Kit: fréquencemètre et testeur de quartz

Voici un autre petit kit à souder soi-même que vous pouvez vous procurer en ligne pour une poignée de menue monnaie. Cette fois, il s'agit d'un fréquencemètre et testeur de quartz ("frequency counter and crystal tester"). Le mien m'a coûté un peu moins de 3 euros sur eBay.

Contenu du kit

Le kit est constitué des éléments suivants:

• Un circuit imprimé ( 8 cm X 5,4 cm)
• 1 microcontrôleur PIC16F628 et son connecteur (socket) à 16 broches.
• 5 afficheurs 7 segments (plus grands que j'aurais cru: 1,8 cm X 1,3 cm)
• 1 transistor NPN S9014, 1 transistor NPN S9018, 1 régulateur de tension 7550 (tous en format TO-92)
• 9 résistances de 1 kΩ, 2 résistances de 2 kΩ et 1 résistance de 100 kΩ.
• 5 condensateurs céramique: (3 de 22 pF, 1 de 1 nF et 1 de 100 nF)
• 1 condensateur à capacité variable
• 4 diodes 1N4148
• 1 quartz de 20 MHz
• 1 bouton poussoir
• 1 barrette de 3 connecteurs femelles, 1 barrette de 3 connecteurs mâles.
• Une prise d'alimentation (power jack)

Assemblage

Le circuit imprimé comporte suffisamment d'informations pour qu'on puisse se débrouiller sans manuel d'instructions.

J'ai commencé par les résistances. Il faut évidemment mettre les bonnes valeurs au bon endroit (dans mon cas, un multimètre a été nécessaire, car il était difficile de distinguer les bandes de couleur).

Ensuite, le connecteur à 16 pins (socket) pour le microcontrôleur (petite coche vers la droite).

Nul besoin de multimètre pour les condensateurs et les transistors: le numéro indiqué sur le circuit imprimé correspond à celui indiqué sur le composant.  Peu de risque d'installer un transistor à l'envers, car son profil a été dessiné sur le circuit imprimé.  La position du quartz de 20 MHz est assez évidente aussi.

Pour les 4 diodes, évidemment, on fait attention à la polarité...

La barrette de connecteurs femelles, qui servira à insérer le quartz à tester, se situe sous le condensateur "102". La barrette de connecteurs mâles, qui sert d'alimentation pour la carte et d'entrée pour un signal dont on désire mesurer la fréquence, se situe sous le régulateur 7550.

En ce qui concerne les afficheurs 7 segments, ma recommandation serait de tous les insérer, et de les souder ensuite. J'ai fait l'erreur de les placer un par un à partir de la gauche, et de les souder avant d'avoir placé leur voisin de droite. Résultat: le dernier chiffre à droite n'avait pas tout à fait assez d'espace pour être inséré à fond, et je n'avais pas envie de tout dessouder pour recommencer.  Le résultat final n'est pas très esthétique...

J'ai jugé que le format du jack d'alimentation n'était pas très pratique pour moi, et je l'ai donc remplacé par deux fils que je peux facilement brancher à une source de tension de mon choix (5 V à 9 V). Décision un peu stupide, tout compte fait, puisque la carte dispose déjà d'une deuxième paire de connecteurs pouvant être utilisés pour l'alimentation de la carte (la barrette de connecteurs mâles)...

Il ne reste plus qu'à insérer l'indispensable microcontrôleur PIC16F628 dans son réceptacle, en faisant bien attention de le mettre dans le bon sens (petite coche vers la droite), et on est prêt à tester notre nouvel appareil­­.

Si vous le branchez à une source de tension continue de 5 V à 9 V, le quatrième zéro s'allume, ce qui indique que l'appareil n'a rien trouvé à mesurer. Au bout de quelques secondes, ce zéro va s'éteindre automatiquement, pour économiser l'énergie. Notez que le bouton poussoir ne sert pas à allumer ou éteindre l'appareil: il sert uniquement à le programmer.

