Формування тимчасових інтервалів цифровими лічильниками. Вимірювання інтервалів часу. Проектування пристрою відображення

Менший розмір і збільшена продуктивність, ніж у лінійки вимірників попереднього покоління - GT658, роблять новий вимірювач часових інтервалів компанії GuideTech придатним для ще більш широкого застосування.

Вимірювачі GuideTech легко розширюються і працюють в складі модульних систем. Це дозволяє використовувати їх в різних рішеннях CTIA на базі PCI, PCIe, PXI, PXIe, а також у складі інтегрованих систем (ISS).

Роздільна здатність по часу:
Модель GT668-1 \u003d 0.9 pS
Модель GT668-2 \u003d 1.8 pS
Модель GT668-15 \u003d 15 pS
Модель GT668-40 \u003d 40 pS

Вимірювач часових інтервалів GT668 - справжній прорив в області високошвидкісного вимірювання часу і тестових технологій. Завдяки потужній технології безперервних міток часу, зникає необхідність у використанні допоміжних тригерів, шаблонних маркерів і схем відновлення синхронізації.

За допомогою вимірника часових інтерваловGuideTech можна перевірити роботу послідовного інтерфейсу і провести повний аналіз фазових тремтінь за кілька мілісекунд, швидко, в автоматичному режимі вимірювання характеристик і проводити перевірки в умовах високоточного виробництва на будь-яких платформах ATE, включаючи дешеві домашні вимірювальні прилади.

Карти GT668 PXI і PXIe можна розширити до 34 односторонніх вхідних каналів, використовуючи один корпус PXI & PXIe на 3U.

Вимірювач GT668 дозволяє вимірювати частоту, період, ширину імпульсів, фазовий зсув, Tpd, час підйому / спаду, похибка тимчасового інтервалу, 1 PPS, фазовий тремтіння, тремтіння в ланцюгах фазової синхронізації і тактових генераторах, виконувати спектральную модуляцію і багато іншого.

Корпус GuideTech GT668 PXI 3U є расширяемую платформу промислового класу, яка забезпечує високу точність шкали часу 100 МГц з контрольованою калібруванням NIST і дозволяє створювати Оптимальні тестові системи за низькою ціною.

Область застосування:
- Моніторинг 1 PPS
- Швидкодіючий промисловий вимірювач
- Лабораторні та наукові дослідження
- Зміна тривалості імпульсу
- Ланцюги фазової синхронізації і частотна модуляція
- Дисперсія Аллана
- Вимірювання частоти, фазових тремтінь і зсуву по фазі
- Напівпровідникове ATE
- Синхронізація радарів, лазерних та ультразвукових систем
- Передача даних про час
- Реальний час, позначки часу

Програмне обеспечнних:
- Програмні пакети і API
- Windows 32-біт, 64-біт
- LINUX 32-біт, 64-біт
- NI LabVIEW
- Python
- Java
- Розробка / підтримка користувацького програмного забезпечення

особливості:
- Дуже низький рівень шуму
- Висока точність, гнучкість і швидкість вимірювання (4М м / с на канал)
- Два програмованих виходу
- Синхронізація по UTC з 1 PPS
- Вбудована контрольована шкала часу NIST
- Прямий перехід від наукової лабораторної системи до приладу, яке готове для виробництва
- Легко розширюється для створення комплексних систем PXI / PXIe, до складу яких входить до 17 карт / 34 синхронізуються каналів
- Легко узгоджується з системами ATE

Розрізняють два основні методи вимірювання періоду і тимчасових інтервалів:

осцилографічний;

Електронно-лічильний.

Вимірювання часових інтервалів за допомогою осцилографа проводиться по осциллограмме досліджуваної напруги з використанням лінійної розгортки. Через значні похибок відліку початку і кінця інтервалу, а також з-за нелінійності розгортки загальна похибка вимірювання тимчасових інтервалів становить одиниці відсотків. Значно менша похибка властива спеціалізованим измерителям тимчасових інтервалів зі спіральною розгорткою.

В даний час найбільш поширені електронно-лічильні методи вимірювання періоду і тимчасового інтервалу. Основними з яких є:

Цифровий метод вимірювання інтервалів часу;

Метод інтерполяції;

Ноніусний метод.

Цифровий метод вимірювання інтервалів часу

Принцип вимірювання періоду гармонійного сигналу цифровим методом за допомогою цифрового частотоміра пояснюється рис. 17.1, де наведені структурна схема пристрою в режимі вимірювання періоду гармонійного коливання і відповідні його роботі тимчасові діаграми.

Вимірювання часу T x цифровим методом засновано на заповненні його імпульсами, що випливають із зразковим періодом Т про, І підрахунку числа М х цих імпульсів.

Всі елементи пристрою і їх дію було проаналізовано в питаннях, пов'язаних з вимірюванням частоти. Структурний склад генератора опорної частоти при вимірюванні періоду розглядається нижче.

Рис. 3.6. Цифровий метод вимірювання інтервалів часу: а - структурна схема; б - часові діаграми

Гармонійний сигнал, період T x якого потрібно виміряти, після проходження вхідного пристрою ВУ (u 1 - вихідний сигнал ВУ) і формувача імпульсів Ф2 перетвориться в послідовність коротких імпульсів u 2 з аналогічним періодом. У пристрої формування та управління УФУ з них формується строб-імпульс і зпрямокутної форми і тривалістю T x, Що надходить на один з входів тимчасового селектора ВС. На другий вхід цього селектора подаються короткі імпульси u 4 з зразковим періодом проходження Т о,створені формувачем Ф1 з коливань генератора опорної частоти ГОЧ.

часовий селектор ВС пропускає на лічильник СЧ М х рахункових імпульсів u 4 впродовж часу T x, Що дорівнює тривалості стрибає-імпульсу і з. вимірюваний період T x, Як випливає з рис. 17.1, б,

T x = М х Т про + Δt д,(3.6)

де Δt д = Δt к - Δt н - загальна похибка дискретизації; Δt ні Δt до - похибки дискретизації початку і кінця періоду Т х.

Без урахування у формулі (17.1) похибки Δt д число імпульсів, яке надійшло на лічильник М х \u003d T x/Т про, А вимірюваний період пропорційний М х

T x = М х Т про. (3.7)

Вихідний код лічильника СЧ, що видається на цифровий відліковий пристрій ЦОУ, відповідає числу підрахованих їм рахункових імпульсів М х, А свідчення ЦОУ- періоду T x, Оскільки період проходження рахункових імпульсів і 5 вибирається з співвідношення Т про \u003d 1 - n, де п - ціле число. Так, наприклад, при п = 6 ЦОУ відображає число М х, відповідне періоду T x, Вираженого в мкс.

Похибка вимірювання періоду T x, Як і при вимірюванні частоти, має систематичну і випадкову складові.

систематична складова залежить від стабільності δ кв зразкової частоти ГОЧ (Його кварцового генератора), а випадкова визначається в основному похибкою дискретизації Δt д, Розглянутої вище. Максимальне значення цієї похибки зручно враховувати через еквівалентну зміна числа рахункових імпульсів М х на ± 1.

При цьому максимальна абсолютна похибка дискретизації може бути визначена різницею двох значень періоду T x, Одержуваних за формулою (17.2) при М х± 1 і М х і дорівнює Δ T x \u003d± Т про.

відповідна максимальна відносна похибка

δ = ± Δ T x / T x \u003d ± 1 / М х \u003d ± 1 / ( T x f про),

де f про = 1/ Т про - значення зразкової частоти генератора ГОЧ.

На похибка вимірювання впливають також шуми в каналах формування строб-імпульсу і 3 і рахункових імпульсів і 4 (Рис. 17.1, а), вносять в їхнє становище тимчасову модуляцію за випадковим законом. Однак в реальних приладах з великим відношенням сигнал / шум похибка вимірювання за рахунок впливу шуму дуже мала в порівнянні з похибкою дискретизації.

Сумарна відносна похибка вимірювання періоду визначається у відсотках за формулою

(3.8)

З виразу (17.3) випливає, що через похибки дискретизації похибка вимірювання періоду T x різко збільшується при його зменшенні.

Підвищення точності вимірювань можна домогтися за рахунок збільшення частоти f про генератора ГОЧ (шляхом множення частоти його кварцового генератора в ку раз), тобто за рахунок збільшення числа рахункових імпульсів М х. З цією ж метою в схему після вхідного пристрою вводять дільник частоти досліджуваного сигналу з коефіцієнтом ділення До (На рис. 17.1, ане показаний). При цьому виконується вимір До періодів Т х і в До раз зменшується відносна похибка дискретизації.

Похибка дискретизації можна зменшити і способом вимірювань з багаторазовими спостереженнями. Однак при цьому значно збільшується час вимірювань. У зв'язку з цим розроблені методи, що зменшують похибку дискретизації з істотно меншим збільшенням часу вимірювання. До їх числа відноситься: метод інтерполяції, ноніусний метод.

метод інтерполяції

Метод інтерполяції полягає в тому, що крім цілого числа періодів рахункових імпульсів, що заповнюють вимірюваний інтервал часу, враховуються і дробові частини періоду, укладені між опорним і першим рахунковим імпульсами, а також між останнім рахунковим імпульсом і інтервальним.

Вимірювання часових інтервалів методом інтерполяції пояснює рис. 17.2.

Рис. 3.7. Вимірювання тимчасового інтервалу методом інтерполяції а - вимірюваний інтервал, б - рахункові імпульси, в - вихідні імпульси розширювачів, г -групи рахункових імпульсів відображають розширені інтервали

Нехай вимірюється інтервал часу Т х, Початок і кінець якого задані двома імпульсами і н і і до, відповідно (рис. 17.2, а). Передбачається, що початок вимірюваного інтервалу не пов'язане синхронно зі рахунковими імпульсами, наведеними на рис. 17.2, а, б.

