Messbereich: 230 UPM ... 9765 UPM Auflösung der Anzeige: 1 UPM interner Messfehler < 0,1 % (+0,5% Resonatorfehler) Lüftertyp: Tacho mit 2 Pulsen pro Drehung Messzeit: < 0,53 s (230 UPM);   <0,1 s (>1300 UPM) Auf Wunsch eines Einzelnen, habe ich meinen Luftschrauben-Drehzahlmesser in einen Drehzahlmesser für PC-Lüfter modifiziert. Gefordert war eine 4-stellige Anzeige. Die Hardware ist eine abgewandelte LED-Ziffernanzeige aus älteren Experimenten. Im Wesentlichen wurden RA4 und RB3 vertauscht, der 16F84 gegen einen 16F628 ausgetauscht, und eine einfache Eingangsbeschaltung ergänzt

• Als Sensor dient das Tachosignal des Lüfters, der pro Umdrehung 2 Pulse abgibt. Der Tachoausgang des Lüfters ist ein open-collector-Ausgang, den ich mit einem 10kOhm-Widerstand auf High-Pegel ziehen muss. Der 1nF-Kondensator soll Spikes am Eingang unterdrücken, wie sie besonders gern bei niedrigen Drehzahlen von einigen Lüftern erzeugt werden.
  
 
• Der PIC nimmt die Impulse am Pin RB3 entgegen. Das ist der Eingang des Capture-Moduls.
  
 
• Der Wert der Widerstände R9..R12 ist unkritisch und darf im Bereich von 1k bis 4,7k liegen.
  
 
• R1..R8 bestimmen die Helligkeit der Anzeige. Sie sind so zu wählen, das der Strom durch einen dieser Widerstände 25 mA nicht übersteigt. Mir genügt die Helligkeit mit 220 Ohm, aber ein Absenken auf 180 Ohm ist mit einer roten LED-Anzeige möglich. Bei grünen Anzeigen (mit höherer Flussspannung) sind auch kleinere Widerstanswerte denkbar.
  
 
• Als LED-Anzeige kann jede 7-Segment-LED-Anzeige mit gemeinsamer Anode verwendet werden. Die Zuordnung der Segmente zu den Buchstaben A..H (und damit zu den PIC-Pins) ist für Unkundige im Assemblerquelltext beschrieben.
  
 
• Als Treibertransistoren kommen alle pnp-Typen in Frage, die 200 mA treiben können, z.B. der preiswerte BC328.
  
 
• Als Taktquelle für den PIC empfehle ich einen 4-MHz-Keramikresonator.Die Verwendung anderer Taktfrequenzen als 4 MHz führt zu Messfehlern!
  
 
• An die Stabilität der Betriebsspannungen werden keine großen Ansprüche gestellt (+5V,  +/- 20%).

Eine Siebung der Betriebsspannung mit einem Elko (ca. 100µF) und einem Keramikkondensator (100nF) ist selbstverständlich, und deshalb im Stromlaufplan nicht extra enthalten.
Die Stromaufnahme der Schaltung wird durch den Stromverbrauch der LED-Anzeige bestimmt, und schwankt zwischen 20 mA und 150 mA

Ich verwende einen PIC-Takt von 4 MHz, damit ich für das Capture-Modul einen vergleichsweise geringen Zähltakt von 125 kHz realisieren kann. Die niedrigste messbare Lüfterdrehzahl ist 229 rpm. Kleine re Drehzahlen führen dazu, dass der 16-Bit Zähler des Capture-Modules überläuft, bevor der Luefer zwei Umdrehungen abgeschlossen hat.

Zur Messung der Periodendauer verwende ich das Capture-Modul. Es besteht im Wesentlichen aus dem Timer1, der hier mit 125 kHz getaktet wird. Dieser Takt wird aus dem 4-MHz-PIC-Takt gewonnen, indem er erst durch 4 (Zyklustakt) und dann durch 8 (Vorteiler des Timer1) geteilt wird. Beim Eintreffen eines Pulses vom Tachosignal wird der Timer1 per Software auf 0 gesetzt. Dann zählt er mit 125 kHz. Alle 8 Mikrosekunden erhöht sich der Wert des Timers um 1.

Um ein stabiles Messergebnis  zu erhalten, wird nicht der Abstand zweier benachbarter Tachopulsen gemessen, sondern die  Gesamtdauer von 4 Perioden. Das erreicht man durch die Verwendung des 4:1-Vorteilers des Capture-Einganges. Nach 4 Eingangsimpulsen wird der Timer1 (via Capture Modul) ausgelesen. Das erfolgt also nach 2 Lüfterumdrehungen.

Um aus diesem Messwert die Drehzahl in UPM (Umdrehungen pro Minute) zu berechnen, muss der Reziprokwert des Zählergebnisses berechnet werden, und dieser Wert mit 15.000.000 (15 Millionen) multipliziert werden (1 Minute / 8 µs * 2 = 15.000.000). 

