Oblikovanje časovnih intervalov z digitalnimi števci. Merjenje časovnih intervalov. Prikaz zasnove naprave
Manjša velikost in večja zmogljivost kot prejšnja generacija števcev GT658 naredijo novo merilnik časa podjetje GuideTech primeren za še širše aplikacije.
Merilniki GuideTech so enostavno razširljivi in \u200b\u200bdelujejo v modularnih sistemih. To jim omogoča uporabo v različnih rešitvah CTIA, ki temeljijo na PCI, PCIe, PXI, PXIe, pa tudi v integriranih sistemih (ISS).
Časovna ločljivost:
Model GT668-1 \u003d 0,9 pS
Model GT668-2 \u003d 1,8 pS
Model GT668-15 \u003d 15 pS
Model GT668-40 \u003d 40 pS
Časovnik GT668 - resničen preboj v tehnologiji merjenja hitrosti in preskusov. Zahvaljujoč močni tehnologiji neprekinjenega časovnega žigosanja je odpravljena potreba po pomožnih sprožilcih, označevalcih predlogov in časovnih krogih za obnovitev.
Z merilnikom časa GuideTech lahko v nekaj milisekundah preverite serijsko zmogljivost in dokončate analizo tresenja, hitro in samodejno izmerite zmogljivost ter opravite preglede v visoko natančnih proizvodnih okoljih na kateri koli platformi ATE, vključno z poceni domačimi instrumenti.
Kartici GT668 PXI in PXIe je mogoče razširiti na 34 enostranskih vhodnih kanalov z enim ohišjem 3U PXI & PXIe.
GT668 lahko meri frekvenco, obdobje, impulzno širino, fazni zamik, Tpd, čas vzpona / padca, časovno napako, 1 PPS, tresenje, fazno zaklepanje in tresenje ure, spektralno modulacijo in še več.
Ohišje GuideTech GT668 PXI 3U je industrijsko razširljiva platforma, ki zagotavlja 100 MHz visoko natančnost s kalibracijo, nadzorovano z NIST, da ustvari optimalne testne sisteme po nizki ceni.
Področje uporabe:
- Nadzor 1 PPS
- Hitri industrijski števec
- Laboratorijske in znanstvene raziskave
- Sprememba trajanja impulza
- Vezja fazne blokade in frekvenčna modulacija
- Allan variance
- Merjenje frekvence, tresenja in faznega premika
- Polprevodniški ATE
- Sinhronizacija radarskih, laserskih in ultrazvočnih sistemov
- Časovni prenos podatkov
- Realni čas, časovni žigi
Programska oprema:
- Programski paketi in API
- Windows 32-bitni, 64-bitni
- 32-bitni, 64-bitni LINUX
- NI LabVIEW
- Python
- Java
- Razvoj / podpora programske opreme po meri
Lastnosti:
- Zelo nizka raven hrupa
- Visoka natančnost, prilagodljivost in hitrost merjenja (4M m / s na kanal)
- Dva programabilna izhoda
- UTC sinhronizacija z 1 PPS
- Vgrajena krmiljena časovna premica NIST
- Neposreden prehod z znanstvenega laboratorijskega sistema na instrument, pripravljen za proizvodnjo
- Preprosto se širi in ustvarja zapletene sisteme PXI / PXIe z do 17 karticami / 34 kanali za sinhronizacijo
- Preprosto se ujema s sistemi ATE
Obstajata dve glavni metodi za merjenje obdobja in časovnih intervalov:
Oscilografsko;
Elektronsko štetje.
Merjenje časovnih intervalov z osciloskopom izvedemo na oscilogramu preiskovane napetosti z linearnim zamahom. Zaradi pomembnih napak pri štetju začetka in konca intervala ter zaradi nelinearnosti pometanja je skupna napaka pri merjenju časovnih intervalov nekaj odstotkov. Veliko manjša napaka je značilna za specializirane metre časovnih intervalov s spiralnim pometanjem.
Trenutno so najpogostejše metode elektronskega štetja za merjenje obdobja in časovnega intervala. Glavni so:
Digitalna metoda za merjenje časovnih intervalov;
Metoda interpolacije;
Vernierjeva metoda.
Digitalna metoda za merjenje časovnih intervalov
Načelo merjenja obdobja harmoničnega signala z digitalno metodo z digitalnim merilnikom frekvence je razloženo na sl. 17.1, ki prikazuje blokovni diagram naprave v načinu merjenja obdobja harmoničnega nihanja in časovne diagrame, ki ustrezajo njenemu delovanju.
Merjenje časovnega intervala T x digitalna metoda temelji na polnjenju z impulzi po vzornem obdobju O približnoin štetje števila M x teh impulzov.
Vsi elementi naprave in njihovo delovanje so bili analizirani v vprašanjih, povezanih z merjenjem frekvence. Strukturna sestava referenčnega frekvenčnega generatorja pri merjenju obdobja je obravnavana spodaj.
Slika: 3.6. Digitalna metoda za merjenje časovnih intervalov: a - blok diagram; b - časovni diagrami
Harmonični signal, pika T x ki ga želite izmeriti po prehodu skozi vhodno napravo VU (u 1 - izhodni signal WU) in oblikovalec impulzov F2 pretvori v zaporedje kratkih impulzov u 2 s podobnem obdobju. V napravi za tvorbo in nadzor UFD se iz njih tvori strobo pulz in hpravokotna oblika in trajanje T xprihaja do enega od vhodov izbirnika časa Sonce Kratki impulzi se pošljejo na drugi vhod tega izbirnika u 4 z zglednim obdobjem spremljanja T o,ustvaril oblikovalec F1 od nihanj generatorja referenčne frekvence GOCH.
Izbirnik časa Sonce poda na pult MF M x štetje impulzov u 4 za čas T xenako trajanju strobo pulza in h... Merjeno obdobje T x, kot izhaja iz sl. 17,1, b,
T x = M x T približno + Δt d,(3.6)
kje Δt d = Δt do - Δt n - splošna napaka pri diskretizaciji; Δt nin Δt do - napake pri diskretizaciji na začetku in koncu obdobja T x.
Brez upoštevanja napak v formuli (17.1) Δt d število impulzov, ki jih prejme števec M x \u003d T x/O približno, izmerjeno obdobje pa je sorazmerno z M x
T x = M x T približno. (3.7)
Izhodna koda števca Srednje, digitalno branje UCI, ustreza številu štetje impulzov, ki jih je preštel M xin odčitki TES- obdobje T x, od obdobja ponavljanja štetje impulzov in 5 izberemo iz razmerja T približno \u003d 1 - nkje p - celo število. Tako na primer za p = 6 UCO prikaže številko M x, ki ustreza obdobju T xizraženo v μs.
Napaka merjenja obdobja T x, kot pri merjenju frekvence, ima sistematične in naključne komponente.
Sistematična komponenta odvisno od stabilnosti δ kvadratnih metrov zgledno pogostost GOCH (njegov kristalni oscilator) in naključen je v glavnem določena z napako vzorčenja Δt dobravnavano zgoraj. Primerno je upoštevati največjo vrednost te napake z enakovredno spremembo števila pulznih števcev M x za ± 1.
Kamor največja absolutna napaka vzorčenja lahko določimo z razliko med dvema vrednostima obdobja T xdobljeno s formulo (17.2) pri M x± 1 in M x in je enako Δ T x \u003d± O približno.
Ustrezni največja relativna napaka
δ = ± Δ T x / T x \u003d ± 1 / M x \u003d ± 1 / ( T x f približno),
kje približno = 1/ O približno - vrednost vzorčne frekvence generatorja GOCH.
Na merilno napako vpliva tudi šum v kanalih strobo-pulzne tvorbe. in 3 in štetje impulzov in 4 (slika 17.1, in), uvajanje časovne modulacije v njihov položaj po naključnem zakonu. Vendar pa je v resničnih napravah z velikim razmerjem signal-šum hrup merjenja zaradi vpliva šuma zanemarljiv v primerjavi z vzorčno napako.
Skupna relativna merilna napaka obdobja se določi v odstotkih s formulo
(3.8)
Iz izraza (17.3) izhaja, da zaradi napake pri diskretizaciji merilna napaka obdobja T x se z njegovim zmanjšanjem močno poveča.
Večjo natančnost merjenja lahko dosežemo s povečanjem frekvence približno frekvenčni glavnik generatorja (z množenjem frekvence njegovega kristalnega oscilatorja v Ku krat), tj. s povečanjem števila pulznih števcev M x. Za isti namen se v vezje po vhodni napravi vstavi frekvenčni delilnik preučenega signala s faktorjem delitve TO (na sliki 17.1, inni prikazano). To zahteva merjenje TO obdobja T x in v TO krat se relativna napaka vzorčenja zmanjša.
Napako vzorčenja je mogoče zmanjšati in merilna metoda z več opazovanji... Vendar to znatno poveča čas merjenja. V zvezi s tem so bile razvite metode, ki z bistveno manjšim povečanjem časa merjenja zmanjšajo napako vzorčenja. Tej vključujejo: metoda interpolacije, nonierjeva metoda.
Interpolacijska metoda
Interpolacijska metoda je v tem, da se poleg celoštevilskega števila obdobij štetje impulzov, ki zapolnjujejo izmerjeni časovni interval, upoštevajo tudi delni deli obdobja, zaprti med referenčnim in prvim štetjem impulzov, ter med zadnjim štetjem impulza in intervalom.
Merjenje časovnih intervalov z metodo interpolacije je razloženo na sl. 17.2.
Slika: 3.7. Merjenje časovnega intervala z interpolacijo in - izmerjeni interval, b - štetje impulzov, c - izhodni impulzi ekspanderja, r -skupine štetje impulzov, ki odražajo daljše intervale
Naj se izmeri časovni interval T x, katerih začetek in konec sta določena z dvema impulzoma in n in in do, (slika 17.2, in). Predpostavlja se, da začetek izmerjenega intervala ni sinhrono povezan s števčnimi impulzi, prikazanimi na sl. 17,2, a, b.
Za zmanjšanje komponent vzorčne napake ( Δt nin Δt do) na začetku in koncu intervala T xki ustrezajo tem napakam, se intervali podaljšajo za TO krat in vsak se meri s polnjenjem s štetjem impulzov. Ob upoštevanju netočnosti ekspanderjev se v praksi podaljšajo daljši intervali, na primer intervali τ 1 = 2O približno - Δt n in τ 2 = 2O približno – Δt do (Slika 17.2, c). Ekspanderji so zgrajeni z običajnim načinom polnjenja in praznjenja kondenzatorja z različnimi hitrostmi.
