Существует два способа построения схемы частотомера. В первом случае в течении счетного периода производится подсчет входных импульсов (при разрешении в 1 Гц счетный период составляет 1 секунду). В течении этого периода индикаторы либо погашены, либо мелькают, затем следует период индикации, который обычно тоже составляет 1 секунду. Таким образом, при разрешении в 1 Гц один измерительный цикл составляет 2 секунды. Согласитесь, это слишком много даже для радиолюбительской практики.

Второй метод отличается тем, что периоды измерения и индикации как бы наложены друг на друга. Пока идет период индикации предшествующего результата, происходит подсчет импульсов для определения будущего результата. В таком случае весь цикл измерения близок к одной секунде. Такой метод требует наличия ячеек памяти, в которые можно записывать результат предыдущего измерения и индицировать пока длится последующее. Частотомер построенный по этому принципу, просто с частотой в 1 Гц обновляет свои показания.

На первый взгляд, такой быстрый способ измерения организовать достаточно просто, нужно постоянно подавать входные импульсы на счетный вход декадного счетчика, и с периодичностью в 1 секунду подавать два коротких импульса, — один на вход записи ячеек памяти, а второй на вход R декадного счетчика. Реализовать все это очень просто, если по спаду импульса образцовой частоты 1 Гц формировать два последовательных коротких импульса. Такой способ имеет существенный недостаток. Дело в том что, длительности этих двух коротких импульсов фактически вычитаются из периода измерения, внося в результат измерения ошибку. Причем, если короткие импульсы сформированы RC-цепями, то эта ошибка еще получается и нестабильной.

Для того чтобы исключить эту ошибку, нужно схему устройства управления построить таким образом, чтобы спустя период измерения (1 секунду) закрывался вход частотомера, и только после этого были сформированы эти два коротких импульса. То есть, эти два коротких импульса нужно вынести за период измерения. Принципиальная схема входного узла и узла управления частотомера, работающего на таком принципе показана на рисунке.

Измеряемый сигнал через гнездо Х1 и разделительный конденсатор С1 поступает ограничительную цепь на диодах VD1-VD6 и резисторе R1. Эта цепь защищает вход усилителя на VT1 от перегрузки сигналом большой амплитуды. Транзистор VT1 включен по схеме истокового повторителя, и нагружен на дифференциальный усилитель, выполненный на двух транзисторах микросборки А1 и транзисторе VT2. Коэффициент усиления этого усилителя около 10. Режим работы дифференциального каскада задается делителем напряжения R7 R5. Подбирая сопротивление R3, включенное в истоковой цепи VT1, можно устанавливать максимальную чувствительность входного узла.

С коллектора VT2 усиленный сигнал поступает на формирователь импульсов — управляемый триггер Шмитта на элементах D1.1 и D1.2. Особенность этого триггера Шмитта в том, что его можно блокировать подачей логической единицы на вывод 5 D1.2. И таким образом, закрывать проход импульсов на счетный вход декадного счетчика.

Генератор образцовой частоты построен на специализированной микросхеме D2 К176ИЕ12, которая содержит элементы кварцевого мультивибратора и набор счетчиков-делителей. Частота мультивибратора устанавливается кварцевым резонатором Q1 (стандартный резонатор от электронных часов), и на выводе 4 счетчика микросхемы получаются импульсы частотой 1 Гц. Вывод 5 — это вход обнуления счетчика. Когда на него подается единица, на всех выходах, включая и вывод 4, будут нули. При подаче нуля на вход R (вывод 5), на выводе 4 сразу же появляется единица и формируется фронт первого из импульсов, следующих с частотой 1 Гц.

Импульсы с выхода D2 поступают на вход С D-триггера D3.1. Предположим, этот триггер находился в нулевом состоянии. Тогда единица с его инверсного входа закрывает элемент D1.2 и одновременно поступает на вход D триггера, подготавливая его к установке в единичное состояние. С первым же фронтом импульсы с вывода 4 D2 триггер принимает единичное состояние. Элемент D1.2 открывается и начинается подсчет импульсов входной частоты. В то же время, нуль с инверсного входа поступает на вход D триггера и подготавливает триггер к установке в нулевое состояние.