Для зменшення складових похибки дискретизації ( Δt ні Δt до) На початку і кінці інтервалу Т х, Відповідні даними погрішностей, інтервали розширюють в До раз і кожен вимірюють, заповнюючи рахунковими імпульсами. З огляду на похибки розширювачів, на практиці розширюють інтервали більшої тривалості, наприклад інтервали τ 1 = 2Т про - Δt н і τ 2 = 2Т про – Δt до (Рис. 17.2, в). Розширювачі будують, використовуючи зазвичай спосіб заряду і розряду конденсатора з різною швидкістю.

На рис. 17.2, в наведені вихідні імпульси расширителей і к1 і і к2,що визначають кінець розширених інтервалів, а власне розширені інтервали позначені через до 1 τ 1 і до 2 τ 2.

Розширені інтервали, а також інтервал τ про між кінцями імпульсів τ 1 і τ 2 вимірюють цифровим методом, використовуючи канали, що містять тимчасової селектор і лічильник. Рахункові імпульси, що надійшли на вхід кожного лічильника при вимірюванні розширених інтервалів, показані на рис. 17.2, м Вимірювані інтервали, як випливає з рис. 17.2, можна представити у вигляді

до 1 τ 1 \u003d N 1 Т про + Δt к1; до 2 τ 2 \u003d N 2 Т про + Δt к 2; τ про \u003d N o Т о, (3.9)

де до 1 і до 2 - коефіцієнти розширення; N o, N 1і N 2 - числа рахункових імпульсів, які заповнили відмічені інтервали, а Δt к1 і Δt к2- похибки дискретизації вимірювання розширених інтервалів.

З рис. 17.2 також видно, що шуканий інтервал

Т х = τ про + τ 1 - τ 2.

Підставляючи в це вираження параметри τ про, τ 1 і τ 2, Які обчислюють за (17.4), знаходимо, що

Т х = N o Т про + (N 1 Т про + Δt к1)/до 1 – (N 2 Т про + Δt к 2)/до 2. (17.5)

При ідентичності коефіцієнтів розширення ( до 1 = до 2 = до), Отримаємо

Т х = Т про [N o+(N 1 – N 2)/до+(Δt к1 – Δt к2)/до]. (3.10)

похибки дискретизації Δt к1 і Δt к2мають рівномірний розподіл з межами 0 ... Т про, А їх різниця Δt к1 – Δt к2 розподілена за трикутним законом з межами ± Т про. Тому максимальна похибка дискретизації при вимірюванні інтервалу Т х дорівнює Т про/до і зменшується в міру зростання коефіцієнта розширення k. Однак на практиці цей коефіцієнт вибирають рівним 128 або 256, так як при його подальшому збільшенні істотно зростає похибка расширителей інтервалів.

ноніусний метод

Однією з різновидів методу інтерполяції є ноніусний метод, часто використовуваний в техніці вимірювання лінійних розмірів. Нониусні вимірювачі тимчасових інтервалів в принципі дозволяють зменшити похибки початку і кінця рахунку. Однак в більшості приладів рахункові імпульси синхронізовані з початком тимчасового інтервалу і зменшується лише похибка кінця.

Структурна схема вимірювача тимчасового інтервалу з нониусного рахунком показана на рис. 17.3, а.

імпульс і н початку тимчасового інтервалу запускає генератор рахункових імпульсів з ударним збудженням і впливає на тригер 1. Вихідний імпульс тригера відмикає селектор 1 і починається рахунок імпульсів з періодом Т о. Під дією імпульсу і до кінця інтервалу тригер 1 переходить в початкове положення і рахунок припиняється. Лічильник фіксує число N, Кратне цілому числу періодів рахункових імпульсів. У момент закінчення тимчасового інтервалу відбувається запуск генератора ноніусних імпульсів, Одночасно імпульсом з тригера 2 відкривається селектор 2. Нониусні імпульси з періодом

Т н = (П - 1) Т о / п,

де п - деяке ціле число, надходять на лічильник ноніусних імпульсів і на схему збігів.

Рис. 3.7. Ноніусний метод вимірювання часових інтервалів: а - структурна схема; б - часові діаграми

З плином часу інтервал між сусідніми імпульсами лічильної і нониусной послідовностей зменшується, і при його мінімальному значенні імпульси починають перекриватися. Спрацьовує схема збігів, імпульс якої впливає на селектор 2 і призводить до припинення рахунки по нониусного каналу. Лічильник ноніусних імпульсів фіксує число ноніусних імпульсів k.

Як видно з рис. 17.3, б, вимірюваний часовий інтервал можна представити у вигляді суми

Т х = NТ про + Δt до, (3.11)

Δt до = kТ про – kТ н– Δt кн \u003d kТ о / п– Δt кн, (3.12)

Δt кн - похибка через неточного збіги фронтів рахункових і ноніусних імпульсів.

Підставивши (17.8) в (17.7), отримаємо

Т х = NТ про + kТ о / п– Δt кн, (3.13)

число k характеризує тривалість інтервалу Δt до, Виражену в частках періоду Т про. величина Т о / пназивається кроком ноніуса.

Відліковий пристрій приладу пов'язано з обома лічильниками таким чином, що число N фіксується в його старших розрядах, а k - в молодших. зазвичай п \u003d 10 m, де m \u003d\u003d 1 або 2, тоді з молодших розрядів лічильного пристрою відраховується значення Δt до в десятих або сотих частках Т про.

Нехай, наприклад Т про \u003d 100 нс, Т н\u003d 99 нс, a Т х \u003d 1813 нс. Відлік старших розрядів лічильного пристрою буде рівним 18, а інтервал Δt до складе 13 не. Збіг імпульсів відбудеться при виконанні рівності 13 \u003d k100 – k99 звідки відлік молодших розрядів k \u003d\u003d 13. Загальний відлік дорівнює 1813, що відповідає тривалості вимірюваного інтервалу в наносекундах.

Нониусні і рахункові імпульси зазвичай формуються з синусоїдальних напруг, що виробляються генераторами з кварцовою стабілізацією. Через нестабільність рівнів формування періоди рахункових і ноніусних імпульсів флуктуируют навколо середніх значень Т проі Т н. При великому числі п це може привести до помилкових збігів. Такий же вплив надає нестабільність початкової фази генератора ноніусних імпульсів. Перераховані фактори обмежують точність вимірювань.

В даній статті було розроблено пристрій вимірювання тимчасових інтервалів. За завданням часовий інтервал може лежати в межах 1мс- 32С.

Длявимірювання тимчасового інтервалу між двома подіями, необхідно ізмеряемийінтервал «заповнити» імпульсами, а потім порахувати кількість імпульсів.

Пріменітельнок микроконтроллеру це означає:

Поопределенію події, соответествущего початку тимчасового інтервалу, запустити «генератор», що виробляє послідовність імпульсовопределеннойдлітельності,

Організувати підрахунок імпульсів даної послідовності,

Пособитію, соответествущего концувременного інтервалу, зупинити «генератор»,

- «видати» значення кількості імпульсів в задані порти,

- «обнулити» значення лічильника імпульсів

Функціональна схема вимірювання тимчасових інтервалів

Опис алгоритму роботи пристрою.

На початку програми перераховуються всі вектора переривань цього процесора, першим прериваніемявляется вектор скидання (rjmp RESET).

У цій подпрограммеініціалізіруются необхідні периферійні вузли мікроконтролера, а саме:

Порт А налаштовується на висновок

Порт З налаштовується на висновок

порт D налаштовується на введення

налаштовується перериванняint 1 (переривання по спаду імпульсу)

налаштовується перериванняint 0 (переривання по фронту імпульсу)

Визначається вершина стека

Инициализирующая частина програми закінчується командоюSEI - дозвіл роботи переривань

За пришестя фронту імпульсу (на виведенняint 1 (PD 3)), генерується перериванняint 1, лічильник команд «йде» їх основного циклу в таблицю векторів переривань на адресу $ 0004, там знаходиться команда переходу на обробник перериванняEXT _ INT 1.

У підпрограмі обробки переривання проізводітсянастройка таймера-лічильника Т0.

Таймером задається число для порівняння (125), значеніепредделітеля (8), режим роботи (скидання за випадковим збігом). Це означає, що восемьтактов роботи процесора значення в лічильнику буде збільшуватися. Коли онодостігнет 125, (125 * 8 \u003d 1000, при тактовій частоті в 1МГц, період тактовойчастоти досягне 1 мкс 1000 мкс - 1мСек) виникне переривання по совпаденіюТ0. Таким чином, кожну 1мСек, Т0 буде викликати переривання. командоюreti , Обробник прериваніязаканчівается, лічильник команд повертається в основний цикл (туди, де був допрериванія).

Каждую1мсекТ0 визивет переривання TIM0_COMP. Ветом прериванііпроізводітся однаоперація - збільшення реєстрової париZ на одиницю. На цьому переривання ізаканчівается.

За пришестя спаду імпульсу (на виведення int0 (PD2)), генерується переривання int0. У цій подпрограммесодержімое індексного регістраZ копіюється в порти (А і С), далі вміст рахункового регістра обнуляется.Следом зупиняється таймер-лічильник Т0 (в керуючий регістр счетчіказаносітся 0). На цьому переривання закінчується.

Принципова електрична схема

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Курсова робота

по темі: " проектування ізмерітеля тимчасового інтервалу»

Виконав: Пашко О.Н

група ЕС-52

перевірив:Протасова Т.А.