Na sl. 17,2, v prikazani so izhodni impulzi ekspanderja in k1 in in k2,definiranje konca podaljšanih intervalov, sami podaljšani intervali pa so označeni z k 1 τ 1 in k 2 τ 2.
Razširjeni razmik kot tudi razmik τ približno med koncema impulzov τ 1 in τ 2 digitalno izmerjeno s kanali, ki vsebujejo izbirnik časa in števec. Številčni impulzi, prejeti na vhodu vsakega števca pri merjenju podaljšanih intervalov, so prikazani na sl. 17,2, g. Izmerjeni intervali, kot sledi iz sl. 17.2 lahko predstavimo kot
k 1 τ 1 \u003d N 1 T približno + Δt k1; k 2 τ 2 \u003d N 2 T približno + Δt k2; τ približno \u003d N o T približno, (3.9)
kje do 1 in do 2 - faktorji ekspanzije; N o, N 1in N 2 - število štetje impulzov, ki so zapolnili označene intervale, in Δt k1 in Δt k2- diskretizacijske napake pri merjenju podaljšanih intervalov.
Sl. 17.2 je tudi vidno, da iskani interval
T x = τ približno + τ 1 - τ 2.
Nadomestitev parametrov v ta izraz τ približno, τ 1 in τ 2izračunano po (17.4), ugotovimo, da
T x = N O T o + (N 1 Т о + Δt к1)/do 1 – (N 2 T približno + Δt k2)/do 2. (17.5)
Če so raztezni koeficienti enaki ( do 1 = do 2 = do), dobimo
T x = O približno [Št+(N 1 – N 2)/do+(Δt k1 – Δt k2)/do]. (3.10)
Napake pri vzorčenju Δt k1 in Δt k2imajo enakomerno porazdelitev z omejitvami 0 ... O približnoin njihova razlika Δt k1 – Δt k2 porazdeljeno po trikotnem zakonu z mejami ± O približno... torej največja napaka vzorčenja pri merjenju intervala T x enako O približno/do in se zmanjšuje s povečanjem koeficienta raztezanja k. Vendar je v praksi ta koeficient izbran 128 ali 256, saj se z njegovim nadaljnjim povečanjem napaka razteznikov intervalov znatno poveča.
Vernierjeva metoda
Ena izmed sort interpolacijske metode je nonierjeva metoda, ki se pogosto uporablja v tehniki merjenja linearnih dimenzij. Merilniki časovnih intervalov načeloma zmanjšajo napake na začetku in koncu štetja. Vendar se v večini naprav štetje impulzov sinhronizira z začetkom časovnega intervala in zmanjša se le končna napaka.
Blokovni diagram merilnika časovnega intervala s štetjem noniurja je prikazan na sliki. 17,3, in.
Utrip in n začne se zagon časovnega intervala generator impulzov s šok vzbujanjem in afekti sprožilec 1... Sprožilni izhodni impulz se odklene izbirnik 1 in začne se štetje impulzov s piko O približno. Impulz in do konec intervala sprožilec 1 premakne se v začetni položaj in štetje se ustavi. Števec popravi številko N, večkratnik celotnega števila obdobij štetja impulzov. Na koncu časovnega intervala nastopi začetek generator impulzov nonierja, hkrati z impulzom sprožilec 2 odpre izbirnik 2. Nonijev impulz s piko
T n = (n - 1) T o / n,
kje p - nekaj celih števil, se napajajo na števec impulzov nonirje in na shema ujemanja.
Slika: 3.7. Vernierjeva metoda za merjenje časovnih intervalov: a - blok diagram; b - časovni diagrami
Sčasoma se interval med sosednjima impulzoma štetja in zaporedja nonirjev zmanjšuje in pri svoji najmanjši vrednosti se impulzi začnejo prekrivati. Sproži se naključno vezje, katerega impulz vpliva izbirnik 2 in vodi do prenehanja štetja na nonirjevem kanalu. Števec impulzov nonierja beleži število impulzov nonierja k.
Kot je razvidno iz sl. 17.3, b, lahko izmerjeni časovni interval predstavimo kot vsoto
T x = NT približno + Δt do, (3.11)
Δt do = kT približno – kТ n– Δt kn \u003d kT o / p– Δt kn, (3.12)
Δt kn - napaka zaradi nenatančnega sovpadanja čelnih impulsov štetja in nonirja.
Z nadomestitvijo (17.8) v (17.7) dobimo
T x = NT približno + kT o / p– Δt kn, (3.13)
Številka k označuje trajanje intervala Δt doizraženo v delih obdobja O približno... Količina T o / nimenovan korak nonirja.
Čitalnik naprave je povezan z obema števcema tako, da je številka N je določen v najpomembnejših številkah in k - pri mlajših. Običajno p \u003d 10 m, kjer m \u003d\u003d 1 ali 2, potem se vrednost šteje od najmanj pomembnih bitov bralne naprave Δt do v desetink ali stotink O približno.
Naj npr O približno \u003d 100 ns, T n\u003d 99 ns, a T x \u003d 1813 ns. Odštevanje najpomembnejših bitov bralne naprave bo enako 18 in interval Δt do bo 13 ns. Naključje impulzov se bo zgodilo, ko bo enakost 13 \u003d k100 – k99 od koder je odštevanje najmanj pomembnih številk k \u003d\u003d 13. Skupno število je 1813, kar ustreza trajanju izmerjenega intervala v nanosekundah.
Impulzi nonierja in štetja se običajno tvorijo iz sinusnih napetosti, ki jih proizvajajo oscilatorji s kremenčevo stabilizacijo. Zaradi nestabilnosti nivojev formacije obdobja štetja in nonirjev impulzov nihajo okoli povprečnih vrednosti O približnoin T. n. Z velikim številom p to lahko privede do lažnih ujemanj. Nestabilnost začetne faze generatorja impulzov nonierja ima enak učinek. Ti dejavniki omejujejo natančnost merjenja.
V tem članku je bila razvita naprava za merjenje časovnih intervalov. Po dodelitvi je lahko časovni interval med 1ms - 32C.
Za merjenje časovnega intervala med dvema dogodkoma je treba izmerjeni interval "napolniti" z impulzi in nato prešteti število impulzov.
Ko se nanaša na mikrokrmilnik, to pomeni:
Z definiranjem dogodka, ki ustreza začetku časovnega intervala, zaženite "generator", ki proizvaja zaporedje impulzov določenega trajanja,
Razporedite štetje impulzov za določeno zaporedje,
Ko se dogodek ujema s koncem časovnega intervala, ustavite "generator"
- "izda" vrednost števila impulzov na določena vrata,
- "ponastavi" vrednost števca impulzov
Funkcionalni diagram merjenja časovnih intervalov
Opis algoritma naprave.
Na začetku programa so navedeni vsi vektorji prekinitev tega procesorja, prva prekinitev je ponastavitveni vektor (rjmp RESET).
V tej podprogramu se inicializirajo potrebna obrobna vozlišča mikrokrmilnika, in sicer:
Vrata A so konfigurirana za izhod
Vrata C so konfigurirana za izhod
Pristanišče D nastavljiv za vnos
Nastavljiva prekinitevint 1 (prekinitev padca)
Nastavljiva prekinitevint 0 (prekinitev roba)
Določen je vrh sklada
Inicializacijski del programa se konča z ukazomSEI - dovoljenje za prekinitve dela
Ob prihodu impulzne fronte (na izhoduint 1 (PD 3)), se ustvari prekinitevint 1, števec ukazov "preide" iz glavnega cikla v vektorsko tabelo prekinitev na naslovu $ 0004, obstaja ukaz, da greste do obdelovalca prekinitevEXT _ INT 1.
V rutini obdelave prekinitev se prilagodi števec časovnika T0.
Časovnik je nastavljen na primerjalno številko (125), vrednost prednapenjalnega sredstva (8) in način delovanja (ponastavitev po naključju). To pomeni, da se bo vrednost v števcu povečala za osem ciklov delovanja procesorja. Ko doseže 125, (125 * 8 \u003d 1000, z urno frekvenco 1MHz, časovno obdobje doseže 1 μs, 1000 μs - 1 ms), bo prišlo do prekinitve T0 naključja. Tako bo T1 vsakih 1 ms sprožil prekinitev. Ekipareti , se obravnava prekinitev konča, programski števec se vrne v glavno zanko (kjer je bila prekinitev).
Vsak 1msT0 sproži prekinitev TIM0_COMP. V tej prekinitvi se izvede ena operacija - povečanje registraZ na enoto. Tu se konča prekinitev.
Ko impulz upade (na zatiču int0 (PD2)), se ustvari prekinitev int0. V tej podprogramu je vsebina registra indeksaZ se kopira v vrata (A in C), nato se vsebina registra štetja ponastavi na nič, čemur sledi števec časovnika T0 (0 se zapiše v nadzorni register števca). S tem se konča prekinitev.
Osnovni električni diagram
Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja preprosto. Uporabite spodnji obrazec
Študenti, podiplomski študentje, mladi znanstveniki, ki pri svojem študiju in delu uporabljajo bazo znanja, vam bodo zelo hvaležni.
Objavljeno na http://www.allbest.ru/
Tečajna naloga
na to temo: " Oblikovanje inmerilecjaz časovni interval»
Izpolnil: Pashko A.N
skupina ES-52
Preverjeno:Protasova T.A.
