Analyse de fonctionnement du montage convertisseur (1) de fréquence <> tension à base du circuit LM331
Caractéristiques électrique du circuit LM331 (Tension <> Fréquence)
Le LM331 est un circuit convertisseur tension <> fréquence dans une bande de fréquence basse (<100KHz) et à faible cout.
Le LM331 Utilise un circuit de compensation de la température dans la bande de la fréquence du circuit de référence, pour fournir une excellente précision dans la gamme de la température de fonctionnement. Le circuit de précision a des courants de polarisation faibles sans dégrader la réponse rapide nécessaire à 100 kHz.
- Linéarité maximale 0.01%
- Mono alimentation 5V
- Bonne stabilité en température 50ppm/°C
- Faible consommation 15mW à 5V
- Large bande de fréquence 1Hz – 100KHz
Datasheet du circuit LM331 : LM331
Analyse de fonctionnement du montage convertisseur (2) de fréquence <> tension à base du circuit RC
La cellule C4.R8 est montée en dérivateur, il permet de convertir un signal carré en un signal impulsionnel (Dirac), le temps d’amortissement de l’impulsion dépend de la fréquence du signal d’entrée.
L’intérêt de cette étape de conversion et de convertir une transition bas ou haut du signal carré à un temps de mente ou de descente, la surface d’intégration du Dirac dépond de la fréquence. La diode D1 en direct permet d’enlever la partie négative du signal.
R7.C5.R9 est un filtre de lissage/ moyenneur il sert à réduire les ondulations et extraire la valeur moyenne du signal. La résistance R7 permet d’agir sur la valeur moyenne du signal (pont diviseur avec R9).
L’amplificateur à un gain de 101, amplifie la tension du circuit de la cellule afin de gagner en précision de mesure de l’ADC du microcontrôleur (environ 6 bits de plus !)
La tension de sortie en fonction de la fréquence d’entrée :
Les valeurs de la tension correspondent aux valeurs moyenne calculées par le microcontrôleur par un filtre de taille 256 échantillons. Le pas de fréquence est de 200Hz (0, 200, 400…10KHz).
s=[4.88e-3,8.95e 2,0.18,0.2688,0.3601,0.4496,0.5376,0.6273,0.7184,0.81133,0.8944,0.972,1.075,1.1632,1.25122,
1.33918,1.42716,1.51514,1.6032,1.6911,1.78,1.867,1.9562,2.0576,2.1309,2.2189,2.3069,
2.394,2.48,2.566,2.6539,2.7566,2.848,2.9423,3.005,3.09,3.177, 3.26001, 3.34746, 3.4388,
3.519, 3.607,3.6902,3.777,3.8628,3.9589,4.061,4.13977,4.2375,4.3238,4.3988].
On constate que la courbe de transfert est bien linéaire dans une bande de fréquence 200-10KHz.
On prend les ‘échantillons 10 et 20 du tableau de mesure pour calculer la pente P (V/Hz), ces valeurs correspondent successivement aux fréquences 1800Hz et 3800Hz. D’où : P= (s(20)-s(10)) / (f(20) – f(10)) ~ 4.3989e-04 V/Hz (1/P = 2.2733e+03 Hz/V) .
Pour déduire la valeur de la fréquence d’une tension Vout donnée il suffit de deviser par la pente P !
Ex : Pour Vout = 4.3988 (la tension mesurée au borne de la cellule pour la fréquence 10KHz) alors le micro va afficher la valeur Vout/p ~ 4.3988/4.3989e-04 = 9.9999e+03HZ !
- La méthode de mesure de la pente n’est pas suffisante pour gagner en précision, car la courbe est supposée linéaire qui n’est pas le cas dans le cas réel ! Donc pas de panique si vous avez des valeurs légèrement décalées par rapport à la valeur idéale 🙂 . Pour remédie à ce problème vous prouver effecteur une compensation par le soft de la non linéarité du circuit ou utiliser un circuit de haute précision.
- Le circuit 1 menu d’un potentiomètre RV1 pour calibrer la valeur de la tension pour une fréquence donnée.