Зодержание

Вступ

1. Методи вимірювання тимчасових інтервалів

2. Розробка структурної та функціональної схем пристрою

3. Розробка принципової схеми пристрою

3.1 Вибір елементної бази

3.2 Проектування схем виділення фронтів тимчасового інтервалу

3.3 Проектування генератора

3.4 Проектування подільників частоти

3.5 Синтез віднімає двійковій-десяткового лічильника з порядком рахунку 8421 + 6 на D-тригерах

3.6 Проектування пристрою відображення

3.6.1 Синтез перетворювача коду

3.6.2 Синтез паралельного регістра з однофазним прийомом даних

3.7 Проектування паралельно-послідовного перетворювача

3.8 Проектування пристрою керування

3.8.1 Синтез лічильника з коефіцієнтом перерахунку 16

3.8.2 Розробка схеми скидання

3.8.3 Розробка лінії затримки

висновок

Список літератури

Вступ

Цифрова схемотехніка - галузь науки, техніки і виробництва, яка пов'язана з розробкою, дослідженням, проектуванням та виготовленням електронних систем, де перетворення і обробка інформації відбувається за законом дискретної функції. Промисловий розвиток цифрової схемотехніки має два напрямки: енергетичне (силове), пов'язане з перетворенням постійного і змінного струмів для потреб металургії, електротяги, електроенергетики, і інформаційне, до якого належать аудіо- і відеоапаратура, засоби телекомунікації, вимірювання, контролю та регулювання технологічних процесів виробництв наукових досліджень в технічних і гуманітарних сферах.

Обмін інформацією в електронних системах здійснюється за допомогою сигналів. Носіями сигналів можуть бути різні фізичні величини - струми, напруги, магнітні стану, світлові хвилі. Виділяють аналогові (безперервні) і дискретні сигнали.

Дискретні сигнали простіше зберігати і обробляти, вони менше схильні до спотворень. Такі спотворення простіше виявити і виправити. Тому дискретні сигнали частіше використовують на практиці, ніж безперервні. Існують два типи дискретних сигналів. Перший отриманий за час дискретизації за рівнями або за час безперервних сигналів; другий - у вигляді набору кодових комбінацій знаків, чисел або слів.

Перетворення безперервного інформаційного безлічі аналогових сигналів на дискретне безліч називається дискретизацією. Друга подача у вигляді кодових комбінацій слів є більш універсальною і поширеною. Її використовують для кодування людської мови на папері, в математиці, в цифровій електроніці.

Ймовірно, що в недалекому майбутньому цифрова електроніка займе монопольне становище на ринку електронних систем і пристроїв. Сьогодні цифрові персональні комп'ютери і контролери практично витіснили аналогові електронні обчислювальні машини. Те ж саме відбувається і з апаратурою радіозв'язку, радіомовлення і телебачення (телевізорами, радіоприймачами, відеомагнітофонами, звуками, фотоапаратурою).

Повністю витіснити аналогову техніку цифрова в принципі не зможе, тому що фізичні процеси, від яких електронна система отримує інформацію, мають аналогову природу; в цьому випадку на вході і виході потрібні цифроаналогові і аналого-цифрові пристрої.

Цифрова схемотехніка - галузь науки, техніки і виробництва, яка пов'язана з розробкою, дослідженням, проектуванням та виготовленням електронних систем, де перетворення і обробка інформації здійснюється за законом дискретної функції. Промисловий розвиток цифрової схемотехніки має два напрямки: енергетичний (силовий), пов'язаний з перетворенням постійного і змінного струмів для потреб металургії, електротяги, електроенергетики, і інформаційний, якому належать аудіо- і відеоапаратура, засоби телекомунікації, вимірювання, контролю та регулювання технологічних процесів виробництв наукових досліджень в технічних і гуманітарних сферах.

Цифрове вимірювальний пристрій - це засіб вимірювань, в якому значення вимірюваної фізичної величини автоматично представляється у вигляді числа, индуцируемого на цифровому відліковому пристрої, або у вигляді сукупності дискретних сигналів - коду.

1 . Методи вимірювання тимчасових інтервалів

Існують наступні методи електронного вимірювання інтервалів часу за способом відображення інформації:

осцилографічні;

Цифрові.

До цифровим методам вимірювання інтервалів часу відносяться:

Метод послідовного рахунку;

Метод затриманих збігів;

Ноніусний метод;

Методи з проміжним перетворенням.

Розглянемо особливості кожного з перерахованих методів вимірювання.

сутність методу послідовного рахунку полягає в поданні вимірюваного інтервалу ф вим у вигляді послідовності деякої кількості імпульсів, що слідують один за одним з певним інтервалом часу ф о. За кількістю імпульсів цієї послідовності, званої Квант, судять про тривалості інтервалу. Кількість імпульсів Квант послідовності є цифровим кодом інтервалу часу ф вим. На малюнку 1.1 приведена тимчасова діаграма при методі послідовного рахунку.

Малюнок 1.1 - Тимчасова діаграма при методі послідовного рахунку

а) імпульси Квант послідовності;

б) імпульси визначають початок і кінець вимірюваного інтервалу часу;

в) керуючий імпульс;

г) імпульси на вході селектора

Пристрій, що реалізовує цей метод, називають перетворювачем послідовного рахунку. Функціональна схема пристрою наведена на малюнку 1.2. Алгоритм його роботи наступний. На тимчасової селектор надходять імпульси з генератора квантів послідовності. Часовий селектор управляється прямокутним імпульсом, тривалість якого дорівнює вимірюваній інтервалу ф вим. Керуючий імпульс формується блоком формування.

Малюнок 1.2 - Функціональна схема перетворювача послідовного рахунку

При наявності керуючого імпульсу через селектор проходять імпульси Квант послідовності, які потім реєструються лічильником.

Недоліком методу є недостатня у багатьох випадках точність. Для підвищення точності необхідно зменшувати проміжок ф о або яким-небудь чином враховувати інтервали Дф 1 і Дф 2. Зменшення проміжку ф про вимагає підвищення швидкодії пересчётних схем, що трудноосуществимо. Інтервал Дф 1 можна звести до нуля, якщо виконати синхронізацію імпульсів Квант послідовності стартовим імпульсом. Для обліку інтервалу Дф 2 існують різні методи.

ноніусний метод. Ноніусний метод знайшов широке застосування в техніці вимірювання інтервалів часу як в якості засобу зменшення похибки перетворювачів послідовного рахунку, так і в якості самостійного методу побудови деяких вимірювальних пристроїв.

На малюнку 1.3 приведена функціональна схема вимірювача інтервалів часу з нониусного методом зменшення похибки Дф 2 і з синхронізацією стартового імпульсу (Дф 1 \u003d 0).

Малюнок 1.3 - Функціональна схема вимірювача часових інтервалів по нониусного методу

Схема працює в такий спосіб. Імпульси з генератора квантів послідовності надходять на входи схем збігу і на вхід дільника частоти. Дільник частоти формує імпульси, синхронні з квантів послідовністю і службовці для запуску досліджуваних пристроїв. Одночасно імпульси подільника відкривають схему збіги, вихідні імпульси якого реєструються лічильником грубого відліку.

Генератор ноніусних імпульсів запускається стоповим імпульсом. Генеруються їм імпульси з періодом

ф і \u003d (n-1) / n,

де n - ціле число, надходять на інший вхід схеми збігів і одночасно реєструються лічильником точного відліку.

Через деякий проміжок часу, що залежить від тривалості ділянки ф 0 -Дф 2, відбудеться збіг імпульсів Квант і нониусной послідовностей. Імпульс схеми збігу блокує генератор ноніусних імпульсів. Очевидно, що кількість імпульсів, зареєстрованих лічильником, пропорційно тривалості ділянки ф 0 -Дф 2.

Виміряний інтервал ф вим можна виразити у вигляді

Ф вим \u003d (N-N н) ф 0 + N н Дф н, (1.1)

де N - показання лічильника грубого відліку;

N н - показання лічильника точного відліку;

Дф н - крок ноніуса, рівний ф 0 / n.

Таким чином, ноніусний метод дозволяє звести абсолютну похибку вимірювань до величини ф 0 / n. При цьому величина n може досягати досить великих значень (кілька десятків і навіть сотень), що і обумовлює широке поширення методу.

Використання нониусного методу при великих значеннях n пред'являє до вузлів схеми ряд вимог, найбільш суттєвими з яких є:

висока стабільність частоти нониусной послідовності;

висока стабільність параметрів імпульсів обох послідовностей;

висока роздільна здатність схем збігів.

Істотним недоліком нониусного методу є незручність відліку результатів вимірювань за кількома табло з подальшими обчисленнями.

До методам з проміжним перетвореннямвідносять метод перетворення час-амплітуда а також метод перетворення масштабу часу.

Метод перетворення час-амплітудазастосовується для обліку ділянки Дф 2 в перетворювачі послідовного рахунку. На малюнку 1.4 приведена функціональна схема вимірювального пристрою.

Алгоритм роботи пристрою наступний. Імпульси квант послідовності з генератора надходять на перші входи схем збігу 1 і 2, які по другим входів управляються тригером.

З приходом стартового імпульсу тригер перекидається, при цьому відкривається схема збігу 2 і закривається схема збігу 1. Починає працювати схема грубого вимірювання часу, що складається зі схеми збігу 2 і лічильника.

Малюнок 1.4 - Функціональна схема вимірювача тимчасового інтервалу по методу перетворення час-амплітуда

Стоповий імпульс повертає тригер в початкове положення, закривається схема збігу 2 і відкривається схема збігу 1. Стоповий імпульс одночасно надходить на перетворювач час - амплітуда і запускає його. Перший імпульс з виходу схеми збігу 1 припиняє роботу перетворювача. На виході перетворювача при цьому виникає імпульс, амплітуда якого пропорційна тривалості інтервалу між двома імпульсами - стоповим і першим імпульсом з виходу схеми збігу 1, т. Е. Пропорційно ділянці Дф 2. В якості перетворювача час - амплітуда найбільш часто використовується генератор лінійного пилкоподібної напруги, керований двома імпульсами - запускає і зупиняє.

