Точное измерение частоты и коэффициента заполнения на Arduino UNO

Компоненты и материалы

Инструменты

• Макетная плата 270 точек

Программное обеспечение

• Arduino IDE

О проекте

Arduino может использоваться как измерительный прибор для электрических и физических величин. Данный проект демонстрирует измерение частоты, длительности импульса (Ton, Toff) и коэффициента заполнения (duty cycle) прямоугольных импульсов, поданных на цифровой вход.

Схема подключения

• Входной сигнал (импульсы) → пин D7
• LCD: RS→D9, E→D8, D4–D7→D10–D13, RW→GND, VSS→GND, VDD→5V, VEE→подстроечный резистор 1 кОм (контраст), подсветка A/K→5V/GND

Принцип работы

1. Arduino ждёт фронт импульса на D7.
2. pulseIn(pin, HIGH) — время высокого уровня (Ton, мкс).
3. pulseIn(pin, LOW) — время низкого уровня (Toff, мкс).
4. Период T = Ton + Toff.
5. Частота f = 1 000 000 / T (Гц).
6. Коэффициент заполнения D = Ton / T * 100 (%).
7. Результаты выводятся на LCD каждую секунду.

Измеряемый диапазон ограничен функцией pulseIn (макс. ~3 минуты, мин. ~10 мкс). Для высоких частот (>50 кГц) лучше использовать аппаратные таймеры/прерывания.

Код (Arduino IDE)

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(8, 9, 10, 11, 12, 13); // RS, E, D4, D5, D6, D7
#define pulse_ip 7

int ontime, offtime, duty;
float freq, period;

void setup() {
  pinMode(pulse_ip, INPUT);
  lcd.begin(16, 4); // 20x4 работает как 16x4 с этой библиотекой
  lcd.clear();
  lcd.print("Freq:"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Ton:");
  lcd.setCursor(0,2); lcd.print("Toff:"); lcd.setCursor(0,3); lcd.print("Duty:");
}

void loop() {
  ontime = pulseIn(pulse_ip, HIGH);
  offtime = pulseIn(pulse_ip, LOW);
  period = ontime + offtime;
  freq = 1000000.0 / period;
  duty = (ontime * 100) / period; // целочисленно, для точности лучше float

  lcd.setCursor(5,0); lcd.print(freq); lcd.print("Hz");
  lcd.setCursor(4,1); lcd.print(ontime); lcd.print("us");
  lcd.setCursor(5,2); lcd.print(offtime); lcd.print("us");
  lcd.setCursor(5,3); lcd.print(duty); lcd.print("%");
  delay(1000);
}

Схема подключения

См. раздел «Schematics» оригинала: минимальная схема — только Arduino, LCD и входной сигнал на D7.