ODobsedenost
Uvod
1. Metode za merjenje časovnih intervalov
2. Razvoj strukturnih in funkcionalnih shem naprave
3. Razvoj shematskega diagrama naprave
3.1 Izbira osnove elementov
3.2 Oblikovanje shem za izbiro robov časovnega intervala
3.3 Zasnova generatorja
3.4 Zasnova frekvenčnih delilnikov
3.5 Sinteza odštevalnega števca BCD z 8421 + 6 štetjem na D-japonkah
3.6 Prikaz zasnove naprave
3.6.1 Sinteza pretvornika kode
3.6.2 Sinteza vzporednega registra z enofaznim sprejemom podatkov
3.7 Načrtovanje vzporednega pretvornika
3.8 Zasnova krmilne naprave
3.8.1 Sinteza števca s pretvorbenim faktorjem 16
3.8.2 Oblikovanje vezja za ponastavitev
3.8.3 Zasnova zakasnilne črte
Zaključek
Seznam referenc
Uvod
Digitalno vezje je veja znanosti, tehnologije in proizvodnje, ki je povezana z razvojem, raziskovanjem, načrtovanjem in izdelavo elektronskih sistemov, kjer se pretvorba in obdelava informacij odvija po zakonu diskretne funkcije. Industrijski razvoj digitalnih vezij ima dve smeri: energija (energija), povezana s pretvorbo enosmernih in izmeničnih tokov za potrebe metalurgije, električne vleke, elektroenergetike in informacij, ki vključuje avdio in video opremo, telekomunikacije, merjenje, nadzor in regulacijo tehnoloških proizvodnih procesov znanstvene raziskave na tehničnem in humanitarnem področju.
Izmenjava informacij v elektronskih sistemih se izvaja s pomočjo signalov. Nosilci signala so lahko različne fizikalne veličine - tokovi, napetosti, magnetna stanja, svetlobni valovi. Dodelite analogne (neprekinjene) in diskretne signale.
Diskretne signale je lažje shraniti in obdelati ter so manj nagnjeni k popačenju. Takšna izkrivljanja je lažje prepoznati in popraviti. Zato se diskretni signali v praksi pogosteje uporabljajo kot neprekinjeni. Obstajata dve vrsti ločenih signalov. Prvo dobimo med vzorčenjem po nivojih ali v času neprekinjenih signalov; drugi - v obliki nabora kodnih kombinacij znakov, številk ali besed.
Pretvorba neprekinjenega informacijskega nabora analognih signalov v diskretni niz se imenuje vzorčenje. Druga predstavitev v obliki besednih kombinacij je bolj univerzalna in razširjena. Uporablja se za kodiranje človeškega govora na papirju, v matematiki in digitalni elektroniki.
Verjetno bo v bližnji prihodnosti digitalna elektronika zavzela monopol na trgu elektronskih sistemov in naprav. Danes so digitalni osebni računalniki in krmilniki praktično nadomestili analogne elektronske računalnike. Enako se zgodi z radijsko komunikacijsko opremo, radijskim oddajanjem in televizijo (televizorji, radijski sprejemniki, video snemalniki, zvočni posnetki, fotografska oprema).
Digitalna tehnologija načeloma ne bo mogla popolnoma nadomestiti analogne tehnologije, ker so fizični procesi, iz katerih elektronski sistem prejema informacije, analogne narave; v tem primeru so na vhodu in izhodu potrebne digitalno-analogne in analogno-digitalne naprave.
Digitalno vezje je veja znanosti, tehnologije in proizvodnje, ki je povezana z razvojem, raziskovanjem, načrtovanjem in izdelavo elektronskih sistemov, kjer se preoblikovanje in obdelava informacij izvaja po zakonu diskretne funkcije. Industrijski razvoj digitalnih vezij ima dve smeri: energija (moč), povezana s pretvorbo enosmernega in izmeničnega toka za potrebe metalurgije, električne vleke, električne energije in informacij, ki ima v lasti avdio in video opremo, telekomunikacije, merjenje, nadzor in regulacijo tehnoloških procesov znanstvene proizvodnje. raziskave na tehničnem in humanitarnem področju.
Digitalna merilna naprava je merilni instrument, pri katerem je vrednost izmerjene fizikalne veličine samodejno predstavljena kot število, inducirano na digitalni bralni napravi, ali kot niz diskretnih signalov - koda.
1 . Metode merjenja časa
Za prikaz informacij obstajajo naslednje metode elektronskega merjenja časovnih intervalov:
Oscilografsko;
Digitalno.
Digitalne metode za merjenje časovnih intervalov vključujejo:
Metoda zaporednega štetja;
Metoda zapoznelega ujemanja;
Nonierjeva metoda;
Metode z vmesno transformacijo.
Upoštevajmo značilnosti vsake od naštetih merilnih metod.
Bistvo metoda zaporednega štetja je sestavljen iz predstavitve izmerjenega intervala f mer v obliki zaporedja določenega števila impulzov, ki si sledijo z določenim časovnim intervalom f o. Število impulzov tega zaporedja, imenovano kvantiziranje, se uporablja za presojo trajanja intervala. Število impulzov zaporedja kvantiziranja je digitalna koda časovnega intervala f mer. Slika 1.1 prikazuje časovni diagram za zaporedno štetje.
Slika 1.1 - Časovni diagram za zaporedno štetje
a) impulzi zaporedja kvantiziranja;
b) impulzi, ki določajo začetek in konec izmerjenega časovnega intervala;
c) krmilni impulz;
d) impulzi na vhodu izbirnika
Naprava, ki izvaja to metodo, se imenuje serijski števec. Funkcionalni diagram naprave je prikazan na sliki 1.2. Algoritem njegovega dela je naslednji. Izbirnik časa sprejema impulze od generatorja zaporedja kvantiziranja. Izbirnik časa nadzoruje pravokotni impulz, katerega trajanje je enako izmerjenemu intervalu f mer. Krmilni impulz generira enota za oblikovanje.
Slika 1.2 - Funkcijski diagram serijskega števca
V prisotnosti krmilnega impulza skozi izbirnik prehajajo impulzi zaporedja kvantiziranja, ki jih števec nato registrira.
Pomanjkljivost te metode je v mnogih primerih pomanjkanje natančnosti. Za izboljšanje natančnosti je treba zmanjšati interval φ o ali na nek način upoštevati intervale Df 1 in Df 2. Zmanjšanje intervala φ o zahteva povečanje hitrosti pretvorbenih shem, kar je težko izvesti. Interval Df 1 lahko zmanjšate na nič, če sinhronizirate impulze zaporedja kvantiziranja z začetnim impulzom. Obstajajo različne metode za upoštevanje intervala Dph 2.
Vernierjeva metoda... Metoda nonierja je našla široko uporabo v tehniki merjenja časovnih intervalov, tako kot sredstvo za zmanjšanje napake pretvornikov zaporednega štetja kot neodvisna metoda za izdelavo nekaterih merilnih naprav.
Na sliki 1.3 je prikazan funkcionalni diagram merilnika časovnega intervala z noniersko metodo za zmanjšanje napake Df 2 in s sinhronizacijo zagonskega impulza (Df 1 \u003d 0).
Slika 1.3 - Funkcionalni diagram merilnika časovnih intervalov po metri nonierja
Shema deluje na naslednji način. Impulzi generatorja zaporedja kvantiziranja se napajajo na vhode naključnih vezij in na vhod frekvenčnega delilnika. Frekvenčni delilnik generira impulze, ki so sinhroni z zaporedjem kvantiziranja in se uporabljajo za sprožitev preskušanih naprav. Istočasno impulzi delilnika odprejo naključno vezje, katerega izhodne impulze zabeleži grob števec.
Generator impulzov nonierja sproži zaustavitveni impulz. Impulzi, ki jih ustvari s piko
φ in \u003d (n-1) / n,
kjer je n celo število, prispejo do drugega vhoda naključnega vezja in jih istočasno zabeleži natančen števec.
Po določenem časovnem obdobju se bodo impulzi zaporedij kvantiziranja in nonirja, odvisno od trajanja odseka f 0 -Df 2, ujemali. Impulz naključnega vezja blokira impulzni generator impulza. Očitno je, da je število impulzov, ki jih zabeleži števec, sorazmerno s trajanjem odseka f 0 -Df 2.
Izmerjeni interval f mer lahko izrazimo kot
F mer \u003d (N-N n) f 0 + N n Df n, (1.1)
kjer je N - odčitki grobega števca;
N n - odčitki natančnega števca;
Дф n - nonierjev korak, enak f 0 / n.
Tako nonierjeva metoda omogoča zmanjšanje absolutne merilne napake na vrednost φ 0 / n. V tem primeru lahko vrednost n doseže precej velike vrednosti (več deset ali celo sto), kar je tisto, kar določa široko uporabo metode.
Uporaba metode nonierja za velike vrednosti n na vozliščih vezja postavlja številne zahteve, med katerimi so najpomembnejše:
visoka stabilnost frekvence zaporedja noniurja;
visoka stabilnost parametrov impulzov obeh zaporedij;
visoka ločljivost naključnih shem.
Pomembna pomanjkljivost metode nonierja je neprijetnost štetja rezultatov meritev na več zaslonih z naknadnimi izračuni.
TO metode z vmesno transformacijovključujejo način pretvorbe časa do amplitude in način pretvorbe časovne lestvice.
Metoda pretvorbe časa v amplitudouporablja se za odsek Df 2 v serijskem števcu. Slika 1.4 prikazuje funkcionalni diagram merilne naprave.
Algoritem naprave je naslednji. Impulzi kvantizacijskega zaporedja iz generatorja se napajajo na prve vhode naključnih vezij 1 in 2, ki jih preko drugih vhodov krmili sprožilec.
S prihodom zagonskega impulza se sprožilec prevrne, hkrati se odpre naključno vezje 2 in zapre naključno vezje 1. Obročno časovno vezje začne delovati, sestavljeno iz naključnega vezja 2 in števca.
Slika 1.4 - Funkcionalni diagram merilnika časovnega intervala glede na metodo pretvorbe časovne amplitude
Zaporni impulz vrne flip-flop v prvotni položaj, naključno vezje 2 se zapre in naključno vezje 1. Zavorni impulz istočasno prispe v pretvornik časovne amplitude in ga zažene. Prvi impulz iz izhoda naključnega vezja 1 ustavi pretvornik. V tem primeru se na izhodu pretvornika pojavi impulz, katerega amplituda je sorazmerna s trajanjem intervala med dvema impulzoma - zaustavitvenim impulzom in prvim impulzom iz izhoda naključnega kroga 1, to je sorazmerno z odsekom Df 2. Kot pretvornik časa do amplitude je najpogosteje uporabljen linearni žagasti napetostni generator, ki ga nadzorujeta dva impulza - zagon in zaustavitev.