- Le temps de réponse du circuit dépend de la taille du buffer du filtre de lissage (voir programme)
Programme MikroC
/*
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%% Fréquencemètre Numérique %%%%
%%%% à Base du PIC16F877A %%%%
%%%% 14/06/2015 %%%%
%%%% https://www.electronique-mixte.fr %%%%
%%%% https://www.facebook.com/ElectroniqueMixte %%%%
%%%% %%%%
%%%% %%%%
%%%% Possibilités du projet %%%%
%%%% - Mesure de la fréquence %%%%
%%%% - Asservissement de la fréquence %%%%
%%%% - Mesure de vitesse %%%%
%%%% - ... %%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
*/
#define Ref_ADC 5.0
#define Max_ADC 1023.0
#define Buffer_Length 1024
#define Pas_us_Mean 100
#define RL 400.0e3
#define RS 12.0e3
#define RV1 1.0e3
#define Ct 0.01e-6
#define Rt 6.81e3
/* LCD pinout settings */
sbit LCD_RS at RB0_bit;
sbit LCD_EN at RB1_bit;
sbit LCD_D4 at RB2_bit;
sbit LCD_D5 at RB3_bit;
sbit LCD_D6 at RB4_bit;
sbit LCD_D7 at RB5_bit;
// Pin direction
sbit LCD_RS_Direction at TRISB0_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISB1_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISB2_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISB3_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISB4_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISB5_bit;
double Mean_Volt=0.0;
double Freq_HZ=0.0;
double Mean_value=0.0;
double Somme_ADC=0.0;
unsigned int Data_ADC=0;
long i=0;
char Freq_HZ_Char[16];
char Mean_Volt_Char[16];
const double Coef_Corr=23.9577;
const double Coef_Corr1=2.2733e3;
void main()
{
// Initialisation LCD, ADC
Lcd_Init();
ADC_Init();
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Out(1, 16, "V");
Lcd_Out(1, 1, "0.000");
Lcd_Out(2, 16, "HZ");
Lcd_Out(2, 1, "0.000");
TRISA = 0xFF;
TRISB = 0x00;
PORTB=0x00;
PORTB=0x00;
ADCON1=0x00;
while(1)
{
// Calcul de la valeur moyenne
for(i=0;i<Buffer_Length; i++)
{
/* Uncomment DAC0 OR DAC1 */
//Data_ADC = ADC_Read(0);
Data_ADC = ADC_Read(1);
delay_us(Pas_us_Mean);
Somme_ADC+=(double)Data_ADC;
}
Somme_ADC=Somme_ADC*Ref_ADC/Max_ADC;
Mean_Volt=Somme_ADC/Buffer_Length;
/* Uncomment for DAC1 */
//Freq_HZ =Coef_Corr*Mean_Volt/(2.09*Rt*Ct*RL/(RS+RV1));
Freq_HZ =Coef_Corr1*Mean_Volt;
// Convert Char to String
FloatToStr(Mean_Volt, Mean_Volt_Char);
FloatToStr(Freq_HZ, Freq_HZ_Char);
// Display
Lcd_Out(1,1," ");
Lcd_Out(1,1,Mean_Volt_Char);
Lcd_Out(1, 16, "V");
Lcd_Out(2,1," ");
Lcd_Out(2,1,Freq_HZ_Char);
Lcd_Out(2, 16, "HZ");
// Mise à jour des paramètres
Somme_ADC=0.0;
delay_ms(100);
}
}
La version #V2 du fréquencemètre numérique aura la possibilité de régler le problème de linéarité ainsi que la largeur de la bande utile. La gamme de fréquence estimée est de quelques Hz à quelques MHz ! De plus le nombre des composants utilisés est optimal !
Télécharger gratuitement le fichier du projet : Fréquencemètre numérique à base du microcontrôleur PIC16F877A
- Fréquencemètre numérique à base du microcontrôleur : ISIS
- Fréquencemètre numérique à base du microcontrôleur : Code MikroC
3 réponses sur « Projet électronique : Fréquencemètre numérique à base du microcontrôleur PIC16F877A #V1 »
Thank You , I have a question , I have to do the same project but using a raspberry pi and microcontroller , with automatic frequency range change , so how can we make a frequency-voltage converter with raspbeery pi ?
You welcome. Use same IC or KA331 IC Frequency to voltage converter with ADC circuit, i’m not sure if raspberry pi have analog pin. If not, use external ADC with SPI or I2C interface.
Bon projet!
Merci pour le savoir faire 🙂