11928

Цифровой частотомер с автоматическим выбором диапазонов измерения

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цифровой частотомер с автоматическим выбором диапазонов измерения Цифровой частотомер с автоматическим выбором диапазонов измерения: Методические указания к лабораторной работе / Рязан. гос. радиотехн. университет; Сост.: Е.М. Прошин Рязань 2006. 9 с. Содержат описан...

Русский

2013-04-14

64 KB

27 чел.

Цифровой частотомер с автоматическим выбором диапазонов измерения

Цифровой частотомер с автоматическим выбором диапазонов измерения: Методические указания к лабораторной  работе  / Рязан. гос. радиотехн. университет; Сост.: Е.М. Прошин,  Рязань, 2006. 9 с.

Содержат описания лабораторной работы, в которой исследуются функциональная схема, параметры и основные метрологические характеристики цифрового адаптивного частотомера, приспосабливающегося временной базой измерения к текущему значению измеряемой частоты.

Предназначены для студентов направления «Приборостроение» и специальностей 190900 ”Информационно-измерительная техника и технологии”, изучающих дисциплины: «Цифровые измерительные устройства», «Адаптивные и интеллектуальные средства измерения».

Табл. 2. Ил. 2..

Цифровые средства измерения, адаптивные измерения, цифровые частотомеры, автоматический выбор диапазона измерения.

Печатается по решению методического совета Рязанской государственной радиотехнической академии.

Рецензент: кафедра информационно-измерительной и биомедицинской техники Рязанской государственной радиотехнической академии (зав. кафедрой В.И. Жулев)

Цифровой частотомер с автоматическим выбором диапазонов измерения 

      Составитель:  Прошин Евгений Михайлович

I. Цель работы.

1. Изучение цифровых методов измерения частоты.

2. Изучение способов автоматического выбора и переключения пределов измерения в цифровых приборах.

3. Изучение принципа действия функциональной и принципиальной схем отдельных узлов цифрового частотомера в микросхемном исполнении.

4. Исследование технических возможностей цифрового частотомера ЦАЧ-2.

5. Освоение техники измерения частоты в широком диапазоне.

II. Программа работы.

1. Изучение методов преобразования, положенного в основу цифрового частотомера с автоматическим выбором диапазонов измерения (АВДИ).

2. Определение граничных значений уровней входных сигналов для ЦАЧ-2.

3. Определение полного диапазона измеряемых частот ЦАЧ-2.

4. Проверка функционирования блока автоматического выбора диапазонов.

5. Измерение частоты кварцевого генератора и оценка точности ЦАЧ-2.

III. Описание цифрового частотомера ЦАЧ-2.

Обобщенная функциональная схема адаптивного частотомера представлена на рис. 1. Схема содержит формирующее устройство ФУ, вентиль основного счетчика В1, основной счетчик С1, вентиль пуска В2, триггер управления счетом Т1, триггер управления концом счета Т2, генератор образцовой частоты f0, вентиль образцовой частоты В3, ждущие делители частоты f0/10; f0/100, счетчик концов временных баз В4, … , В9, блок командных импульсов, сброс-пуск СП, дешифраторы индикации Д2, … , Д6 и устройство индикации УИ.

Принцип работы адаптивного частотомера ЦАЧ-2 можно кратко пояснить следующим образом. Генератор временных баз вырабатывает интервалы времени с соотношением 1:10:100:1000... . Начала всех интервалов совпадают. Когда на основной счетчик поступит число импульсов, достаточное по точности (например, счетчик начнет заполняться в самом старшем разряде), устройство подготавливается к тому, чтобы с приходом ближайшего импульса из набора временных баз закончить счет.

Для запуска схемы открывается вентиль В2 и первый пришедший импульс генератора  f0   перебрасывает Т1, который открывает доступ счетным импульсам fx  через вентиль B1 на основной счетчик C1 и соответственно импульсам образцовой частоты f0 через вентиль ВЗ на делитель частоты f0/10, f0/100. В исходном положении триггеры T1, Т2 и счетчики C1, С2 были установлены в "0" импульсом сброса, который вырабатывается блоком командных импульсов СП. Поэтому вначале счетчик С2 посредством дешифратора Д1 держит открытым вентиль В4.

Второй после запуска импульс генератора f0 , пройдя через вентили ВЗ, В4 поступает на нулевой вход триггера Т2 и на счетный вход счетчика С2. Здесь могут быть два случая.

Первый случай, когда к моменту прихода второго после запуска импульса генератора f0    на основной счетчик поступит достаточное количество импульсов (например, 0, 1 N0  , где N0 емкость основного счетчика). Тогда импульс с основного счетчика (например, импульс с предпоследней декады) перебрасывает триггер Т2 в состояние "1". Счет периодов измеряемой частоты продолжается, и только с приходом второго после запуска импульса генератора f0 триггер Т2 возвратится в исходное состояние, возвращая в исходное состояние и триггер управления счетом T1. Счет периодов измеряемой частоты заканчивается.

Одновременно второй импульс генератора f0  поступает на счетный вход счетчика С2. Последний измеряет состояние дешифратора Д1. Устройство индикации УИ индицирует код числа в счетчике C1 и в зависимости от состояния счетчика С2 обеспечивает индикацию соответствующей запятой на индикаторном табло, а также соответствующего номинала частоты (Гц, кГц, МГц).