Nadalje se impulz iz izhoda pretvornika napaja na vhod n-kanalnega amplitudnega analizatorja. V najpreprostejšem primeru je lahko amplitudni analizator izdelan v obliki n vzporedno povezanih integralnih diskriminatorjev z enako razporejenimi pragovi diskriminacije. Glede na amplitudo impulza na izhodu pretvornika bo na izhodu analizatorja pridobljen signal takšne ali drugačne oblike (vrsta signala je odvisna od vrste uporabljenega analizatorja), ki vsebuje informacije o trajanju intervala Df 2. Ta signal gre v enoto za dešifriranje in prikaz.
Metoda pretvorbe časovne osnove je v tem, da se trajanje izmerjenega intervala f mer pretvori v impulz trajanja kf mer, ki se izmeri s pretvornikom zaporednega štetja. Pretvorba časovne osnove se običajno izvede v dveh korakih. Prva med njimi je preoblikovanje tipa amplituda časa, druga - pretvorba tipa amplituda-čas. Slika 1.5 prikazuje splošni funkcionalni diagram merilne naprave. Začetni in končni impulz, interval f mer, med katerim želite meriti, se dovaja v pretvornik časovne lestvice. Impulz na izhodu pretvornika, ki ima trajanje kf mer, nadzoruje naključno vezje, ki med delovanjem tega impulza prenaša kvantiziranje impulzov iz generatorja na števec. Posledično so generator, naključno vezje in števec pretvornik zaporednega štetja, s pomočjo katerega se meri meritev intervala kf.
Slika 1.5 - Funkcionalni diagram merilnika časovnega intervala glede na metodo pretvorbe časovne lestvice
Za izmerjeni interval lahko pišete
f mer \u003d Nf 0 / k,
kjer je N število impulzov, ki jih zabeleži števec.
Tako obravnavana metoda omogoča merjenje majhnih časovnih intervalov, ne da bi se zatekali k hitrim shemam skaliranja.
Napako metode pretvorbe časovne lestvice določata predvsem vrednost in stalnost pretvorbenega faktorja k.
2 . Razvoj strukturnih in funkcionalnih diagramov naprave
intervalni detektor za merjenje časa
Strukturni diagram načrtovane naprave vključuje naslednje elemente:
Oblikovalec impulzov (PI) - generira krmilni signal, ki omogoča začetek štetja, ko prispe vodilni rob izmerjenega impulza. Ustavitev štetja, ko prispe zadnji rob izmerjenega impulza.
Clock generator (TG) - generira visokofrekvenčne impulze, potrebne za merjenje časovnega intervala, pa tudi impulze, potrebne za zagotovitev delovanja pretvornika kode, ki prenaša informacije v komunikacijski kanal.
Shema štetja impulzov ure (SPI) - šteje število impulzov, ki se prilegajo izmerjenemu časovnemu intervalu.
Krmilna enota (CU) - je potrebna za pravočasno usklajevanje delovanja vseh enot naprave.
Prikazna enota (BO) - potrebna za prikaz merilnega rezultata.
Vzporedno s pretvornikom serijske kode (PPC) - pretvori kodo za prenos v komunikacijski kanal.
Slika 2.1 prikazuje blokovni diagram digitalne merilne naprave, ki vključuje zgoraj opisane elemente.
Slika 2.1 - Blok diagram načrtovane naprave
Blokovni diagram naprave je sestavljen iz enote FI, ki ustvarja signale ob prihodu prednjega roba izmerjenega impulza in ob prihodu zadnjega roba. Signal, ustvarjen ob prihodu vodilnega roba, omogoča prehod urnih impulzov iz TG v SPI, ki šteje, ko prispejo urni impulzi iz TG. Ko prispe zadnji rob, impulzi s TG prenehajo prihajati na SPI in štetje se ustavi. Binarna kombinacija na izhodu SPI se glede na signal za omogočanje CU dovaja na vhode BO in PPK. Nadalje je rezultat merjenja prikazan v BO, v shemi PPK pa se binarna kombinacija pretvori iz vzporedne kode v serijsko kodo za nadaljnji prenos v komunikacijski kanal.
Zgradimo funkcionalni diagram merilne naprave.
Oblikovalec impulzov - generira signale, ki določajo začetek in konec izmerjenega časovnega intervala. Vključuje detektorje vodilne (generira signal, ki določa začetek impulza) in zadnje (signal konca impulza) fronte.
Iz robnih detektorjev se impulzi pošljejo sprožilcu, s pomočjo katerega se izbere zahtevani časovni interval.
Konjuktor vam omogoča, da omogočite ali onemogočite prehod urnih impulzov, ki jih generira generator.
Števec, potreben za štetje impulzov. Za zmanjšanje števila elementov pri izdelavi merilnika časovnega intervala bomo uporabili binarno-decimalni števec kot števec za štetje urnih signalov, ki deluje v skladu s kodo za izmenjavo z procesorsko napravo.
Tak števec bo serijsko vseboval enomestne števce BCD. Število binarnih števcev števca se določi po formuli:
Register za shranjevanje - zapomni si informacije, ki prihajajo iz števca impulzov, in vam omogoča tudi, da se izognete utripanju med prikazom rezultata štetja na indikatorju. To je posledica dejstva, da se branje informacij iz registra izvede šele po koncu štetja s strani števca.
Pretvornik kode, ki podatke iz registra za shranjevanje pretvori v obliko, primerno za decimalni indikator. Pogojno se od števca prejme koda, kot je 8421 + 6.
Digitalni decimalni kazalnik. Določimo zmogljivost indikatorske naprave po formuli:
kje D maks - največja vrednost izmerjene vrednosti, DD - natančnost merjenja.
Generator - generira pravokotne impulze dane frekvence, potrebne za štetje impulzov in prenos podatkov. V delu je uporabljen frekvenčni generator in dva frekvenčna delilnika za 3 in 50, na izhodih katerih so urne frekvence enake Hz in Hz.
Vzporedno s serijskim pretvornikom. Za izvedbo pretvornika kode se uporablja register z vzporednim vhodom in zaporednim izhodom informacij.
Bitna širina registra z vzporednim vnosom in zaporednim izhodom informacij se določi na podlagi dejstva, da so za prikaz vsakega decimalnega mesta potrebna 4 bita:
Krmilno vezje zagotavlja časovno usklajenost delovanja vseh enot naprave. Nadzira prenos informacij iz registra za shranjevanje na indikator in v komunikacijski kanal.
Na sliki 2.3 je prikazan funkcionalni diagram zasnovane naprave za štetje impulzov, ki deluje po naslednjem principu: v začetnem trenutku se signal dovaja na vhod DFT, ki generira impulz, ki prispe na vhod S v sprožilcu T, in tako nastavi svoj izhod Q v eno stanje, s čimer zagotavlja neprekinjeno dovajanje signala na logična vrata AND, na drugi vhod katerih se napaja signal iz frekvenčnega delilnika f / 3... Ko je izhod Q flip-flopa T signal visoke ravni, se urni impulzi iz generatorja pošljejo na števec. Če zadnji vhod impulza pride na vhod, DPF generira signal, ki gre na vhod R sprožilca T, in ga ponastavi, medtem ko izhod Q nastavi nizko raven signala, na vhodu elementa AND pa se pojavi logični "0", ki ne preskoči prehoda impulzov od generatorja - števec bo prenehal šteti.
Po prihodu impulza okoli zadnjega roba signala se vklopi vezje CU, ki generira signal, ki omogoča zapisovanje v register za shranjevanje in v pomik v register za izhod podatkov iz kazalnikov oziroma v komunikacijski kanal. Po tem CU prenese elemente naprave v začetno stanje (tj. Ponastavi), da nadaljuje z merjenjem trajanja drugih impulzov.
Slika 2.2 prikazuje blokovni diagram algoritma delovanja naprave.
Slika 2.2 - Blok diagram algoritma delovanja naprave
Naprava za merjenje časovnih intervalov deluje po naslednjem algoritmu.
Ko vodilni rob signala prispe na vhod naprave, se vklopi generator, ki skozi delilnik f/3 generira impulze s frekvenco f 1 \u003d 10000 Hz in daje urni signal za vklop števca, ki šteje število impulzov, dokler ne pride zadnji rob signala. Če števec preplavi, se vklopi še en števec, prejšnji pa izpiše rezultat štetja, ki je zapisan v pomnilniški register za prikaz na indikatorju in v vzporedni serijski register za prenos naprej v komunikacijski kanal. Če pride do prelivanja na prvem števcu, se vklopi drugi števec, če se na njem pojavi preliv, se vklopi tretji števec, če pa pride do prelivanja na tretjem števcu, zasveti indikator napake. Ko signal preneha prispevati na vhod, se urni impulzi iz generatorja ne napajajo na števec in krmilno vezje - števec ohrani svojo vrednost, dokler ne prispe naslednji signal.
Slika 2.3 - Funkcijski diagram naprave
3 . Razvoj shematskega diagrama naprave
3.1 Izbira osnov elementa
Za izdelavo naprave za merjenje časovnega intervala je treba izbrati vrsto mikrovezjev, na katerih bodo izvedeni vsi bloki naprave.
Izbrati je treba med glavnimi vrstami logik: TTL, ESL, MOS. Glede odpornosti proti hrupu so najprimernejši čipi serije TTL. ESR mikrovezja nimajo zadostne odpornosti proti hrupu, mikrovezja MOS pa imajo prekomerno odpornost proti hrupu in je njihova uporaba upravičena v napravah, katerih enote so izpostavljene večjim motnjam. Merilnik časovne reže ni taka naprava. Poleg tega je zasnovana naprava namenjena merjenju trajanja pozitivnih impulzov, mikrovezja ESL pa so negativna logična mikrovezja, za njihovo uporabo pa je treba uporabiti pretvornik nivojev, kar nekoliko oteži zasnovo naprave.
Kot primerjava glavne serije logičnih mikrovezjev TTL je bila izbrana serija KR1533, ki ima naslednje glavne parametre, prikazane v tabeli 3.1.
Tabela 3.1 - Osnovni parametri mikrovezjev serije KR1533
|
Parameter |
Vrednost |
|
|
Moči, mW |
||
Iz tabele 3.1 lahko sklepamo, da imajo mikrovezja serije KR1533 hitrost, ki zadostuje za načrtovano napravo, odpornost proti hrupu, faktor razvejanosti in dovolj majhno porabo energije. Poleg tega je funkcionalna sestava mikrovezjev te serije dovolj široka, kar je pomembno tudi v praktični uporabi.