Далі імпульс з виходу перетворювача надходить на вхід n-канального амплітудного аналізатора. У найпростішому випадку амплітудний аналізатор може бути виконаний у вигляді n паралельно з'єднаних інтегральних дискримінаторів з рівновіддаленими один від одного порогами дискримінації. Залежно від амплітуди імпульсу на виході перетворювача на виході аналізатора вийде сигнал того чи іншого виду (вид сигналу залежить від типу використовуваного аналізатора), що несе інформацію про тривалість інтервалу Дф 2. Цей сигнал надходить на блок дешифрування і індикації.

Метод перетворення масштабу часу полягає в тому, що тривалість вимірюваного інтервалу ф вим перетворюється в імпульс тривалістю kф вим, яка вимірюється за допомогою перетворювача послідовного рахунку. Зазвичай перетворення масштабу часу здійснюється в два етапи. Перший з них полягає в перетворенні виду час-амплітуда, другий - в перетворенні виду амплітуда - час. На малюнку 1.5 приведена загальна функціональна схема вимірювального пристрою. Стартовий і стоповий імпульси, інтервал ф вим між якими потрібно виміряти, надходять на перетворювач масштабу часу. Імпульс на виході перетворювача, що має тривалість kф вим, управляє схемою збігу, яка під час дії цього імпульсу пропускає Квант імпульси з генератора на лічильник. Отже, генератор, схема збігу і лічильник є перетворювач послідовного рахунку, за допомогою якого здійснюється вимір інтервалу kф вим.

Малюнок 1.5 - Функціональна схема вимірювача тимчасового інтервалу по методу перетворення масштабу часу

Для вимірюваного інтервалу можна записати

ф вим \u003d Nф 0 / k,

де N - кількість імпульсів, зареєстрованих лічильником.

Таким чином, розглянутий метод дозволяє виміряти малі інтервали часу, не вдаючись до швидкодіючим перерахункових схемами.

Похибка методу перетворення масштабу часу визначається в основному значенням і постійністю коефіцієнта перетворення k.

2 . Розробка структурної та функціональної схем пристрою

інтервал час вимірювальний детектор

У структурну схему проектованого пристрою входять такі елементи:

Пристрій для формування імпульсів (ФМ) - формує керуючий сигнал, що дозволяє починати рахунок, при надходженні переднього фронту вимірюваного імпульсу. Зупиняє рахунок при надходженні заднього фронту вимірюваного імпульсу.

Тактовий генератор (ТГ) - формує імпульси високої частоти, необхідні для вимірювання тимчасового інтервалу, а також імпульси, необхідні для забезпечення роботи перетворювача коду, що передає інформацію в канал зв'язку.

Схема підрахунку тактових імпульсів (СПИ) - підраховує число імпульсів, що укладаються в вимірюваному інтервалі часу.

Блок управління (БУ) - необхідний для узгодження в часі функціонування всіх вузлів пристрою.

Блок відображення (БО) - необхідний для відображення результату вимірювання.

Перетворювач паралельного коду в послідовний (ППК) - здійснює перетворення коду для його передачі в канал зв'язку.

На малюнку 2.1 представлена \u200b\u200bструктурна схема цифрового вимірювального пристрою, що включає описані вище елементи.

Малюнок 2.1 - Структурна схема проектованого пристрою

Структурна схема пристрою складається з блоку ФМ, який виробляє сигнали по приходу переднього фронту вимірюваного імпульсу, і по надходженню заднього фронту. Сигнал, що виробляється під час вступу переднього фронту, дозволяє проходження тактових імпульсів від ТГ на СНІД, яка під час вступу тактовихімпульсів від ТГ виробляє підрахунок. При надходженні заднього фронту, імпульси з ТГ перестають надходити на СНІД, і підрахунок зупиняється. Двійкова комбінація на виході СПИ, за дозволяючим сигналом БО надходить на входи БО і ППК. Далі результат вимірювання відображається в БО, а в схемі ППК двоичная комбінація перетворюється з паралельного коду в послідовний, для подальшого проходження в канал зв'язку.

Побудуємо функціональну схему вимірювального пристрою.

Пристрій для формування імпульсів - формують сигнали, що визначають початок і кінець вимірюваного тимчасового інтервалу. Включає в себе детектори переднього (формує сигнал визначає початок імпульсу) і заднього (сигнал кінця імпульсу) фронту.

З детекторів фронтів імпульси потрапляють на тригер за допомогою якого відбувається виділення необхідного тимчасового інтервалу.

Кон'юнктор дозволяє дозволити або заборонити проходження тактових імпульсів, що виробляються генератором.

Лічильник, необхідний для підрахунку імпульсів. Для скорочення кількості елементів при побудові вимірювача часових інтервалів в якості лічильника для підрахунку тактових сигналів використовуватимемо двійковій-десятковий лічильник, який працює відповідно до кодом обміну з пристроєм обробки.

Такий лічильник буде містити послідовно включених однорозрядних двійковій-десяткових лічильників. Кількість двійкових розрядів лічильника визначимо за формулою:

Регістр зберігання - запам'ятовує інформацію, що надходить з лічильника імпульсів, а також дозволяє уникнути мерехтіння під час відображення результату підрахунку на індикаторі. Це відбувається завдяки тому, що зчитування інформації з реєстру здійснюється тільки після закінчення рахунку лічильником.

Перетворювач коду, що перетворює інформацію, що надходить з регістра зберігання, в формат, зручний для роботи десяткового індикатора. За умовою з лічильника надходить код типу 8421 + 6.

Цифровий десятковий індикатор. Визначимо розрядність індикаторного пристрою за формулою:

де D max - максимальне значення вимірюваної величини, ДD - точність вимірювання.

Генератор - генерує прямокутні імпульси заданої частоти, необхідні для підрахунку імпульсів і передачі даних. У роботі використовуються генератор частоти і два подільника частоти на 3 та на 50, на виходах яких тактові частоти відповідно рівні Гц і Гц.

Перетворювач паралельного коду в послідовний. Для реалізації перетворювача коду в роботі використовується регістр з паралельним введенням і послідовним висновком інформації.

Розрядність регістра з паралельним введенням і послідовним висновком інформації визначимо виходячи з того, що для відображення кожного десяткового розряду потрібно 4 біта:

Схема управління, забезпечує узгодження в часі роботи всіх блоків пристрою. Управляє передачею інформації з регістра зберігання на індикатор і в канал зв'язку.

На малюнку 2.3 представлена \u200b\u200bфункціональна схема проектованого пристрою підрахунку імпульсів, яка працює за наступним принципом: в початковий момент часу сигнал подається на вхід ДПФ, який виробляє імпульс, що надходить на вхід S тригера Т, встановлюючи його вихід Q в одиничний стан, таким чином забезпечуючи безперервну подачу сигналу на логічний елемент І, на другий вхід якого подається сигнал від дільника частоти f / 3. Коли на виході Q тригера Т сигнал високого рівня - тактові імпульси від генератора надходять на лічильник. Якщо на вхід приходить задній фронт імпульсу - ДЗФ виробляє сигнал, який надходить на вхід R тригера Т, і скидає його, при цьому на виході Q встановлюється низький рівень сигналу, а на вході елемента І з'явитися логічний «0», що не пропускає проходження імпульсів від генератора - лічильник зупинить рахунок.

По приходу імпульсу про задньому фронті сигналу, включається схема БО, яка виробляє сигнал про дозвіл запису в регістр зберігання і регістр зсуву для видачі даних з них на індикатори і в канал зв'язку, відповідно. Після чого БО переводить елементи пристрою в початковий стан (тобто скидає) для продовження вимірювання тривалості інших імпульсів.

На малюнку 2.2 приведена блок-схема алгоритму функціонування пристрою.

Малюнок 2.2 - Блок-схема алгоритму роботи пристрою

Пристрій вимірювання тимчасових інтервалів функціонує за наступним алгоритмом.

Коли на вхід пристрою поступає передній фронт сигналу, то включається генератор, який через дільник f/3 виробляє імпульси частотою f 1 \u003d 10000Гц, і подає тактовий сигнал включення лічильника, який підраховує кількість імпульсів до приходу заднього фронту сигналу. Якщо відбувається переповнення лічильника, то включається ще один лічильник, а попередній видає результат підрахунку, який записується в регістр зберігання, для відображення на індикаторі, і в паралельно-послідовний регістр для передачі далі в канал зв'язку. Якщо ж відбувається переповнення на першому лічильнику, то включається другий лічильник, якщо відбувається переповнення і на ньому, то включається третій лічильник, якщо ж і на третьому лічильнику відбувається переповнення, то загоряється індикатор, що повідомляє про помилку. Коли на вхід перестає надходити сигнал, тактові імпульси з генератора не подаються на лічильник і схему управління - лічильник зберігає своє значення до приходу наступного сигналу.

Малюнок 2.3 - Функціональна схема пристрою

3 . Розробка принципової схеми пристрою

3.1 Вибір елементної бази

Для побудови пристрою вимірювання тимчасового інтервалу необхідно вибрати серію мікросхем, на яких будуть реалізовані всі блоки пристрою.

Вибір слід проводити серед основних типів логік: ТТЛ, ЕСЛ, МОП. За завадостійкості найбільш підходять мікросхеми ТТЛ серії. Мікросхеми ЕСЛ мають недостатню стійкість, а МОП мікросхеми мають надлишкову стійкість і їх застосування виправдане в пристроях, блоки яких зазнають значних впливів перешкод. Вимірювач часових інтервалів не є таким пристроєм. Крім того проектоване пристрій призначений для вимірювання тривалості позитивних імпульсів, а мікросхеми ЕСЛ - мікросхеми негативною логіки, і для їх застосування потрібно використовувати перетворювач рівнів, що дещо ускладнює конструкцію пристрою.

