Un frecuencímetro que sea capaz de observar el funcionamiento de osciladores (TTL – CMOS) que trabajan hasta los 50Mhz sumado, en un mismo desarrollo, a un probador de cristales piezoeléctricos, siempre es una construcción atractiva, más aún cuando su desarrollo está detallado paso a paso. En este artículo te acercamos un nuevo instrumento que no puede faltar en ningún banco de trabajo. Siempre es necesario estar atento al funcionamiento correcto de un cristal, de un oscilador, de una frecuencia de trabajo, de un PLL. En esta primera entrega construiremos el instrumento, que nos resultará útil en la mayoría de nuestros trabajos con microcontroladores y circuitos digitales. En una futura entrega, veremos un preamplificador para trabajar con RF y un “prescaler” para alcanzar frecuencias más elevadas. Otro instrumento de calidad para tu espacio de trabajo.
¿Cuántas veces nos ha sucedido que encontramos un cristal y ¡su nomenclatura se ha borrado!? ¿Y si justo es el que necesitamos? Estas son preguntas frecuentes a la hora de rasguñar hasta el último rincón de la gaveta donde guardamos los cristales para nuestros proyectos. Otro interrogante aparece cuando finalizamos la construcción de un oscilador y no sabemos si en realidad funciona a la frecuencia deseada. Muchas veces, cuando nada funciona sobre el banco de trabajo (cuando todo conspira en contra de nosotros), ni siquiera sabemos si el oscilador del proyecto, recién construido, funciona o no. Para resolver algunos de estos problemas, hoy te acercamos un Frecuencímetro – Probador de Cristales. Dos instrumentos concentrados un único montaje que te será de mucha utilidad y que será muy efectivo si deseas construir la mayoría de los circuitos electrónicos que NeoTeo te acerca cada semana. Además, el éxito de un buen profesional de la electrónica siempre estará sustentado por la disponibilidad del instrumental apropiado para ajustar de manera correcta sus desarrollos y de su habilidad para operar estos instrumentos. Un montaje muy sencillo alrededor de un microcontrolador 16F628A y con todas las indicaciones necesarias para que el montaje no demore más allá de una tarde de trabajo.
El circuito es muy claro y se puede dividir en varios bloques. Por un lado encontramos el circuito de la fuente de alimentación con un 7805 y un par de transistores y diodos que controlan el encendido y apagado del equipo con un único pulsador de toque suave. Vale recordarte en este punto, que puedes utilizar otros tipos de transistores para reemplazar a los que utilizamos nosotros. Por ejemplo, podrías utilizar BC548 y BC327 pero debes tener cuidado con la disposición de pines ya que los seleccionados para el montaje vienen de un modo diferente a los que recién mencionamos. Es decir, el PCB que te ofrecemos está diseñado para C1815 y BC639 (BC640) y deberás estar muy atento a la ubicación correcta de estos componentes para lograr un funcionamiento adecuado. Ingresando en el funcionamiento del PIC, en esta sección cabe mencionar que al pulsar el botón por primera vez, D3 permite que T1 alimente con energía el circuito y luego el PIC se encargará de mantenerlo activado mediante T2, a pesar de que soltemos el pulsador de funcionamiento. Aquí, el programa comienza a controlar el estado del pin RA2 y cuando este se coloca a un estado bajo (se pulsa el botón durante el funcionamiento) inicia una rutina de apagado del equipo. De este modo, con un único botón, encendemos y apagamos el instrumento.
La etapa que forma el oscilador alrededor del 74HC00 es ya conocida por nosotros en el artículo que hablamos sobre el generador de armónicos para el Analizador de Espectro. Como puedes ver en imagen, bastan sólo dos puertas del IC para formar un oscilador muy estable (tipo Pierce) que nos permitirá controlar la etapa que se encarga de generar la frecuencia de oscilación de los cristales que tenemos disponibles para nuestros proyectos. Con un puente móvil (jumper), seleccionamos si deseamos utilizar el instrumento como frecuencímetro o como probador de cristales. Aquí podríamos haber realizado algún circuito de conmutación más elaborado, pero lo que menos necesitamos en nuestros comienzos es la incorporación de etapas que puedan complicar nuestros montajes. Además, la presentación en forma de KIT didáctico de este frecuencímetro nos habilita a optar por este tipo de construcción. Lo mismo ocurre con el “zócalo” que utilizamos para insertar los cristales a comprobar. Debíamos escoger una alternativa sencilla, económica y fácil de usar. Por este motivo, escucharás en el video que los elementos se encuentran del lado del display LCD para favorecer la operación del instrumento.