Uporaba mikrovezjev drugih serij TTL skupaj z izbranimi serijami mikrovezjev je možna tudi brez uporabe pretvornikov nivoja signala.
3.2 Oblikovanje shem za izbiro robov časovnega intervala
Za nadzor trenutkov začetka in konca štetja impulzov iz generatorja ure je potrebna naprava, ki tvori začetni in končni impulz. Pri merjenju časovnih intervalov impulzov so takšne naprave robni detektorji. V skladu z nalogo za naloge je treba oblikovati napravo za merjenje trajanja impulza. S tem v mislih je za oblikovanje impulza štetja potrebno uporabiti detektor vodilnega roba, za oblikovanje impulza končnega števca pa detektor zadnjega roba.
Obstaja veliko vezij za detektorje vodilnega in zadnjega roba. Vsi imajo svoje prednosti in slabosti. V tej napravi je priporočljivo uporabiti detektorsko vezje, ki temelji na logičnih elementih. Ta shema je najpreprostejša zaradi pomanjkanja elementov za vezanje mikrovezjev. Tipično vezje detektorja vodilnega roba je prikazano na sliki 3.1.
Slika 3.1 - Detektor vodilnega roba
Načelo delovanja vezja je razloženo s časovnim diagramom na sliki 3.2.
Slika 3.2 - Časovni diagram detektorja prednjega roba
Kot je razvidno iz časovnega diagrama, se impulz na izhodu vezja pojavi v trenutku, ko se prikaže vodilni rob vhodnega impulza in traja nekaj časa. Trajanje izhodnega impulza je določeno s časom zakasnitve logičnih elementov, vključenih v detektor. Trajanje izhodnega impulza mora zadoščati za jasen sprožilec sprožilca, ki nadzoruje začetek in konec štetja impulzov generatorja. Za zanesljivo delovanje sprožilca mora biti izpolnjen pogoj 3.1.
Kot RS-sprožilec uporabljamo mikrovezje KR1533TP2, katerega odzivni čas ne presega 26 ns. Trajanje izhodnega impulza detektorja vodilnega roba bo:
kjer je n število logičnih elementov, ki tvorijo detektor;
t zdr je čas zakasnitve preklopa logičnega elementa.
Najmanjša zahtevana širina impulza za dani sprožilec je:
Za izdelavo vodilnega detektorja robov uporabimo mikrovezje KR1533LA3, ki vsebuje 4 logična vrata 2-IN-NOT s povprečnim časom zakasnitve 8 ns. V tem primeru je trajanje impulza:
Za povečanje trajanja izhodnega impulza detektorja vodilnega roba na zahtevano vrednost je treba uporabiti štiri serijsko povezane pretvornike, izdelane na mikrovezju KR1533LA3. Vezje detektorja vodilnega roba bo v tem primeru dobilo obliko, prikazano na sliki 3.3.
Slika 3.3 - Shema detektorja prednjega roba
Tipično vezje detektorja zadnjega roba je prikazano na sliki 3.4.
Slika 3.4 - Detektor zadnjega roba
Časovni diagram, ki pojasnjuje princip detektorja zadnjega roba, je prikazan na sliki 3.5.
Slika 3.5 - Časovni diagram detektorja zadnjega roba
Za izdelavo detektorja zadnjega roba uporabimo mikrovezje KR1533LE1, ki vsebuje 4 logična vrata 2-ALI-NE s povprečnim časom zakasnitve 11 ns. V tem primeru je trajanje impulza:
Nastalo trajanje izhodnega impulza je manjše od zahtevanega minimuma (3.3). Da trajanje izhodnega impulza ni manjše od najmanjšega, je treba v vezje detektorja zadnjega roba vključiti 4 logične elemente mikrovezja KR1533LE1. V tem primeru bo vezje detektorja zadnjega roba imelo obliko, prikazano na sliki 3.6, trajanje izhodnega impulza pa bo:
Slika 3.6 - Shema detektorja zadnjega roba
3.3 Zasnova generatorja
Za sinhronizacijo delovanja vezja naprave, sprejemanje impulzov za merjenje časovnega intervala, impulzov, ki nastavljajo hitrost prenosa podatkov v komunikacijski kanal, je potreben generator, ki lahko generira urne impulze z dano hitrostjo ponavljanja in trajanjem impulza. Poleg tega mora trajanje impulzov generatorja zadostovati za delovanje vseh naprav, ki jih napaja.
Frekvenca generatorja je izbrana iz pogoja:
kjer je LCM najmanj pogost večkratnik.
Glede na nalogo za nalogo je natančnost merjenja DD 0,1 ms, hitrost prenosa podatkov v komunikacijski kanal V na pa 600 bit / s. Skladno s tem je frekvenca ure:
Za zagotovitev določene natančnosti merjenja in hitrosti prenosa so potrebne različne frekvence. Težavo lahko rešite z uporabo dveh ur, vendar morata biti obe uri sinhronizirani, kar je težko. Zato se v praksi za pridobivanje zahtevanih taktnih frekvenc uporabljajo en oscilator in frekvenčni delilniki. Naprava v razvoju uporablja dve taktni frekvenci, zato se uporabljata dva frekvenčna delilnika z različnimi delitvenimi faktorji. Faktorje delitve lahko izračunamo po naslednjih formulah:
Faktorji delitve frekvenčnih delilnikov, izračunani po formulah 3.9, so:
Glede na dejstvo, da je frekvenca generatorja 30 kHz, je obdobje generiranja:
Ko je delovni cikel enak 2, mora biti trajanje impulza enako trajanju pavze:
Vezje generatorja ure je prikazano na sliki 3.7.
Slika 3.7 - Vezje generatorja impulzov ure
Puferske stopnje v oscilatorju izboljšajo obliko izhodne napetosti in zmanjšajo učinek obremenitve na nihajno frekvenco.
Formule za izračun trajanja impulza in premora so naslednje:
Da bi dobili določeno frekvenco, morata biti upor upora in kapacitivnost kondenzatorja enaki:
3.4 Oblikovanje frekvenčni delilniki
Potreba po frekvenčnih delilnikih je bila utemeljena v prejšnjem poglavju. Priporočljivo je zgraditi frekvenčne delilnike na zaporednem števcu na D-flip-flops z določenim pretvorbenim faktorjem po metodi državnega dekodiranja.
Za izdelavo števca z določenim pretvorbenim faktorjem se na D-natikačih zgradi običajni števec, nato pa se uvedejo povezave, ki prepovedujejo nepotrebna stanja. Treba je opozoriti, da je mogoče onemogočiti tako prvo kot zadnje odvečno stanje.
Za izdelavo števca z n stabilnimi stanji so potrebni D-flip-flops. Če želite zgraditi števec s pretvorbenim faktorjem 3, potrebujete sprožilec. Izberemo mikrovezje KR1533TM2, ki vsebuje 2 D-natikači z vhodi za namestitev. Prepovedana stanja bodo zaostajala, začenši s 3. Frekvenčni razdelilnik je prikazan na sliki 3.8, časovni diagram, ki pojasnjuje načelo njegovega delovanja, pa prikazan na sliki 3.9.
Slika 3.8 - Shema frekvenčnega delilnika s 3
Slika 3.9 - Časovni diagram frekvenčnega delilnika s 3
Če želite zgraditi frekvenčni delilnik s 50, potrebujete D-flip-flops. Izberimo 3 mikrovezja KR1533TM2, od katerih vsako vsebuje 2 D-natikači z nastavitvenimi vhodi. Prepovedana stanja števca bodo sledila od zadaj, začenši s 50. Binarna koda številke 50 je 110010. Shema frekvenčnega delilnika za 50 je prikazana na sliki 3.10.
Slika 3.10 - Shema frekvenčnega delilnika s 50
3.5 Sinteza odštevalnega števca BCDiz vrstni red računa 8421+6 naD-sprožilci
V skladu z dodelitvijo seminarske naloge mora biti binarno-decimalni števec sintetiziran na D-flip-flops in mora imeti vrstni red štetja, določen v skladu z možnostjo. Naloga določa vrstni red štetja 8421 + 6, v skladu s tem vrstnim redom štetja je binarna koda decimalnih številk podana v tabeli 3.2.
Tabela 3.2 - Binarno-decimalna koda
|
Decimalna številka |
BCD |
|
Če želite sintetizirati odštevalni števec, morate najprej prinesti tabelo operacije D-flip-flop (tabela 3.3).
Tabela 3.3 - Tabela delovanja sinhronega D-flip-flopa
Iz tabele 3.3 je razvidno, da se stanje vhoda D flip-flopa prepiše v svoj izhod Q le, če je na vhodu visok nivo C. Ob upoštevanju tabele delovanja D-flip-flopa je mogoče sestaviti tabelo delovanja števca, ki odšteva (tabela 3.4).
Tabela 3.4 - Tabela delovanja odštevalnega števca
Naslednji korak v sintezi odštevalnega števca je zmanjšanje dobljenih funkcij D 1, D 2, D 3 in D 4. Te funkcije je priročno zmanjšati s pomočjo Karnotovih zemljevidov. Za konstrukcijo vezja na osnovi Schaefferja je treba funkcije po enotah čim bolj zmanjšati. Postopek minimizacije je prikazan v tabelah 3.5 - 3.8.
Tabela 3.5 - Minimizacija funkcije D 1 z uporabo Karnotovega zemljevida
Tabela 3.6 - Minimizacija funkcije D 2 z uporabo Karnotove karte
Tabela 3.7 - Minimizacija funkcije D 3 z uporabo Karnotove karte
Rezultat zmanjšanja funkcij D 1, D 2, D 3, D 4 je treba transformirati, da se oblikuje vezje na osnovi Schaefferja. Rezultati minimizacije in transformacije funkcij so podani v formulah 3.16 - 3.19, izposojna funkcija Z - 3.20.
Za izdelavo vezja boste potrebovali 4 D-flip-flops, 2-AND-NOT in 3-AND-NOT elemente. Uporabili bomo mikrovezja KR1533TM2, KR1533LA3 in KR1533LA4. Shema sintetiziranega binarno-decimalnega števca z vrstnim redom štetja 8421 + 6 je prikazana na sliki 3.11. Časovni diagram, ki pojasnjuje načelo njegovega delovanja, je prikazan na sliki 3.12.
