} R,2' Remar-quons la valeur importante de C₃ (lOOIlF), qui assure un maintien prolongé de l'affi-chage.

Le compteur à trois étages dispose d'une sortie de dépas-sement, à cette sortie on pourra brancher un témoin lumineux, LED et résistance de limitation du courant. Ne vous pressez pas d'y ajouter un deuxième compteur pour des raisons de précision déjà expo-sées.

Réalisation pratique

Le circuit imprimé pourra être réalisé selon le dessin de la figure 9. les com'posants y prendront place selon lé plan d'implantation de la figuré 10.

On désigne par

Li,

D, C les uni-tés, dizaines et centaines res-':' pectivement. Avant de ^passer à l'implantation desresistan-ces, condensateurs, etc., il serait bon de réaliser les straps;

en soudant du fil nu d'uri côté et en tirant suffisamment par l'autre bout avant d~lesouder

à son tour. Attention atix éven--' tuels courts~circuits entre pistes.

Nous vous conseillons le câblage-mise au point suivant:

- straps.

- câblage de la partie de comptage et d'affichage.

- Sans T_{3 ,} T4 en circuit, s'assurer de l'affichage d'une valeur quelconque sur les apprendre les rebondisse-ments.

- Brancher CI-1. Vérifier l'avance de l'affichage en exci-tant l'entrée « 1 » de CI-2, la plus grande, l'effet d'avance du compteur doit être plus mar-qué. Ajuster éventuellement R2, pour faire avancer le comp-teur, avec des signaux de plus en plus faibles en entrée. En principe, la sensibilité est de l'ordre de 1 mV et se maintien-dra sur toute la gamme de fré-quences de mesure.

- En circuit T_{3 ,} T4 et CI-2. En cherchant, avec un signal d'entrée, sur plusieurs échelles, on trouvera soit un affichage ce stade, nous devons connaÎ-tre la fréquence du signal d'entrée. Pour chaque échelle on règle Ph P2, P3 et P4 afin d'obtenir l'affichage de la bonne valeur, sans qu'il y ait dépassement. Un simple volt-mètre branché sur la sortie de dépassement pourra témoi-gner (0,4 V continus) du non innombra-ble série..de précédents articles

écrits à ce sujet à vous propo-ser. Plus simplement, sachez que le montage consomme au pire des cas (tous afficheurs allumés à « 8» environ 3QO mA. Dans ces conditions un transformateur «- fila-ments », pouvant fournir 6,2 Veff au secondaire sous 1 A; un pont redresseur; un condensateur de filtrage suivi d'un régulateur

+

5 V (fig. 11)

C5 : 22 !l F électrolytique, pola-risé/ 16 V

Résistances des segments:

15052

Afficheurs anode commune:

H.P. 5082-7750 (Hewlett

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