В результаті порівняння основних серій мікросхем ТТЛ логіки була обрана серія КР1533, що має такі основні параметри, наведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Основні параметри мікросхем серії КР1533

параметр	значення
Рпот, мВт

З таблиці 3.1 можна зробити висновок, що мікросхеми серії КР1533 мають достатню для проектованого пристрою швидкодію, стійкість, коефіцієнт розгалуження і досить низьку споживану потужність. Крім того функціональний склад мікросхем даної серії є досить широким, що також важливо при практичному застосуванні.

Застосування мікросхем інших ТТЛ серій спільно з обраної серією мікросхем також можливо без застосування перетворювачів рівня сигналів.

3.2 Проектування схем виділення фронтів тимчасового інтервалу

Для управління моментами початку і закінчення рахунку імпульсів від тактового генератора потрібно пристрій, який би формував відповідно імпульси початку і закінчення рахунку. При вимірюванні часових інтервалів імпульсів такими пристроями є детектори фронтів. Відповідно до завдання на курсову роботу необхідно спроектувати пристрій для вимірювання тривалості імпульсів. З урахуванням цього, для формування імпульсу початку рахунку необхідно застосувати детектор переднього фронту, а для формування імпульсу закінчення рахунку - детектор заднього фронту.

Існує досить багато схем детекторів переднього і заднього фронту. Всі вони мають свої переваги і недоліки. У цьому пристрої доцільно застосувати схему детектора на логічних елементах. Дана схема є найбільш простий через відсутність елементів обв'язки мікросхем. Типова схема детектора переднього фронту показана на малюнку 3.1

Малюнок 3.1 - Детектор переднього фронту

Принцип роботи схеми пояснює тимчасова діаграма рисунок 3.2.

Рисунок 3.2 - Тимчасова діаграма детектора переднього фронту

Як видно з тимчасової діаграми, імпульс на виході схеми з'являється в момент появи переднього фронту вхідного імпульсу і триває деякий час. Тривалість вихідного імпульсу визначається часом затримки логічних елементів входять до складу детектора. Тривалість вихідного імпульсу повинна бути достатньою для чіткого спрацьовування тригера, керуючого початком і закінченням рахунку імпульсів генератора. Для впевненого спрацьовування тригера потрібно щоб виконувалася умова 3.1.

Як RS-тригера застосуємо мікросхему КР1533ТР2, час спрацьовування якої не перевищує 26 нс. Тривалість вихідного імпульсу детектора переднього фронту складе:

де n - кількість логічних елементів, що входять до складу детектора;

t Здр - час затримки перемикання логічного елемента.

Мінімальна необхідна тривалість імпульсу для даного тригера дорівнює:

Для побудови детектора переднього фронту застосуємо мікросхему КР1533ЛА3, що містить 4 логічних елемента 2-І-НЕ з середнім часом затримки 8 нс. В даному випадку тривалість імпульсу дорівнює:

Для збільшення тривалості вихідного імпульсу детектора переднього фронту до необхідної величини необхідно застосувати чотири послідовно включених інвертора виконаних на мікросхемі КР1533ЛА3. Схема детектора переднього фронту прийме в цьому випадку вид, показаний на малюнку 3.3.

Малюнок 3.3 - Схема детектора переднього фронту

Типова схема детектора заднього фронту має вигляд, показаний на малюнку 3.4.

Малюнок 3.4 - Детектор заднього фронту

Тимчасова діаграма, яка пояснює принцип роботи детектора заднього фронту представлена \u200b\u200bна малюнку 3.5.

Малюнок 3.5 - тимчасова діаграма детектора заднього фронту

Для побудови детектора заднього фронту застосуємо мікросхему КР1533ЛЕ1, що містить 4 логічних елемента 2-АБО-НЕ з середнім часом затримки 11 нс. У цьому випадку тривалість імпульсу дорівнює:

Отримана тривалість вихідного імпульсу менше мінімально необхідної (3.3). Для отримання тривалості вихідного імпульсу не менше ніж мінімальна необхідно в схему детектора заднього фронту включити 4 логічних елемента мікросхеми КР1533ЛЕ1. Схема детектора заднього фронту в цьому випадку буде мати вигляд, показаний на малюнку 3.6, а тривалість вихідного імпульсу буде дорівнює:

Малюнок 3.6 - Схема детектора заднього фронту

3.3 Проектування генератора

Для синхронізації роботи схеми пристрою, отримання імпульсів для вимірювання тимчасового інтервалу, імпульсів задають швидкість передачі даних в канал зв'язку необхідно мати генератор, який би міг генерувати тактові імпульси з заданою частотою проходження і тривалістю імпульсу. Причому тривалість імпульсів генератора повинна бути достатньою для спрацьовування всіх пристроїв, що працюють від нього.

Частоту генератора вибирають з умови:

де НОК - найменше спільне кратне.

Згідно з завданням на курсову роботу точність вимірювання ДD дорівнює 0,1 мс, а швидкість передачі даних в канал зв'язку V пер дорівнює 600 біт / с. Відповідно до цього частота генератора тактових імпульсів дорівнює:

Для забезпечення заданої точності вимірювання і швидкості передачі потрібні різні такі частоти. Застосування двох тактових генераторів може вирішити цю проблему, однак обидва генератора повинні працювати синхронно, з чим виникають складності. Тому на практиці застосовують один генератор і подільники частоти для отримання необхідних тактових частот. У розробляється пристрої застосовується дві тактові частоти, тому використовуються два подільника частоти з різними коефіцієнтами розподілу. Коефіцієнти розподілу можна розрахувати за такими формулами:

Коефіцієнти розподілу подільників частоти, розраховані за формулами 3.9 рівні:

Виходячи з того що частота генератора дорівнює 30 кГц період генерації дорівнює:

При скважности імпульсів рівної 2 тривалість імпульсу повинна бути дорівнює тривалості паузи:

Схема генератора тактових імпульсів подана на малюнку 3.7.

Малюнок 3.7 - Схема генератора тактових імпульсів

Буферні каскади в генераторі покращують форму вихідної напруги і зменшують вплив навантаження на частоту генерації.

Формули для розрахунку тривалості імпульсу і паузи мають такий вигляд:

Для отримання заданої частоти опір резистора і ємність конденсатора повинні відповідно дорівнювати:

3.4 проектування подільників частоти

Необхідність в делителях частоти була обгрунтована в попередньому розділі. Подільники частоти доцільно будувати на послідовному лічильнику на D-тригерах з заданим коефіцієнтом перерахунку за методом дешифрування станів.

Для побудови лічильника з заданим коефіцієнтом перерахунку будується звичайний лічильник на D-тригерах, а потім вводяться зв'язку, що забороняють зайві стану. Слід зазначити, що можна заборонити як перші, так і останні зайві стану.

Для побудови лічильника з n стійкими станами необхідно D-тригерів. Для побудови лічильника з коефіцієнтом перерахунку 3 потрібно тригера. Вибираємо мікросхему КР1533ТМ2, що містить 2 D-тригера з входами установки. Заборонені стану будуть знаходитися позаду починаючи з 3. Схема подільника частоти показана на малюнку 3.8, тимчасова діаграма пояснює принцип його роботи - на малюнку 3.9.

Малюнок 3.8 - Схема подільника частоти на 3

Малюнок 3.9 - Тимчасова діаграма подільника частоти на 3

Для побудови подільника частоти на 50 потрібно D-тригерів. Виберемо 3 мікросхеми КР1533ТМ2, що містять по 2 D-тригера з установочними входами. Заборонені стану лічильника будуть слідувати ззаду починаючи з 50. Двійковий код числа 50 - 110010. Схема подільника частоти на 50 приведена на малюнку 3.10.

Малюнок 3.10 - Схема подільника частоти на 50

3.5 Синтез віднімає двійковій-десяткового лічильниказ порядком рахунку 8421+6 наD-тригер

Згідно з завданням на курсову роботу двійковій-десятковий лічильник повинен бути синтезований на D-тригерах, причому він повинен мати заданий відповідно до варіанта порядок рахунку. У завданні вказано порядок рахунку 8421 + 6, відповідно до цього порядком рахунку двійкового коду десяткових цифр наведено в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 - Двійково-десятковий код

десяткова цифра	Двійковій-десятковий код

Для синтезу віднімає лічильника необхідно спочатку навести таблицю функціонування D-тригера (таблиця 3.3).

Таблиця 3.3 - Таблиця функціонування синхронного D-тригера

З таблиці 3.3 видно, що стан входу D тригера переписується на його вихід Q тільки при наявності високого рівня на вході С. З огляду на таблицю функціонування D-тригера можна скласти таблицю функціонування віднімає лічильника (таблиця 3.4).

Таблиця 3.4 - Таблиця функціонування віднімає лічильника

Наступним кроком при синтезі віднімає лічильника є мінімізація отриманих функцій D 1, D 2, D 3 і D 4. Мінімізацію цих функцій зручно проводити за допомогою карт Карно. Для побудови схеми в базисі Шеффера необхідно провести мінімізацію функцій по одиницям. Процес мінімізації показаний в таблицях 3.5 - 3.8.

Таблиця 3.5 - Мінімізація функції D 1 за допомогою карти Карно

Таблиця 3.6 - Мінімізація функції D 2 за допомогою карти Карно

Таблиця 3.7 - Мінімізація функції D 3 за допомогою карти Карно

Результат мінімізації функцій D 1, D 2, D 3, D 4 необхідно перетворити для побудови схеми в базисі Шеффера. Результати мінімізації та перетворення функцій подані в формулах 3.16 - 3.19, а функція позички Z - 3.20.