Tabela 3.8 - Minimizacija funkcije D 4 z uporabo Karnotove karte
Slika 3.11 - Shema binarno-decimalnega števca
Slika 3.12 - Časovni diagram binarno-decimalnega števca
3.6 Prikaz zasnove naprave
Prikazna naprava vključuje pretvornik kod, register in kazalnike. Za ujemanje registra z indikatorjem morate uporabiti elemente s povečano nosilnostjo. Kot takšne elemente je priročno uporabiti mikrovezje KR1533LN8, ki vsebuje 6 logičnih elementov, NE z večjo nosilnostjo. Največji tok takšnih elementov je 24 mA. Kot indikator bomo uporabili indikator ALS324B rdečega sijaja. Njeni glavni parametri so prikazani v tabeli 3.9.
Tabela 3.9 - Parametri indikatorja ALS324B
Za omejevanje največjega toka skozi indikator je treba uporabiti omejevalne upore. Upor omejevalnih uporov lahko izračunate po formuli 3.21.
kjer U I.p. - napetost napajanja mikrovezja;
U pr - neposredni padec napetosti na indikatorskem segmentu;
I pr - enosmerni tok skozi segment indikatorja.
Če izberemo enosmerni tok skozi indikator 20 mA in vzamemo logično ničelno napetost 0,5 V, dobimo:
3.6 .1 Sinteza pretvornika kode
Glede na nalogo za nalogo je treba rezultat merjenja vizualizirati s sedemsegmentnimi kazalniki. Pretvornik kode je zasnovan za nadzor sedemsegmentnega indikatorja s pretvorbo binarno-decimalne kode v kodo, ki omogoča pravilno prikazovanje merilnih rezultatov s pomočjo sedemsegmentnega indikatorja.
Pretvornik kode lahko zgradite na več načinov. O nekaterih od njih bomo govorili v naslednjih podpoglavjih.
Sinteza pretvornika kode na podlagi logičnih enačb
Ta metoda sinteze pretvornika kode temelji na dejstvu, da je vsaki od dovoljenih kombinacij kod dodeljena sedembitna kombinacija kod, s pomočjo katere je na indikatorju prikazana ustrezna decimalna številka. Nadalje se nepopolno definirane funkcije a - g z uporabo Karnotovih grafikonov minimizirajo z enotami in ničlami, nato pa se sheme pretvornika kode zgradijo v bazah Schaeffer in Peirce.
V tabeli 3.10 je tabela delovanja pretvornika kode.
Tabela 3.10 - Tabela delovanja pretvornika kode
|
Decimalna številka |
|||||||||||||
Minimizacija funkcij a - g z uporabo Carnotovih diagramov je predstavljena v tabelah 3.11 - 3.17, rezultati minimizacije - v formulah 3.23 - 3.36.
Tabela 3.11 - Minimizacija funkcije a z uporabo Karnotovega zemljevida
Tabela 3.12 - Minimizacija funkcije b z uporabo Karnotove karte
Tabela 3.13 - Minimizacija funkcij s pomočjo Karnotovega zemljevida
Tabela 3.14 - Minimizacija funkcije d s pomočjo Karnotovega zemljevida
Tabela 3.15 - Minimizacija funkcije e z uporabo Karnotovega zemljevida
Tabela 3.16 - Minimizacija funkcije f z uporabo Karnotovega zemljevida
Tabela 3.17 - Minimizacija funkcije g z uporabo Karnotovega zemljevida
Shema pretvornika kod v shemi Scheffer je prikazana na sliki 3.13. Pri konstruiranju vezja so bila uporabljena mikrovezja KR1533LA1, KR1533LA2, KR1533LA3, KR1533LA4.
Diagram pretvornika kode v osnovi Pierce je prikazan na sliki 3.14. Pri gradnji vezja so bila uporabljena mikrovezja KR1533LE1, KR1533LE4, KR531LE7.
Slika 3.13 - Shema pretvornika kod v Schaefferjevi osnovi
Slika 3.14 - Shema pretvornika kode v osnovi Schaeffer
Sinteza sistemskega pretvornika kode dekoder-kodirnik
Sinteza pretvornika kode po tej metodi vključuje uporabo celotnega dekodirnika in šifrirnika. Število izhodov celotnega dekodirnika je v tem primeru enako 2 4 \u003d 16, število vhodov dajalnika pa 2 7 \u003d 128. Naloga je določiti vhod dajalnika, s katerim je treba povezati ustrezen izhod dekoderja, da dobimo želeno kombinacijo na njegovem izhodu. Izračun števila vhodov dajalnika se izvede ob upoštevanju uteži števk zahtevane sedemmestne kode. V praksi je ta metoda nepraktična zaradi visokih stroškov strojne opreme. Tabela 3.18 prikazuje številke vhodov dajalnika, ki ustrezajo številom izhodov dajalnika. Diagram razvite naprave je prikazan na sliki 3.15.
Tabela 3.18 - Tabela delovanja pretvornika kode
|
Decimalno |
kodirnik |
|||||||||||||
Slika 3.15 - Shema pretvornika kode, ki temelji na sistemu dekoder-šifrirnik
Sinteza pretvornika kode na osnovi programabilno logična matrika
Programabilna logična matrika ima p vhodi, k elementi In, katerih izhodi se oblikujejo k navpične pnevmatike, m ALI elementi, katerih izhodi so priključeni na seštevalnike modula 2, ki delujejo kot krmiljeni pretvorniki. Rezultati teh m pretvorniki so izhodi samega PLM. Vsak element AND ima 2 p vhodi, s katerimi je povezan z vsemi vodili vhodnih signalov in njihovimi inverzijami. V komunikacijske linije so vključeni posebni skakalci. Ti mostički so narejeni iz določenega materiala (na primer iz nikroma, kristalnega silicija) ali v obliki posebnih pn spojev, tako da jih je mogoče selektivno uničiti ("izgoreti"), pri čemer ostanejo le tiste povezave, ki jih potrebuje potrošnik PLM. Pri številnih vrstah PLM lahko potrošnik sam izžge mostičke, tako da dovaja tokovne ali napetostne impulze določene amplitude in trajanja na ustrezne sponke ohišja.
Elementi ALI v PLM, pa tudi elementi AND, imajo na vhodih izgorele mostičke, s katerimi so povezani na vse navpične vodile. Po izgorevanju programerja nepotrebni mostički za elemente OR imajo tudi samo tiste povezave z navpičnicami, ki so potrebne za potrošnika. Tehnična izvedba elementov OR je takšna, da se po izgorevanju mostičkov na vhodih "ni z ničemer" ALI zagotovijo ničelne logične ravni.
Prav tako programirajte odsotnost ali izvedbo inverzije izhodov ALI, torej izgorevanje ali puščanje mostičkov na zgornjih vhodih elementov M2.
Načini tehnološke izvedbe elementov AND, OR, M2 in uničljivi mostički so lahko različni. Z vidika logičnega načrtovanja je bistvenega pomena samo to, da lahko inženir vezja, ki uporablja PLM, po lastni presoji:
Uporabi za kateri koli element IN katero koli kombinacijo vhodov PLM ali njihovih inverzij;
Povežite se s katerim koli elementom ALI s katero koli kombinacijo navpičnih vodilov (izhodi AND);
Pretvori izhode katerega koli ALI.
Takšne zmogljivosti zelo olajšajo izvajanje pretvornikov kode ali, kar je isto, sistemov logičnih funkcij na PLM.
Zgradimo pretvornik kode, ki temelji na PLM (slika 3.16).
Slika 3.16 - Shema pretvornika kode na PLM
3. 6.2 Vzporedna sinteza registraz enofaznim sprejemom podatkov
Da bi se informacije, prikazane na indikatorjih, prikazovale v nedogled in izključevale prikaz štetja pulzov s števcem (utripanje), je treba uporabiti napravo, ki bi omogočala shranjevanje informacij, prejetih iz binarno-decimalnega števca. Takšna naprava je vzporedni register. Število njegovih bitov se določi s številom bitov informacij, ki jih izda števec, število zahtevanih registrov pa s številom zahtevanih prikaznih elementov.
Zapis v register je treba opraviti po koncu štetja impulzov z binarno-decimalnim števcem. Pred pisanjem je treba register nastaviti na začetno vrednost (počistiti).
Primerno je uporabiti natikače D za izdelavo registra. Za to je primeren mikrovezje KR1533TM2. diagram sintetiziranega registra je prikazan na sliki 3.17.
Slika 3.17 - Shema vzporednega registra
3. 7 Oblikovanje vzporednih zaporednihpretvornik
To vozlišče naprave, ki se razvija, se uporablja za prenos podatkov v komunikacijski kanal. Register je zapisan vzporedno, podatki pa se izpisujejo zaporedno. Za izključitev zapisovanja v register pred koncem štetja impulzov se uporablja shema, ki prepoveduje zapisovanje, dokler se na izhodu detektorja zadnjega roba ne pojavi impulz.
Priporočljivo je, da register sestavite na podlagi D-flip-flops. Njihovo število je določeno s količino informacij, ki jih je treba poslati v komunikacijski kanal. V napravi v razvoju je treba v komunikacijski kanal prenesti 16 bitov informacij (4 bite iz vsakega od 4 števcev). Iz tega sledi, da je število zahtevanih sprožilcev 16. Shema razvitega registra je prikazana na sliki 3.18.
Načelo delovanja naprave je naslednje. Pred sprožitvijo snemanja se sprožijo vsi sprožilci. Ko prispe impulz za omogočanje, se sprožilci postavijo v stanje, ki ustreza prenesenemu informacijskemu bitu. Nadalje se informacije premaknejo v komunikacijski kanal in po zaključku prenosa podatkov se vsi natikači registra nastavi na nič.
Slika 3.18 - Shema premičnega registra
3. 8 Zasnova napraveupravljanje
Krmilna enota je zasnovana za pravočasno usklajevanje delovanja vozlišč digitalnih naprav. Glavne naloge krmilne enote so:
Upravljanje snemanja informacij v registrih za shranjevanje ter registrov premikov in izhodnih podatkov iz njih na kazalnike in v komunikacijski kanal;
Nadzor prenosa podatkov v komunikacijski kanal;
Ponastavitev naprave v začetno stanje za morebitno nadaljevanje merjenja;
Izdaja signal o napaki, ko trajanje izmerjenega impulza preseže merilno območje.