Eigentlich ist es also völlig ausreichend, den Wert 15000000 durch den Messwert zu dividieren. Dass könnte durch wiederholte Subtraktion des Messwertes von 15000000 erfolgen, bis 0 erreicht wird. Dafür benötigt man nur 24-Bit-Subtraktionen. Dieses Verfahren funktioniert zwar, ist aber leider recht langsam. Für eine 4-stellige Drehzahl sind bis zu 10000 Subtraktionen erforderlich. Dafür reicht die im Programm zur Verfügung stehende Zeit (4 ms) nicht aus. Es muss deshalb eine "echte" Divisionsroutine verwendet werden. Ich benutze die Ganzzahldivision aus der Microchip-Bibliothek AN617. Die benötigt für eine Division weniger als 1000 Zyklen, was bei einem 4MHz-Takt knapp 1 ms entspricht. (Ich habe versehentlich die Routine für vorzeichenbehaftete Zahlen genommen, die Routine für nichtvorzeichenbehaftete Zahlen würde es auch tun.)

Beispiel:
Die Drehzahl sei 3000 rpm. Der Pulsabstand beträgt bei Zwei Pulsen pro Umdrehung folglich  1 / (2 x 3000) Minute = 10 ms. Vier Pulse benötigen folglich 40 ms.
Das Capture-Modul zählt mit seinem 8 µs-Takt in diesen 40 ms bis zum Wert 5000. (40000µs / 8µs = 5000)
Wird 15000000 durch 5000 dividiert, erhält man 3000. Dieser Wert wird angezeigt (Anzeige: '3000'), er entspricht der Drehzahl in UPM.  

Die niedrigste messbare Drehzahl ist 229 rpm. Bei kleineren Drehzahlen läuft der 16-bittige Timer1 während der Messsung über. Die vierstellige Anzeige begrenzt die darstellbare Drehzahl nach oben auf 9999 rpm. Per Software begrenze ich die Anzeige auf maximal 9765 UPM, um Rechenproblemen aus dem Weg zu gehen. Das ist ausreichend.

1. mit Capture-Modul im 8-µs-Takt zählen, bis von Lüfter 4 Impulse kamen (Interrupt),
   
während dieser Zeit letztes Messergebnis an LED-Display anzeigen
2. Timer1 auf 0 zurücksetzen
3. falls Timer1 übergelaufen ist, dann zurück zum Punkt 1 (Drehzahl zu klein)
4. 16-Bit-Zählwert des Capture-Moduls auslesen
5. falls Zählwert kleiner als 1535 ist, dann zurück zum Punkt 1 (Drehzahl zu hoch)
6. 15000000 ganzzahlig durch den Zählwert teilen
   
7. Divisionsergebnis in BCD wandeln (4-stellig)
8. BCD-Wert an Anzeigeroutine übergeben
9. zurück zum Punkt 1

Die Anzeige erfolgt multiplex mit 5 Takten (4 Anzeigetakte und 1 Rechentakt). Jeder Takt ist ca. 4 ms lang, um eine flimmerfreie Anzeige zu gewärleisten (49 Hz). Das Umschalten von Takt zu Takt wird mit einem Timer realisiert. Dazu wird der Timer0 mit dem PIC-Zyklustakt (4MHz / 4 = 1MHz) über den internen 16:1 Vorteiler gespeist. Immer nach 256 x 16 Zyklen (~4 ms) läuft der Timer0 über, und setzt das T0IF-Flag. Das wird vom Hauptprogramm durch Polling erkannt, und zur nächsten Anzeige-Stelle weitergeschaltet.
Nach 4 Anzeigetakten (für die vier Stellen) wird in einem 5. Takt die Drehzahl neu berechnet, falls inzwischen ein neuer Messwert eingetroffen ist.

Nach dem Einschalten bleibt das Display zunächst dunkel, es wird nur der hinterste Dezimalpunkt eingeschaltet (sozusagen als Lebenszeichen). Nach dem Eintreffen der ersten Impulse vom Sensor schaltet die Anzeige zur normalen Betriebsart um, und der hinterste Dezimalpunkt verlischt.

Hinter der hunderter-rpm-Stelle (also der mittleren LED-Stelle) wird der Dezimalpunkt eingeschaltet, wenn Messwerte vom Sensor eintreffen. Dieser Dezimalpunkt flackert also normalerweise. Bei sehr hohen Drehzahlen (>40000 rpm) leuchtet der Punkt dauerhaft. Falls keine Messung erfolgt, oder die Eingangsfrequenz zu niedrig ist, bleibt der Punkt dunkel.
Überschreitet die gemessene Drehzahl das obere Limit von 9999 rpm, dann zeigt das Display '--.--' an.
Unterhalb von 230 rpm zeigt das Display '  --' an, Der Dezimalpunkt ist dann also aus.

Führende Nullen werden nicht angezeigt. Bei einer Drehzahl von 600 rpm wird also anstelle von '0600' lediglich '  600' angezeigt.

• der Assemblerquelltext zusammen mit dem fertig assemblierten HEX-File (12 kByte)