Для побудови схеми знадобляться 4 D-тригера, елементи 2-І-НЕ і 3-І-НЕ. Застосуємо мікросхеми КР1533ТМ2, КР1533ЛА3 і КР1533ЛА4. Схема синтезованого двійковій-десяткового лічильника з порядком рахунку 8421 + 6 подана на малюнку 3.11. Тимчасова діаграма, яка пояснює принцип його роботи подана на малюнку 3.12.

Таблиця 3.8 - Мінімізація функції D 4 за допомогою карти Карно

Малюнок 3.11 - Схема двійковій-десяткового лічильника

Малюнок 3.12 - Тимчасова діаграма двійковій-десяткового лічильника

3.6 Проектування пристрою відображення

До складу пристрою відображення входять перетворювач коду, регістр і індикатори. Для узгодження регістра з індикатором потрібно застосувати елементи з підвищеною здатністю навантаження. В якості таких елементів зручно використовувати мікросхему КР1533ЛН8, яка містить 6 логічних елементів НЕ з підвищеною здатністю навантаження. Максимальний струм для таких елементів складає 24 мА. Як індикатор можна застосувати індикатор АЛС324Б червоного кольору світіння. Його основні параметри наведені в таблиці 3.9.

Таблиця 3.9 - Параметри індикатора АЛС324Б

Для обмеження максимального струму через індикатор необхідно застосувати обмежувальні резистори. Розрахувати опір обмежувальних резисторів можна за формулою 3.21.

де U і.п. - напруга джерела живлення мікросхеми;

U пр - пряме падіння напруги на сегменті індикатора;

I пр - прямий струм через сегмент індикатора.

Вибравши прямий струм через індикатор рівним 20 мА, і прийнявши напруга логічного нуля дорівнює 0,5 В отримаємо:

3.6 .1 Синтез перетворювача коду

Згідно з завданням на курсову роботу результат вимірювання повинен бути визуализирован за допомогою семисегментних індикаторів. Перетворювач коду призначений для управління семісегментним індикатором допомогою перетворення двійково-десяткового коду в код, що дозволяє правильно відображати результат вимірювання за допомогою семисегментний індикатора.

Існує кілька способів побудови перетворювача коду. У наступних підрозділах будуть розглянуті деякі з них.

Синтез перетворювача коду на основі булевих рівнянь

Даний спосіб синтезу перетворювача коду заснований на тому, що кожній з дозволених кодових комбінацій ставиться у відповідність семіразрядний кодова комбінація, за допомогою якої на індикатор виводиться відповідна десяткова цифра. Далі проводиться мінімізація в повному обсязі певних функцій a - g за допомогою карт Карно по одиницях і нулях, а потім будуються схеми перетворювача коду в базисі Шеффера і Пірса відповідно.

У таблиці 3.10 подана таблиця функціонування перетворювача коду.

Таблиця 3.10 - Таблиця функціонування перетворювача коду

десяткова цифра

Проведення мінімізації функцій a - g за допомогою карт Карно подано в таблицях 3.11 - 3.17, а результати проведення мінімізації - в формулах 3.23 - 3.36.

Таблиця 3.11 - Мінімізація функції a за допомогою карти Карно

Таблиця 3.12 - Мінімізація функції b за допомогою карти Карно

Таблиця 3.13 - Мінімізація функції за допомогою карти Карно

Таблиця 3.14 - Мінімізація функції d за допомогою карти Карно

Таблиця 3.15 - Мінімізація функції е за допомогою карти Карно

Таблиця 3.16 - Мінімізація функції f за допомогою карти Карно

Таблиця 3.17 - Мінімізація функції g за допомогою карти Карно

Схема перетворювача коду в базисі Шеффера приведена на малюнку 3.13. При побудові схеми застосовані мікросхеми КР1533ЛА1, КР1533ЛА2, КР1533ЛА3, КР1533ЛА4.

Схема перетворювача коду в базисі Пірса приведена на малюнку 3.14. При побудові схеми застосовані мікросхеми КР1533ЛЕ1, КР1533ЛЕ4, КР531ЛЕ7.

Малюнок 3.13 - Схема перетворювача коду в базисі Шеффера

Малюнок 3.14 - Схема перетворювача коду в базисі Шеффера

Синтез перетворювача коду на основі системи дешифратор-шифратор

Синтез перетворювача коду даним методом полягає в застосуванні повного дешифратора і шифратора. Кількість виходів повного дешифратора в даному випадку дорівнює 2 4 \u003d 16, а кількість входів шифратора - 2 +7 \u003d 128. Завдання полягає у визначенні входу шифратора, з яким потрібно з'єднати відповідний вихід дешифратора для отримання на його виході потрібної комбінації. Розрахунок номера входу шифратора ведеться з урахуванням ваг розрядів необхідного семіразрядний коду. На практиці такий метод застосовувати недоцільно через великі витрат апаратури. У таблиці 3.18 наведені номери входів шифратора відповідають номерам виходів дешифратора. Схема розробленого пристрою подана на малюнку 3.15.

Таблиця 3.18 - Таблиця функціонування перетворювача коду

десяткова

шифратора

Малюнок 3.15 - Схема перетворювача коду на основі системи дешифратор-шифратор

Синтез перетворювача коду на основі програмованої логічної матриці

Програмована логічна матриця має п входів, k елементів І, виходи яких утворюють k вертикальних шин, m елементів АБО, виходи яких підключені до суматора по модулю 2 виконує роль керованих інверторів. виходи цих m інверторів є виходами самої ПЛМ. Кожен елемент І має 2 п входів, якими він пов'язаний з усіма шинами вхідних сигналів і їх інверсій. У лінії зв'язку включені спеціальні перемички. Ці перемички виконуються з певного матеріалу (наприклад, ніхром, кристалічний кремній) або у вигляді спеціальних р-n переходів так, щоб їх можна було вибірково руйнувати ( «випалювати»), залишаючи лише ті зв'язки, які потрібні споживачеві ПЛМ. У ряді типів ПЛМ випалювати перемички може сам споживач, подаючи на відповідні висновки корпусу імпульси струму або напруги певної амплітуди і тривалості.

Елементи АБО в ПЛМ, так само як і елементи І, мають на входах випалювали перемички, за допомогою яких вони підключені до всіх вертикальним шинам. Після випалювання на программаторе непотрібних перемичок у елементів АБО також залишаються лише ті зв'язки з вертикалями, які необхідні споживачеві. Технічна реалізація елементів АБО така, що після випалювання перемичок на «ні до чого не підключених» входах АБО забезпечуються рівні логічного нуля.

Аналогічним чином програмують відсутність або виконання инвертирования виходів АБО, відповідно перепалюючи або залишаючи перемички на верхніх входах елементів М2.

Методи технологічного виконання елементів І, АБО, М2 і руйнуються перемичок можуть бути різними. З точки зору логічного проектування істотно лише те, що схемотехник, який використовує ПЛМ, може на свій розсуд:

Подати на будь-який елемент І будь-яку комбінацію входів ПЛМ або їх інверсій;

Підключити до будь-якого елементу АБО будь-яку комбінацію вертикальних шин (виходів І);

Проинвертировать виходи будь-яких АБО.

Такі можливості дозволяють дуже просто реалізовувати на ПЛМ перетворювачі кодів або, що те ж саме, системи логічних функцій.

Побудуємо перетворювач коду на основі ПЛМ (рисунок 3.16).

Малюнок 3.16 - Схема перетворювача коду на ПЛМ

3. 6.2 Синтез паралельного регістраз однофазним прийомом даних

Для того щоб інформація виводиться на індикатори могла відображатися як завгодно довго, а також для виключення відображення процесу підрахунку імпульсів лічильником (мерехтінь) необхідно застосування пристрою яке дозволило б зберігати отриману від двійковій-десяткового лічильника інформацію. Таким пристроєм є паралельний регістр. Число його розрядів визначається кількістю розрядів інформації видається лічильником, а кількість необхідних регістрів - кількістю необхідних елементів відображення.

Запис в регістр повинна проводитися після закінчення підрахунку імпульсів двійковій-десятковим лічильником. Перед записом регістр повинен бути встановлений в початкове значення (обнулений).

Для побудови регістра зручно використовувати D-тригери. Для цього підходить мікросхема КР1533ТМ2. схема синтезованого регістра наведена на малюнку 3.17.

Малюнок 3.17 - Схема паралельного регістра

3. 7 Проектування паралельно-послідовногоперетворювача

Даний вузол розроблювального пристрою використовується для передачі даних в канал зв'язку. Запис в регістр проводиться паралельно, а видача даних - послідовно. Для виключення запису в регістр раніше закінчення підрахунку імпульсів застосовується схема забороняє запис до появи імпульсу на виході детектора заднього фронту.

Регістр доцільно будувати на основі D-тригерів. Їх кількість визначається кількістю інформації, яку необхідно передати в канал зв'язку. У розробляється пристрої в канал зв'язку необхідно передати 16 біт інформації (по 4 біта від кожного з 4 лічильників). З цього випливає, що кількість необхідних тригерів дорівнює 16. Схема розробленого регістру приведена на малюнку 3.18.

Принцип роботи пристрою наступний. Перед початком запису все тригера обнуляються. При надходженні дозволяє імпульсу відбувається установка тригерів в стан, відповідне переданому біту інформації. Далі відбувається зсув інформації в канал зв'язку, а по завершення передачі даних все тригери регістра встановлюються в нульове стан.