Za reševanje teh težav bomo uporabili:
Števec sekvenčnega seštevanja s pretvorbenim faktorjem 16 (16 ustreza količini informacij, posredovanih v komunikacijski kanal).
Elemente D-flip-flop in OR uporabljamo kot elektronski ključ, ki zagotavlja ponastavitev števcev in prikaz signala napake, ko pride do napake.
Z zamudo uporabljamo časovno koordinacijo preklopa logičnih elementov;
Ponastavite napravo, da ponastavite števce in sprožilce.
3. 8 .1 Sinteza števca s pretvorbenim faktorjem 16
Števec je treba uporabiti skupaj z registrom premika v napravi za prenos podatkov. Določa trenutek, ko bodo vsi podatki posredovani v komunikacijski kanal. To je potrebno za nastavitev vseh sprožilcev registra na nič in za izključitev prenosa nepravilnih podatkov v komunikacijski kanal. Na D-sprožilcih je priporočljivo zgraditi števec. Če želite pridobiti pretvorbeni faktor 16, morate uporabiti 4 sprožilce. Nanašamo mikrovezje KR1533TM2. Vezje sintetiziranega števca za seštevanje je prikazano na sliki 3.19, časovni diagram pa na sliki 3.20.
Slika 3.19 - Shema seštevalnega števca s pretvorbenim faktorjem 16
Slika 3.20 - Časovni diagram števca s pretvorbenim faktorjem 16
3. 8 .2 Oblikovanje vezja za ponastavitev
Ponastavitveno vezje je namenjeno ponastavitvi vseh sprožilcev, ki so del naprave v razvoju, ko je vklopljeno napajanje, pa tudi po zaključku merilnega postopka in pošiljanju podatkov v komunikacijski kanal. Če želite zgraditi ponastavitveno vezje, je priročno uporabiti enkraten zagon. Ustvari en sam impulz določenega trajanja, ko na njegove vhode prispejo določeni signali. Uporabimo mikrovezje KR1533AG3 kot enkraten posnetek. En strel na tem mikrovezju ima tri vhode: dva zagonska ST1, ST2 in ničelni vhod R. En strel lahko zaženete na več načinov. V tem primeru bi bil najprimernejši začetek na pozitivnem robu na vhodu ST2 z nizkim nivojem na ST1 in visokim nivojem na vhodu R. Vezje naprave za ponastavitev je prikazano na sliki 3.21, časovni diagram, ki pojasnjuje delovanje - na sliki 3.22.
Trajanje ustvarjenega impulza mora biti dovolj za zanesljivo ponastavitev vseh registrov. Izberimo trajanje, enako 10 μs. Trajanje impulza, ki ga ustvari en strel, se določi s formulo 3.37
Izberimo kapaciteto kondenzatorja, ki je enaka 1000 pF. Potem bo upor upora s trajanjem impulza 10 μs 22000 ohmov.
Slika 3.21 - Ponastavitev vezja
Slika 3.22 - Časovni diagram ponastavitvenega vezja
3. 8 .3 Oblika zakasnilne črte
Zakasnilna črta je zasnovana tako, da pravočasno zakasni zapise zapisov v registrih zadrževanja in registru premikov. Snemalni signal je impulz detektorja zadnjega roba. Zamudo je treba narediti nekaj časa
Zakasnilna linija bo zgrajena na mikrovezju KR1533LA3 (elementi NAND). Pri gradnji zakasnilne črte je treba upoštevati tudi, da detektor zadnjega roba generira impulz nizke ravni, impulz, ki omogoča zapisovanje v registre, pa mora biti visok. Čas zakasnitve enega elementa je 10 ns, odzivni čas sprožilca pa 22 ns. Za zakasnitev impulza pisanja v shrambene registre uporabimo 5 elementov. Čas zakasnitve bo:
Za zakasnitev pisalnega signala v premični register glede na signal za pisanje v zadrževalne registre se uporablja 6 elementov. Čas zakasnitve bo:
Shema krmilne enote je prikazana na sliki 3.23. Časovni diagram merilnika časovnega intervala je prikazan na sliki 3.24.
Slika 3.23 - Shema krmilne enote
Slika 3.24 - Časovni diagram merilnika časovnega intervala
Zaključek
V okviru tečaja je bil razvit shematski diagram naprave za merjenje trajanja impulza, ki zagotavlja merjenje časovnih intervalov s trajanjem največ 1000 ms z natančnostjo 0,1 ms in hitrostjo prenosa podatkov 600.
Za zagotovitev takšnih parametrov so bile zasnovane glavne funkcionalne enote:
Oblikovalnik impulzov;
Ura generator;
Vezje za štetje impulzov;
Krmilni blok;
Prikazna enota;
Vzporedno s serijskim pretvornikom.
Seznam referenc
1. Avanesyan G.R., Levshin V.P. Integrirana vezja TTL, TTLSh. - M.: Strojništvo, 1993. - 256 str.
2. Kuznjecov V.A. Meritve v elektroniki: Priročnik - Moskva: Energoatomizdat, 1987. - 512 str.
3. Maltseva L.A. Osnove digitalne tehnologije - M.: Radio in komunikacije, 1987. - 128 str.
4. Metodična navodila za naloge pri disciplini "Digitalna vezja" na temo "Oblikovanje digitalne naprave".
5. Mirsky G.Ya. Elektronske meritve - Moskva: Radio in komunikacije, 1986. - 440 str.
6. Novikov Yu.V. Osnove digitalnih vezij. Osnovni elementi in sheme. Načrtovalni načini - M.: Mir, 2001. - 379 str.
7. Ornadsky P.P. Samodejne meritve in naprave. - K.; Tehnika, 1990. - 448 str.
8. Potemkin I.S. Funkcionalne enote digitalne avtomatizacije. - M.: Energoatomizdat, 1988. - 320 str.
9. Ugryumov E.P. Digitalna vezja - SPb: BHV-Peterburg, 2004. - 528 str.
10. Shilo V.L. Priljubljena digitalna mikrovezja: Priročnik - Moskva: Metalurgija, 1988. - 352 str.
11. Yakubovsky S.V., Nisselson L.I., Kuleshova V.I. Digitalna in analogna integrirana vezja: Priročnik - Moskva: Radio in komunikacije, 1990. - 496 str.
12. Puhalskiy G.I., Novoseltseva G.Y. Zasnova diskretnih naprav na integriranih mikrovezjih: Priročnik. - M.: Radio in komunikacije, 1990. - 304 str.
Objavljeno na Allbest.ru
Podobni dokumenti
Implementacija mikroprocesorske in digitalne tehnologije v nadzorne naprave industrijskih objektov. Zasnova vezja robnega detektorja, generator impulzov ur, števec, izhodna enota na procesorsko napravo, indikacijska in krmilna enota.
seminarska naloga, dodana 15.5.2012
Zasnova digitalnih in logičnih vezij kot glavnih enot sistemov za nadzor in nadzor ladij. Glavni sestavni deli strukturnega diagrama in algoritem za delovanje digitalne snemalne naprave. Sinteza in minimizacija logičnih vezij.
seminarska naloga, dodana 13.5.2009
Splošne značilnosti digitalnih vezij, njihove prednosti pred analognimi. Zasnova digitalne merilne naprave s funkcijami indukcijskega merilnika pretoka in voltmetra enosmerne napetosti, razvoj njenega funkcionalnega in strukturnega diagrama.
seminarska naloga, dodana 13.02.2013
Oblikovanje budilke za merjenje časa in generiranje signala v določenem času, analiza strukturnih in funkcionalnih diagramov naprave. Razvoj shematskega diagrama, ki temelji na izbrani osnovi elementov. Konstrukcija časovnih diagramov.
seminarska naloga, dodana 30.05.2015
Oblikujte napravo, ki izvede hitro Fourierjevo transformacijo na 512 signalnih točkah. Opis arhitekture družine procesorjev DSP ADSP-219x. Izvajanje serijskega komunikacijskega kanala. Razvoj strukturnih in funkcionalnih shem naprave.
seminarska naloga, dodana 16.01.2013
Oblikovanje sinhronega števca s štirimi izhodi, ki ciklično spreminja svoja stanja. Reševanje problemov logične sinteze vozlišč in blokov digitalnih računalnikov. Razvoj strukturnih, funkcionalnih in električnih shematskih diagramov dane naprave.
test, dodan 19.01.2014
Algoritmično, logično in oblikovalsko ter tehnološko načrtovanje delujočega stroja. Študija osnov elementov najpreprostejših digitalnih naprav. Razvoj digitalne naprave za naročanje binarnih števil. Sinteza konceptov.
seminarska naloga dodana 07.07.2015
Metode za merjenje toka in napetosti. Oblikovanje digitalnega merilnika enosmerne energije. Izbira osnovnega elementa naprave glede na električni shematski diagram, način vgradnje elementov. Izračun ekonomske učinkovitosti naprave.
seminarska naloga, dodana 21.7.2011
Klasifikacija digitalnih merilnih naprav, razvoj blokovnega diagrama naprave za merjenje časovnih vrednosti signalov. Opis osnovnega mikrokrmilnika in programske opreme. Strojna in programska oprema za nadzor in diagnostiko naprav.
diplomsko delo, dodano 20.10.2010
Modeliranje merilnika intervalov časa v MathCadu. Sestavljanje vezja pravokotnega impulznega generatorja v programskem okolju Electronics WorkBench. Namen in zasnova ultrazvočnega detektorja napak UD2-12. Generator impulzne sinhronizacije.
Obstajata dve glavni metodi za merjenje obdobja in časovnih intervalov: oscilografsko in elektronsko štetje.
Merjenje časovnih intervalov z osciloskopom izvedemo na oscilogramu preiskovane napetosti z linearnim zamahom. Zaradi pomembnih napak pri štetju začetka in konca intervala ter zaradi nelinearnosti pometanja je skupna napaka pri merjenju časovnih intervalov nekaj odstotkov. Veliko manjša napaka je značilna za specializirane metre časovnih intervalov s spiralnim pometanjem.
Trenutno so najpogostejše metode elektronskega štetja za merjenje obdobja in časovnega intervala. Pri merjenju zelo majhnih časovnih intervalov so metode pretvorbe priročne. Na podlagi teh metod so bili ustvarjeni multiplikatorji intervalov - naprave, ki omogočajo razširitev izmerjenega intervala za določeno število krat. Množitelji se pogosto uporabljajo skupaj z elektronskimi števci.