С поступление второго фронта с вывода 4 D2 (с завершением секундного периода), триггер устанавливается в нулевое состояние. При этом происходит следующее: закрывается элемент D1.2 и прекращается поступление импульсов на вход декадного счетчика. Затем, цепь С9 R14 формирует короткий импульс, который производит запись результата измерения в ячейки памяти дешифраторов декадного счетчика. Далее, спустя время распространения через два элемента D1.3 и D1.4, формируется еще один такой импульс, который одновременно обнуляет и декадный счетчик и счетчик микросхемы D2. Счетчик D2 обнуляясь на время действия этого короткого импульса меняет уровень на выводе 4 на нулевой, и затем, после окончания этого короткого импульса обнуления, на выводе 4 D2 снова появляется единица. Триггер D3.1 опять принимает единичное состояние и начинается новый цикл измерения.


Таким образом, D2 формирует не четкую импульсную последовательность частотой 1 Гц, а более сложную, в которой после каждого полного периода длительностью в 1 секунду, следует другой полный период очень короткой длительности. И именно в этом коротком периоде и происходит запись информации и обнуление декадного счетчика. А счет входных импульсов происходит в периоде длительностью в одну секунду. И длительность импульсов обнуления и записи не оказывает влияния на результат измерения.
Эпюры, описывающие работу узла управления приведены на рисунке 2.


Принципиальная схема узла декадных счетчиков показана на рисунке 3. Всего шесть разрядов (диапазон измерения от "000001" до "999999"). Шестидекадный счетчик составлен из шести микросхем К176ИЕ2 (D4-D9), каждая из которых включена по схеме декадного счета. Входные импульсы измеряемой частоты поступают на вход С D4. Шесть счетчиков включены последовательно. Обнуление счетчиков производится подачей короткого импульсы от RC-цепи С10 R15 на соединенные вместе входы R.

С выходов счетчиков коды десятичных чисел поступают на шесть дешифраторов К176ИД2 (D10-D15). Запись и обновление результата измерения в память дешифраторов выполняется подачей короткого импульса от RC-цепи С9 R14 на соединенные вместе входы S дешифраторов.
Индикация — при помощи шестиразрядного цифрового табло, составленного из шести семисегментных светодиодных цифровых индикаторов Н1-Н6. Индикаторы светятся постоянно, а их показания меняются с частотой, чуть меньше 1 Гц.

Светодиодные семисегментные индикаторы можно использовать любые одиночные, или комбинированные, но имеющие самостоятельные выводы сегментов (не объединенные в динамические матрицы). Полярность сегментов тоже существенного значения не имеет. В данной схеме используются индикаторы с общим катодом, поэтому на выводы 6 микросхем К174ИД2 подаются логические нули (это переключает микросхему на работу активными единицами на выходах). Если будут индикаторы с общими анодами, то логический уровень на выводах 6 D10-D15 нужно сменить на единицу (отключить от минуса питания и подключить на плюс).

Вместо дешифраторов К176ИД2 можно использовать и К176ИДЗ. Все микросхемы серии К561 можно заменить аналогичными микросхемами серии К176 или К1561. При отсутствии микросхем К176ИЕ2 можно применить К561ИЕ14, но схемы включения этих микросхем существенно различаются.

В настройке нуждается только входной узел. Нужно на вход (разъем Х1) подать синусоидальный сигнал частотой 1 МГц и амплитудой 1 В. К выходу элемента D1.2 подключить осциллограф. Затем, постепенно уменьшая уровень входного сигнала подобрать номинал резистора R4 таким, чтобы прямоугольность импульсов на экране осциллографа сохранялась при наименьшем сигнале.