Малюнок 3.18 - Схема зсувного регістру

3. 8 проектування пристроюуправління

Блок управління призначений для узгодження в часі функціонування вузлів цифрового пристрою. Основними завданнями блоку управління є:

Управління записом інформації в регістри зберігання і регістри зсуву і видачею даних з них на індикатори і в канал зв'язку;

Управління передачею даних в канал зв'язку;

Переклад пристрою в початковий стан для можливого продовження вимірювання;

Видача сигналу помилки при перевищенні тривалості вимірюваного імпульсу над діапазоном вимірювань.

Для вирішення цих завдань скористаємося:

Послідовним суммирующим лічильником з коефіцієнтом перерахунку 16 (16 відповідає кількості переданої в канал зв'язку інформації).

В якості електронного ключа, що забезпечує скидання лічильників і індикацію сигналу про помилку при виникненні помилки, використовуємо D-тригер і елементи АБО.

Використовуємо лінію затримки для узгодження перемикання логічних елементів в часі;

Пристроєм скидання, для установки лічильників і тригерів в початковий стан.

3. 8 .1 Синтез лічильника з коефіцієнтом перерахунку 16

Спільно зі зсувними регістром в пристрої передачі даних необхідно використовувати лічильник. З його допомогою визначається момент, коли всі дані будуть передані в канал зв'язку. Це потрібно для того щоб встановити всі тригери регістра в нуль і виключити передачу невірних даних в канал зв'язку. Доцільно будувати лічильник на D-тригерах. Для отримання коефіцієнта перерахунку 16 потрібно застосувати 4 тригера. Застосуємо мікросхеми КР1533ТМ2. Схема синтезованого підсумовує лічильника подана на малюнку 3.19, а тимчасова діаграма - на малюнку 3.20.

Малюнок 3.19 - Схема підсумовує лічильника з коефіцієнтом перерахунку 16

Малюнок 3.20 - Тимчасова діаграма лічильника з коефіцієнтом перерахунку 16

3. 8 .2 Розробка схеми скидання

Схема скидання призначена для установки в початковий стан всіх тригерів, що входять до складу розроблюваного устрою, при включенні харчування, а також після завершення процесу вимірювання та відсилання даних в канал зв'язку. Для побудови схеми скидання зручно застосовувати перезапускати одновибратор. Він генерує одиничний імпульс заданої тривалості під час вступу на його входи певних сигналів. Застосуємо як одновибратора мікросхему КР1533АГ3. Одновібратор на цій мікросхемі має три входи: два стартових ST1, ST2 і вхід обнулення R. Запуск одновибратора можливий декількома способами. Для даного випадку найбільш підходящим буде запуск по позитивному фронту на вході ST2 при низькому рівні на ST1 і високому рівні на вході R. Схема пристрою скидання приведена на малюнку 3.21 тимчасова діаграма пояснює роботу - на малюнку 3.22.

Тривалість генерованого імпульсу повинна бути достатньою для надійного скидання всіх регістрів. Виберемо тривалість дорівнює 10 мкс. Тривалість генерованого одновібратором імпульсу визначається за формулою 3.37

Виберемо ємність конденсатора рівної 1000 пФ. Тоді опір резистора при тривалості імпульсу 10 мкс складе 22000 Ом.

Малюнок 3.21 - Схема скидання

Малюнок 3.22 - Тимчасова діаграма схеми скидання

3. 8 .3 Розробка лінії затримки

Лінія затримки призначена для затримки в часі сигналів записи в регістри зберігання і в зсувний регістр. Сигналом записи є імпульс детектора заднього фронту. Затримку необхідно провести на час

Лінію затримки будемо будувати на мікросхемі КР1533ЛА3 (елементах І-НЕ). При будівництві лінії затримки необхідно також врахувати що детектор заднього фронту формує імпульс низького рівня, а імпульс, що дозволяє запис в регістри повинен мати високий рівень. Час затримки одного елемента становить 10 нс, а час спрацьовування тригера - 22 нс. Для затримки імпульсу записи в регістри зберігання використовуємо 5 елементів. Час затримки при цьому складе:

Для затримки сигналу записи в зсувний регістр щодо сигналу записи в регістри зберігання застосуємо 6 елементів. Час затримки при цьому складе:

Схема блоку управління подана на малюнку 3.23. Тимчасова діаграма вимірювача тимчасового інтервалу - на малюнку 3.24.

Малюнок 3.23 - Схема блоку управління

Малюнок 3.24 - Тимчасова діаграма вимірювача тимчасового інтервалу

висновок

В ході виконання курсової роботи була розроблена принципова схема пристрою вимірювання тривалості імпульсів, що забезпечує вимірювання часових інтервалів тривалістю не більше 1000 мс з точністю 0,1 мс, і швидкістю передачі даних 600.

Для забезпечення таких параметрів були спроектовані основні функціональні вузли:

Пристрій для формування імпульсів;

Тактовий генератор;

Схема підрахунку імпульсів;

Блок керування;

Блок відображення;

Перетворювач паралельного коду в послідовний.

Список літератури

1. Аванесян Г.Р., Левшин В.П. Інтегральні мікросхеми ТТЛ, ТТЛШ. - М .: Машинобудування, 1993. - 256 с.

2. Кузнецов В.А. Вимірювання в електроніці: Довідник - М .: Вища школа, 1987. - 512 с.

3. Мальцева Л.А. Основи цифрової техніки - М .: Радио и связь, 1987. - 128 с.

4. Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни «Цифрова схемотехніка» на тему «Проектування цифрового пристрою».

5. Мирський Г.Я. Електронні вимірювання - М .: Радио и связь, 1986. - 440 с.

6. Новиков Ю.В. Основи цифрової схемотехніки. Базові елементи і схеми. Методи проектування - М .: Світ, 2001. - 379 с.

7. Орнадскій П.П. Автоматичні виміри і прилади. - К .; Техніка, 1990. - 448 с.

8. Потьомкін І.С. Функціональні вузли цифрової автоматики. - М .: Вища школа, 1988. - 320 с.

9. Угрюмов Є.П. Цифрова схемотехніка - СПб: БХВ-Петербург, 2004. - 528 с.

10. Шило В.Л. Популярні цифрові мікросхеми: Довідник - М .: Металургія, 1988. - 352 с.

11. Якубовський С.В., Ніссельсон Л.І., Кулешова В.І. Цифрові і аналогові інтегральні мікросхеми: Довідник - М .: Радио и связь, 1990. - 496 с.

12. Пухальский Г.І., Новосельцева Г.Я. Проектування дискретних пристроїв на інтегральних мікросхемах: довідник.- М .: Радио и связь, 1990.- 304 с.

Розміщено на Allbest.ru

подібні документи

Впровадження мікропроцесорної та цифрової техніки в пристрої управління промисловими об'єктами. Проектування схеми детектора фронтів, генератора тактових імпульсів, рахункового пристрою, блоку виведення в пристрій обробки, блоку індикації і управління.

курсова робота, доданий 15.05.2012


Проектування цифрових і логічних схем, як основних вузлів суднових керуючих і контролюючих систем. Основні компоненти структурної схеми і алгоритм функціонування цифрового реєструючого пристрою. Синтез і мінімізація логічних схем.

курсова робота, доданий 13.05.2009


Загальна характеристика цифрових схем, їх переваги в порівнянні з аналоговими. Проектування цифрового вимірювального прилад з функціями індукційного витратоміра і вольтметра постійної напруги, розробка його функціональної і структурної схеми.

курсова робота, доданий 13.02.2013


Проектування будильника для здійснення відліку часу і формування сигналу в заданий час, аналіз структурної та функціональної схем приладу. Розробка принципової схеми на підставі обраної елементної бази. Побудова тимчасових діаграм.

курсова робота, доданий 30.05.2015


Проектування пристрою, що виконує швидке перетворення Фур'є на 512 точок сигналів. Опис архітектури процесорів ЦГЗ сімейства ADSP-219x. Реалізація послідовного каналу зв'язку. Розробка структурної та функціональної схем пристрою.

курсова робота, доданий 16.01.2013


Проектування синхронного лічильника з чотирма виходами, циклічно змінює свої статки. Рішення задач логічного синтезу вузлів і блоків цифрових ЕОМ. Розробка структурної, функціональної та електричної принципової схем заданого пристрою.

контрольна робота, доданий 19.01.2014


Алгоритмічне, логічне та конструкторсько-технологічне проектування операційного автомата. Вивчення елементної бази найпростіших цифрових пристроїв. Розробка цифрового пристрою для упорядкування двійкових чисел. Синтез принципових схем.

курсова робота, доданий 07.01.2015


Методи вимірювання струму і напруги. Проектування цифрового вимірювача потужності постійного струму. Вибір елементної бази пристрої згідно зі схемою електричною принциповою, способу установки елементів. Розрахунок економічної ефективності пристрою.

курсова робота, доданий 21.07.2011


Класифікація цифрових вимірювальних приладів, розробка структурної схеми пристрою вимірювання тимчасових величин сигналів. Опис базового мікроконтролера та програмного забезпечення. Апаратно-програмні засоби контролю та діагностики пристрою.

дипломна робота, доданий 20.10.2010


Моделювання вимірювача інтервалів часу в MathCad. Збірка схеми генератора прямокутних імпульсів в середовищі програмування Electronics WorkBench. Призначення і конструкція дефектоскопа ультразвукового УД2-12. Генератор синхронізації імпульсів.

Розрізняють два основні методи вимірювання періоду і тимчасових інтервалів: осцилографічний і електронно-лічильний.

Вимірювання часових інтервалів за допомогою осцилографа проводиться по осциллограмме досліджуваної напруги з використанням лінійної розгортки. Через значні похибок відліку початку і кінця інтервалу, а також з-за нелінійності розгортки загальна похибка вимірювання тимчасових інтервалів становить одиниці відсотків. Значно менша похибка властива спеціалізованим измерителям тимчасових інтервалів зі спіральною розгорткою.