10.1 Elektronski števec časovnega intervala
Blok diagram merilnika časovnega intervala je prikazan na sl. 6.1 ,. Preizkušeni napetosti U x 1 in U x 2 se dovajata po dveh kanalih do oblikovalnih naprav. Ko te napetosti dosežejo referenčne ravni U 01 in (U 02, se na izhodu oblikovalnih naprav pojavijo kratki impulzi U H in U K, ki ustrezata začetku in koncu izmerjenega časovnega intervala Tx. Ti impulzi delujejo na sprožilec, katerega izhodni impulz za čas Tx odklene izbirnik.
Med trajanjem impulza števec odšteva impulze z znanim obdobjem T 0, ki prihajajo iz generatorja.
Njihovo število N je sorazmerno z izmerjenim časovnim intervalom in je odčitano iz bralne naprave,
Vezje merilnika časa se razlikuje od obravnavanega po tem, da se impulzi začetka in konca intervala, enaki obdobju ponovitve preučevane napetosti, tvorijo v enem kanalu, drugega kroga oblikovanja pa ni.
Obdobje štetja impulzov T 0 je izbrano kot večkratnik 10 - k, s, kjer je k celo število.
S sistematično komponento nestabilnosti štetje impulzov se lahko zmanjša z rednim prilagajanjem frekvence generatorja.
Napako diskretnosti, da bi jo zmanjšali, je treba povečati frekvenco generatorja, katere največja vrednost je omejena s hitrostjo uporabljenega števca. Trenutno najboljši komercialno dostopni števci delujejo do frekvenc več sto megahercev. Napako pri diskretnosti lahko nekoliko zmanjšamo z uporabo vzbujajočega generatorja pulznih vzporednikov, ki ga sproži UH impulz.
Če je naprava namenjena merjenju časa zakasnitve v preskušani napravi, se lahko impulz začetka intervala sinhronizira s štetjem impulzov. V merilnik časovnega intervala se vstavi frekvenčni delilnik, ki se sproži s štetjem impulzov. Impulz iz izhoda delilnika sproži DUT. Zaradi nestabilnosti časovne zamude v delilniku zagonske napake ni mogoče popolnoma odpraviti.
Natančnost merjenja je mogoče znatno izboljšati s pomočjo spodaj opisanih posebnih metod.
Če se izmerjeni interval ponovi, se lahko napaka diskretnosti zmanjša s povečanjem izmerjenega intervala za celo število ali z izvedbo več meritev.
10.2 Merjenje frekvence
Merjenje frekvence je ena najpomembnejših nalog v radiotehniki. Frekvenco je mogoče meriti z zelo visoko natančnostjo, zato so se metode merjenja različnih parametrov s predhodno pretvorbo v frekvenco in merjenje slednjih razširile.
Obstajajo naslednje osnovne metode za merjenje frekvence; elektronsko štetje, polnjenje in praznjenje kondenzatorja, primerjava izmerjene frekvence z vzorno in tudi z uporabo selektivnih pasivnih vezij.
Metoda elektronskega štetja je sestavljena iz štetja števila, obdobij neznane frekvence v vzorčnem časovnem intervalu z elektronskim števcem, katerega hitrost omejuje obseg izmerjenih frekvenc na 100 ... 500 MHz. Velike frekvence je treba pretvoriti in jih znižati na določene meje. Digitalni merilniki frekvence omogočajo pridobitev relativne napake merjenja frekvence reda 10 -11 in manj v. obseg do stotine gigahercev.
Način polnjenja in praznjenja kondenzatorja je sestavljen iz merjenja povprečne vrednosti polnilnega ali praznilnega toka kondenzatorja, sorazmerne s frekvenco izmerjenega nihanja. Metoda je primerna za merjenje frekvenc do sto kilohercev z napako reda 1%.
Merjenje frekvence v primerjavi z referenčno frekvenco je mogoče izvesti v širokem frekvenčnem območju, vključno z mikrovalovno pečico. Merilna napaka je odvisna predvsem od napake pri določanju referenčne frekvence in je lahko do 10 -13.
Merjenje frekvence z uporabo selektivnih pasivnih vezij: resonančna vezja in resonatorji se zmanjšajo na nastavitev vezja na resonanco, vrednost izmerjene frekvence se odčita s skale uglaševalnega elementa. Merilna napaka je do 10 -4.
Tako najbolj natančne rezultate dobimo z metodami štetja in primerjave elektronov, kar je posledica prisotnosti kvantnih frekvenčnih standardov, katerih najboljše vzorce odlikuje frekvenčna nestabilnost do 10 -13. Na primer, standardi za frekvenco vodika, ki jih proizvaja industrija, omogočajo pridobitev zglednih frekvenc z nestabilnostjo 5 ... 10 -13 na dan.
Natančne meritve zahtevajo poznavanje ne le nazivne vrednosti referenčne frekvence, temveč tudi nekaterih drugih parametrov, ki označujejo njeno nestabilnost.
10.3 Metoda elektronskega štetja za merjenje frekvence
Metoda elektronskega štetja temelji na štetju števila impulzov z neznano hitrostjo ponavljanja fx v znanem časovnem intervalu, stabilnem v trajanju. Poenostavljeni blokovni diagram frekvenčnega merilnika (slika 8.2, a) je podoben vezju merilnika časovnega intervala.
Izbrana je frekvenca kristalnega oscilatorja n * 10 k Hz, pri čemer je k celo število, delitveni faktor n pa večkratnik deset. Zato število impulzov, zabeleženih s števcem N, ustreza vrednosti izmerjene frekvence v izbranih enotah. Vrednost f 0 se bere iz bralne naprave naprave.
Merjenje frekvence s polnjenjem in praznjenjem kondenzatorja
Ta metoda je osnova za delovanje frekvenčnega merilnika, katerega diagram je prikazan v. sl. 8.4, a. Napetost U g s frekvenco f x se napaja na ojačevalnik-omejevalnik (slika 8.4, b). Njegova izhodna napetost U 2 v obliki pravokotnih impulzov deluje na vezje, sestavljeno iz kondenzatorja C in diod D1 in D2. Naj bo v začetnem trenutku napetost na kondenzatorju Uc \u003d U2- Časovna konstanta naboja je izbrana veliko manj kot polovica obdobja vhodne napetosti. Povprečna vrednost polnilnega toka kondenzatorja, ki gre skozi diodo D1 in magnetoelektrično napravo,
je sorazmerna s frekvenco fx, zato je skala magnetoelektrične naprave umerjena v vrednosti izmerjene frekvence.
Merilniki frekvence obravnavanega tipa delujejo v območju od deset herc do enot megaherca. To frekvenčno območje pokriva več podpodročij z različnimi merilnimi mejami.Prehod iz meje v mejo dosežemo s spreminjanjem kapacitivnosti, ki je izbrana tako, da je bil pri omejevalnih frekvencah podmestja povprečni tok naprave zadosten, da je puščica odbila na celotno skalo.
Merjenje frekvence s primerjavo z referenco
Pri tej metodi se izmerjena frekvenca fx primerja z znano frekvenco f 0 oscilatorja referenčne frekvence. Z obnovo slednje se doseže enakost
kjer je Δσp1 napaka primerjave frekvence.
Napaka primerjave frekvence je odvisna od tega, kako je navedena frekvenčna enakost. V nekaterih napravah se za prikaz enakosti uporabljajo mešalnik in slušalke (slika 8.5, a). Pod vplivom nihanj referenčne in izmerjene frekvence se v mešalniku pojavijo nihanja kombiniranih frekvenc oblike mfx ±. nf 0, kjer sta m in n celi števili. Če signal razlike frekvence pade v pasovno širino slušalk, operater zasliši ton te frekvence. S spreminjanjem f 0 je treba doseči najnižji ton, ki za različne vrste slušalk znaša deset herc. 
Ker frekvenca med meritvami ni znana, je metoda dvoumna in pred meritvami je treba vedeti približno vrednost f x. Upoštevana metoda merjenja frekvenc se včasih imenuje metoda nič utripov.
Meritve se izvajajo po metodi vilic. V tem primeru je primerjalna napaka 10 ... 30 Hz.
10.4 Merjenje frekvence s selektivnimi pasivnimi tokokrogi
Merjenje na ta način se zmanjša na nastavitev selektivnega vezja na frekvenco signala. Frekvenca se meri s položajem nastavitvenega elementa. Takšna vezja so lahko mostna vezja in nihajna vezja. Trenutno so mostni frekvenčni merilniki, katerih obseg je omejen na nizke frekvence, v celoti zamenjali drugi tipi instrumentov. Praktično uporabo so našli le frekvenčni merilniki, ki uporabljajo resonančno vezje, imenovano resonančni merilniki valov. Ti preprosti instrumenti pokrivajo frekvenčno območje od stotine kilohercev do stotine gigahercev. Poenostavljen diagram resonančnega valomera z vezjem je prikazan na sliki. 8.8. Napetost neznane frekvence fx skozi komunikacijsko tuljavo Lsv se napaja v vezje, ki je sestavljeno iz vzorčne tuljave L in spremenljivega kondenzatorja C. Vezje je nastavljeno s spremembo kapacitivnosti. Stanje resonance magnetna naprava določi z največjo napetostjo na delu tuljave. Izmerjena vrednost frekvence se odčita s kondenzatorske skale.
Napako pri merjenju frekvence z uporabo resonančnih valovmetrov določajo naslednji glavni dejavniki: kalibracijska napaka, nestabilnost resonančne frekvence nihajnega sistema, vpliv komunikacije z generatorjem in indikatorjem ter netočnost fiksacije resonance. Napaka pri umerjanju je lahko velika, če se pojavijo okvare v nastavitvenem mehanizmu, ki ima precej zapleteno zasnovo. Ta napaka se poveča zaradi obrabe delov mehanizma, videza popačenj in zračnosti.
Zaradi povezave z indikatorjem in virom izmerjene frekvence se v resonator vnesejo aktivni in reaktivni upori. Rast aktivnih izgub zmanjša Q-faktor, spremenljivost uvedene reaktancije pa vodi do premika resonance. Zmanjšanje napak zaradi vpliva indikatorja in vira signala dosežemo z zmanjšanjem povezave. Toda v tem primeru se napetost, ki se dovaja na detektor, zmanjša in po detektorju je treba v vezje vnesti ojačevalnike.