Como te mencionamos antes, el PIC seleccionado para este instrumento es un 16F628A, con un cristal de 10Mhz que utiliza la entrada de RA4 para contar impulsos de entrada mediante el desborde del TMR0. Para obtener una precisión apropiada en cada medición de frecuencia, sea baja o alta, el programa ajusta el prescaler interno del PIC a diferentes bases de tiempo en forma secuencial, hasta lograr una medición con el mínimo margen de error posible. Si deseas interiorizarte y conocer a fondo el funcionamiento del programa, al final del artículo encontrarás el enlace a la página del diseñador del programa original y allí conocerás los detalles necesarios que puedan interesarte sobre este magnífico desarrollo. La web está en alemán, pero cualquier traductor podrá ayudarte para comprender como fue desarrollado el corazón de este medidor, al que le hemos agregado algunas funciones para adaptarlo a nuestras exigencias y posibilidades, por ejemplo, para utilizar un 16F628A en lugar de 16F84A, o el circuito del encendido y apagado mediante un botón único. Además, nuestro mayor interés está centrado en ayudarte a montarlo y no resumir nuestro trabajo a ofrecer un diagrama esquemático y luego que la fuerza te guíe.
Para acompañarte en el paso a paso del montaje hemos preparado una galería de imágenes en Picasa donde podrás apreciar como se montaron todos los componentes del frecuencímetro que hoy te ofrecemos. Una vez que hayas completado el montaje y el aspecto del conjunto final sea como el que te mostramos en el video, llega la etapa de ajuste y calibración. Existen muchas maneras de realizar este trabajo y, por lo general, los más puristas te indicarán que requieres de un generador de radiofrecuencia de alta calidad y precisión, pero, utilizando la razón durante pocos segundos, debemos asumir que si estamos construyendo un frecuencímetro, difícilmente tendremos instrumentos de laboratorio, de elevado precio y exactitud. Por esto, lo habitual es utilizar el mismo oscilador del PIC y medir allí la frecuencia de trabajo, intentando llevar la frecuencia, ofrecida en pantalla, tan cerca como se pueda de los 10Mhz, mediante el ajuste de CV1. Por supuesto, esto no será un ajuste correcto y definitivo ya que el cristal empleado no será “perfecto”. Recuerda que los cristales comunes y económicos nunca son un parámetro confiable para generar una frecuencia exacta. La prueba más fiel de este precepto la encontrarás cuando, al usar este instrumento que te acercamos, controles varios cristales de una misma frecuencia y observes que ninguno oscilará a la frecuencia de otro. Siempre serán mediciones diferentes.
De esta forma, una vez hecha una calibración inicial, saldremos a la cacería de cuanto cristal se nos cruce por el camino, producto de compra o de canibalismo en placas de equipos viejos. Las múltiples mediciones te llevarán a ajustar CV1 y CV2 hasta lograr un funcionamiento confiable y la prueba definitiva será con la frecuencia de red o mediante algún circuito PLL al que puedas acceder. Sobre este último caso puede ser un receptor de radio digital, un selector de canales de TV, o en el mejor de los casos, un transmisor de radio con frecuencia ajustable por PLL. Deberás tener en cuenta además, que la resolución del instrumento NO es de 1Hz sino que varía según la frecuencia observada. Hasta cuatro 4Mhz, serán 4Hz; es decir, la frecuencia de red domiciliaria no será exacta, sino que para 50Hz puede variar entre 48Hz y 52Hz, mientras que para 60Hz las posibilidades de exactitud son mejores. Luego, entre 4 y 8Mhz, la resolución pasa a ser de 8Hz; entre 8 y 16Mhz tendremos una resolución de 16Hz; entre 16 y 32Mhz será de 32Hz y desde los 32Mhz en adelante, la resolución será de 64Hz. Esta resolución, variable con la frecuencia, es producto de los que te comentamos antes acerca del ajuste automático del prescaler según la frecuencia que ingresa por RA4.
Finalmente R1 y R2 varían según el tipo de LCD a utilizar y D1-D2 sirven de protección para la entrada del PIC ante eventuales tensiones elevadas de entrada. Utiliza un 74HC00 (no otro) para que el oscilador funcione con buena amplitud en toda la gama de frecuencias y si puedes, utiliza FR4 (fibra de vidrio) en la placa del PCB para obtener buenas mediciones a altas frecuencias. Circuitos de frecuencímetros y probadores de cristales hay muchos en la web, pero la diferencia radical que encontrarás respecto al resto es que, en NeoTeo, te mostramos el paso a paso de la construcción con imágenes y videos donde la mera teoría de un circuito se convierte en una realidad que puedes comprobar con tus propios ojos. Al terminar de leer éste, o cualquier artículo sobre montajes, puedes encarar una construcción confiable, basado en las pruebas de video que siempre te entregamos.
Al final de este artículo te dejamos un archivo comprimido con el dibujo del PCB sugerido, el código fuente (ASM) del instrumento, el HEX para cargar directo al PIC y una imagen extra que siempre todos nos piden. ¿Cuál? Descúbrela. Además, como siempre te decimos, estamos en el Foro de Electrónica de NeoTeo para ayudarte a resolver cualquier duda que puedas tener con este instrumento que, por su simpleza, puedes incorporar a cualquier desarrollo que necesite exponer una frecuencia de trabajo. Sencillo, fácil de construir, dúctil y por sobre todas las cosas, funciona. ¿Ya tienes el 16F628A a mano? ¿Qué esperas para construir este magnífico instrumento? Lo necesitarás para futuros trabajos que veremos aquí en NeoTeo, ¡No te lo pierdas!