В даний час найбільш поширені електронно-лічильні методи вимірювання періоду і тимчасового інтервалу. При вимірі дуже малих тимчасових інтервалів зручні методи перетворення. На основі цих методів створені умножители інтервалу - пристрої, що дозволяють розширити вимірюваний інтервал в заданий число раз. Умножители часто використовуються спільно з електронно-рахунковими приладами.

10.1 Електронно-рахунковий вимірювач тимчасового інтервалу

Структурна схема вимірювача тимчасового інтервалу показана на рис. 6.1,. Досліджувані напруги U x 1 і U x 2 підводять по двох каналах до формує пристроїв. Коли ці напруги досягають опорних рівнів U 01 і (U 02, на виході формуючих пристроїв виникають короткі імпульси U H і U K, що відповідають початку і кінця вимірюваного інтервалу часу Т х. Ці імпульси впливають на тригер, вихідний імпульс якого на час Тх відмикає селектор.

За час дії імпульсу рахункові імпульси з відомим періодом T 0, що надходять з генератора, фіксуються лічильником.

Їх число N пропорційно вимірюваній часового інтервалу та зчитується з відлікового пристрою,

Схема вимірювача періоду відрізняється від розглянутої тим, що імпульси початку і кінця інтервалу, рівного періоду повторення досліджуваної напруги, формуються в одному каналі, а друга схема формування відсутня.

Період рахункових імпульсів Т 0 вибирається кратним 10 - k, с, де k - ціле число.

Сістематіескую складову нестабільності рахункових імпульсів можна зменшити, періодично коректуючи частоту генератора.

Похибка дискретності, щоб зменшити потужність слід збільшувати частоту генератора, максимальне значення якої обмежена швидкодією використовуваного лічильника. В даний час кращі серійно випускаються лічильники працюють до частот в сотні мегагерц. Похибка дискретності можна дещо зменшити, застосовуючи генератор рахункових імпульсів з ударним збудженням, що запускається імпульсом UH.

Якщо прилад призначений для вимірювання часу затримки в досліджуваному пристрої, то імпульс початку інтервалу можна синхронізувати з рахунковими імпульсами. До складу вимірювача тимчасового інтервалу вводять дільник частоти, що запускається рахунковими імпульсами. Імпульс з виходу -делітеля запускає досліджуваний пристрій. Через нестабільність времені.задержкі в дільнику не вдається повністю усунути погрішність початку.

Точність вимірювань можна значно підвищити, застосовуючи спеціальні методи, розглянуті далі.

Якщо вимірюваний інтервал повторюється, то похибка дискретності можна знизити, збільшуючи вимірюваний інтервал в ціле число раз або проводячи багаторазові вимірювання.

10.2 Вимірювання частоти

Вимірювання частоти є однією з найважливіших завдань, що вирішуються в радіотехніці. Частота може бути виміряна з дуже високою точністю, тому набули широкого поширення методи вимірювання різних параметрів з попереднім перетворенням їх в частоту і вимірюванням останньої.

Існують наступні основні методи вимірювання частоти; електронно-лічильний, заряду і розряду конденсатора, порівняння вимірюваної частоти із зразковою, а також за допомогою виборчих пасивних ланцюгів.

Електронно-лічильний метод полягає в рахунку числа, періодів невідомої частоти протягом зразкового інтервалу часу електронним лічильником, швидкодія якого обмежує діапазон вимірюваних частот 100 ... 500 МГц. Великі частоти доводиться перетворювати, знижуючи їх до зазначених меж. Цифрові вимірювачі частоти дозволяють отримати відносну похибка вимірювання частоти порядку 10 -11 і менше в. діапазоні до сотень гігагерц.

Метод заряду і розряду конденсатора полягає у вимірюванні середнього значення струму заряду або розряду конденсатора, пропорційного частоті вимірюваного коливання. Метод придатний, для вимірювання частот до сотень кілогерц з похибкою порядку 1%.

Вимірювання частоти шляхом порівняння з зразковою може проводитися в широкому діапазоні частот, включаючи НВЧ. Похибка вимірювання залежить головним чином від похибки визначення зразкової частоти і може становити до 10 -13.

Вимірювання частоти за допомогою виборчих пасивних ланцюгів: резонансних контурів і резонаторів-зводиться до налаштування ланцюга в резонанс, значення вимірюваної частоти зчитується зі шкали елемента настройки. Похибка вимірювання складає до 10 -4.

Таким чином, найбільш точні результати дають методи електронно-лічильний і порівняння, що обумовлено наявністю квантових еталонів частоти, кращі зразки яких характеризуються нестабільністю частоти до 10 -13. Наприклад, водневі стандарти частоти, що випускаються промисловістю, дозволяють отримати зразкові частоти з нестабільністю 5 ... 10 -13 за добу.

Проведення точних вимірювань вимагає знання не тільки номінального значення зразкової частоти, а й деяких інших параметрів, що характеризують її нестабільність.

10.3 Електронно-лічильний метод вимірювання частоти

Електронно-лічильний метод заснований на рахунку числа імпульсів невідомої частотою повторення fx на відомому стабільному по тривалості інтервалі часу. Спрощена структурна схема частотоміра (рис. 8,2, а) подібна до схеми вимірювача тимчасового інтервалу.

Частота кварцового генератора вибирається рівною n * 10 k Гц, де k - ціле число, а значення коефіцієнта ділення n буває кратним десяти. Тому число зафіксованих лічильником імпульсів N відповідає значенню вимірюваної частоти в обраних одиницях. Значення f 0 зчитується з відлікового пристрою приладу.

Вимірювання частоти шляхом заряду і розряду конденсатора

Цей метод покладено в основу роботи частотоміра, схема якого показана на. Рис. 8.4, а. Напруга U г з частотою f x надходить на підсилювач-обмежувач (рис. 8.4, б). Його вихідна напруга U 2, що має форму прямокутних імпульсів, впливає на ланцюг, що складається з конденсатора С і діодів Д1 і Д2. Нехай в початковий момент часу напруга на конденсаторі Uс \u003d U2- Постійну часу заряду вибирають багато меншою половини періоду вхідного напруги. Середнє значення струму заряду конденсатора, що проходить через діод Д1 і електромагнітний прилад,

пропорційна частоті fx, тому шкалу магнітоелектричного приладу градуируют в значеннях вимірюваної частоти.

Частотоміри розглянутого типу працюють в діапазоні від десятків герц до одиниць мегагерц. Цей діапазон частот перекривається декількома піддіапазонами з різними межами вимірювань Перехід з меж на межу досягається зміною ємності, яка вибирається такий, щоб на граничних частотах поддиапазонов середній струм приладу був достатнім для відхилення стрілки на всю шкалу.

Вимірювання частоти шляхом порівняння з зразковою

При цьому методі вимірюється частота fx порівнюється про відомою частотою f 0 генератора коливань зразкової частоти. Перебудовуючи останній, домагаються виконання рівності

де Δσp1 - похибка порівняння частот.

Похибка порівняння частот залежить від способу індикації рівності частот. У деяких приладах для індикації рівності застосовують змішувач і головні телефони (рис. 8.5, а). Під дією коливань зразковою і вимірюваної частот в змішувачі виникають коливання комбінаційних частот виду mfx ±. nf 0, де m і n - цілі числа. Якщо сигнал різницевої частоти потрапляє в смугу пропускання головних телефонів, то оператор чує тон цієї частоти. Змінюючи f 0 слід домогтися найбільш низького тону, який для різних типів головних телефонів становить десятки герц.

Оскільки при вимірах частота невідома, то метод неоднозначний і до вимірювань необхідно знати наближене значення f x. Розглянутий метод вимірювання частот іноді називають методом нульових биття.

Вимірювання проводять методом вилки. Похибка порівняння при цьому становить 10 ... 30 Гц.

10.4 Вимірювання частоти за допомогою виборчих пасивних ланцюгів

Вимірювання цим способом зводиться до налаштування виборчої ланцюга на частоту сигналу. Частоту відлічують по положенню елемента настройки. Такими ланцюгами можуть бути мостові схеми і коливальні контури. В даний час мостові вимірювачі частоти, область застосування яких обмежена низькими частотами, повністю витіснені приладами інших типів. Практичне застосування знайшли лише вимірювачі частоти з використанням резонансного контуру, звані резонансними хвилеміри. Ці прості прилади охоплюють частотний діапазон від сотень кілогерц до сотень гігагерц. Спрощена схема резонансного волномера з контуром показанa рис. 8.8. Напруга невідомої частоти fx через котушку зв'язку Lсв підводиться до контуру, що складається із зразкових котушки L і змінного конденсатора С Налаштування контуру проводиться зміною ємності, Стан резонансу визначається магнітоелектричним приладом по максимуму напруги на частини котушки. Значення виміряної частоти зчитується зі шкали конденсатора.

Похибка вимірювання частоти за допомогою резонансних хвилемірів визначається наступними основними факторами: похибкою градуювання, нестабільністю резонансної частоти коливальної системи, впливом зв'язку з генератором і індикатором, неточністю фіксації резонансу. Похибка градуювання може бути великий, якщо з'являються несправності в механізмі настройки, який має досить складну конструкцію. Ця похибка зростає внаслідок зносу деталей механізму, появи перекосів і люфтів.

За рахунок зв'язку з індикатором і джерелом вимірюваної частоти в резонатор вносяться активні й реактивні опори. Зростання активних втрат зменшує добротність, а мінливість внесених реактивних опорів призводить до зміщення резонансу. Зменшення похибок, обумовлених впливом індикатора і джерела сигналу, досягається зменшенням зв'язку. Але при цьому зменшується підводиться до детектора напруга і в схему після детектора доводиться вводити підсилювачі.