Test du testeur de quartz

Pour mesurer la fréquence d'un quartz, on insère une de ses broches dans le connecteur femelle de gauche, et son autre broche dans le connecteur femelle de droite. Le résultat s'affiche en MHz.

En principe, on doit pouvoir calibrer l'appareil en ajustant le condensateur à capacité variable au moyen d'un petit tournevis. Dans mon cas, cet ajustement a eu un effet très subtil, pour ne pas dire inexistant, sur la valeur affichée.

Voici quelques résultats pour différents quartz que j'ai testés:

Valeur imprimée sur le quartz -- valeur affichée par l'appareil
    2.45 MHz -- 0
    4 MHz -- 4.06657 MHz
    6 MHz -- 6.0647 MHz
    8 MHz -- 8.0645 MHz
    9.8304 MHz -- 9.8945 MHz
    16 MHz -- 16.063 MHz
    20 MHz -- 20.062 MHz
    49.920 MHz -- 16.690 MHz

Nous pouvons donc remarquer que les valeurs mesurées correspondent assez bien à ce qui est imprimé sur le quartz lorsque la fréquence se situe entre 4 MHz et 20 MHz. Toutefois, la fréquence du quartz de 2.45 MHz était probablement trop lente pour que l'appareil puisse la mesurer (il a indiqué 0, comme si aucun quartz n'avait été inséré dans le connecteur), et la fréquence de 49.920 MHz était trop rapide (la valeur maximale indiquée par le vendeur est de 50 MHz).  De plus, lors de la mesure du quartz de 4 MHz, l'appareil a d'abord affiché une fréquence beaucoup plus faible, qui augmentait progressivement jusqu'à se stabiliser à 4.006657 MHz au bout de quelques dizaines de secondes.

Test du fréquencemètre

L'appareil peut également servir à mesurer la fréquence d'une tension qui varie de façon périodique. Attention: cette tension, qu'on mesure à la broche "IN" de la barrette de connecteurs mâles,  doit se situer entre 0 et 5 V.

Le résultat est affiché en MHz si le point décimal demeure allumé de façon continue, et en kHz si le point décimal clignote.

Pour vérifier le fonctionnement de cette fonction de l'appareil, j'ai utilisé une carte Arduino pour produire un signal périodique de fréquence connue au moyen de la fonction tone().

Voici quelques résultats:

Fréquence utilisée dans le sketch -- Fréquence affichée
    1000 Hz  -- 1.057 kHz
    5000 Hz -- 5.029 kHz
    10000 Hz -- 9.993 kHz
    20000 Hz -- 19.992 kHz
    50000 Hz -- 49.710 kHz

Bouton de programmation

Le bouton poussoir permet de modifier certains paramètres de l'appareil. En maintenant le bouton enfoncé un certain temps, vous entrez en mode programmation (l'afficheur indique "ProG"). Lorsque vous relâchez le bouton, l'afficheur indique "quit" (maintenez le bouton enfoncé un certain temps pour quitter le mode de programmation).

Pendant que l'afficheur indique "quit", vous pouvez passer à d'autres menus en appuyant brièvement sur le bouton:

PSAVE: mode d'économie d'énergie grâce auquel la valeur mesurée n'est affichée que pendant quelques secondes. En maintenant le bouton enfoncé un certain temps, vous pouvez désactiver cette fonction (qui devient "noPSV").

Add: si vous maintenez le bouton enfoncé un certain temps, la valeur actuellement mesurée sera additionnée à toutes les mesures que vous prendrez ensuite.

Sub: si vous maintenez le bouton enfoncé un certain temps, la valeur actuellement mesurée sera soustraite de toutes les mesures que vous prendrez ensuite.

ZEro: vous maintenez le bouton enfoncé un certain temps pour annuler la fréquence de décalage préalablement programmée grâce à "Add" ou "Sub".

tAbLE: vous maintenez le bouton enfoncé un certain temps afin d'ajouter une fréquence de décalage pré-programmée

En bref

Pas cher, facile d'utilisation, et pas difficile à assembler.

Yves Pelletier   (Twitter, Facebook)