Второй случай, когда к моменту прихода второго после запуска импульса генератора f0,  на счетчик поступит недостаточное число счетных импульсов fx (например, менее 0, 1 N0). В этом случае второй импульс генератора f0   , воздействуя на нулевой вход триггера Т2, не изменяет его состояния, ибо он и находился в состоянии "0". Поэтому и триггер T1 по-прежнему будет держать открытыми вентили B1 и В2. Однако второй импульс генератора   f0    , воздействуя на счетный вход счетчика С2, изменит его состояние, что посредством дешифратора Д1 вызовет открывание В5 и закрывание В4. С вентиля В5 ближайший импульс поступит через десять импульсов генератора   f0   , считая с момента пуска. Он придет на нулевой вход Т2 и на счетный счетчика С2. Здесь снова возможны те же два случая.

При достаточно низкой измеряемой частоте этот процесс продолжается до тех пор, пока не будут использованы все временные базы. Таким образом, устройство выбирает временную базу так, чтобы в счетчик периодов измеряемой частоты поступило достаточное количество импульсов (например, чтобы были заполнены все разряды). Если количество временных баз   n то устройство позволит измерять любую частоту с одинаково высокой точностью в диапазоне частот

fmax/10^n<fx<fmax

при неизвестном порядке измеряемой частоты до начала измерения. Отсчет измеряемой частоты в этом варианте частотомера прост. Измеряемая частота    индицируется цифрой с автоматически плавающей запятой.

ЦАЧ-2 реализован с использованием  интегральных микросхем. Его детальная функциональная схема показана на рис.2.

IV. Техника эксперимента

1. Определение граничных значений уровней входных сигналов.

Включить питание частотомера ЦАЧ-2 и генераторов ГЗ-36, Г4-18А. Подключить выход генератора ГЗ-36 к входу ЦАЧ-2 и     . установить частоту напряжения генератора около 19 кГц. Регулировкой уровня выходного напряжения генератора добиться устойчивой и правильной работы счетчика частотомера. Об устойчивости работы судят по повторяемости конечных результатов, а о правильности - по соответствию показаний счетчика и генератора.

Уменьшая уровень входного сигнала и оценивая соответствие показании частотомера измеряемой частоте, найти минимальный уровень сигнала, при котором показания частотомера еще сохраняются. Записать значение U min.

Аналогичным образом найти минимальный уровень сигнала для частот 100 Гц и 10 МГц. Последнее испытание проводят с помощью Г4-I8A.

2. Определение полного диапазона измеряемых частот ЦАЧ-2.

Подключить частотомер к выходу генератора Г4-18А и установить уровень на выходе последнего (2 + 3) U min . Меняя частоту генератора, найти верхнюю границу полного диапазона по соответствию показаний частотомера и генератора. Аналогичным образом найти нижнюю границу полного диапазона измеряемых частот с помощью генератора ГЗ-36.

3. Проверка функционирования автоматического переключателя диапазонов.

Вход генератора Г4-18 подключить к входу частотомера. Меняя частоту генератора, проверить функционирование автоматического переключателя в "критических" точках (в точках перехода с одного диапазона на другой как при увеличении, так и при уменьшении частоты).

Результаты свести в таблицу 1:

Таблица 1

Д

1

2

3

4

5

f кр

возр.

f кр убыв.

В таблице 1 Д - "критическая" точка при снижении частоты,

f кр возр. - частота до переключения с записью, как на индикаторе,

f кр убыв. - частота после переключения с записью, как на индикаторе.

4. Измерение частоты кварцевого генератора и оценка точности адаптивного частотомера.

Для проведения эксперимента включить питание кварцевого генератора, в качестве которого использовать внутренний генератор   частотомepa Ч3-33, и подключить его выход к входу ЦАЧ-2.

Результаты свести в таблицу 2:

Таблица 2

i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

fi

Примечание: n - должно быть не менее 10.

Найти оценку систематической погрешности ЦАЧ-2 как оценку математического ожидания ошибок:

Δ c= +- (Σ(fi-fg)/n)

Где fg – действительное значение частоты кварцевого генератора.

Найти оценку случайной погрешности как оценку среднеквадратичного отклонения:

σ= +-SQR(((Σ(fi-fср)^2)/(n-1))

По полученным значениям судят о точностных характеристиках адаптивного частотомера ЦАЧ-2.

Приборы, используемые в работе:

Цифровой адаптивный частотомер ЦАЧ-2 (макет).

Цифровой частотомер Ч3-33.

Генератор ГЗ-З6.

Генератор Г4-18А.

Контрольные вопросы:

1. Как формируются эталонные интервалы времени?

2. В чем сущность цифровых методов измерения частоты?

3. Чем определяется погрешность измерения частоты в цифровых частотомерах?

4. Для чего необходимо автоматическое переключение диапазонов в цифровых частотомерах?

5. Что является критерием правильности выбора диапазона?

6. В каких пределах меняется погрешность дискретности?

7. Какие требования предъявляются к генератору опорной

частоты?

8. Как выбирается количество разрядов счетчика?

9. Каков вид закона распределения погрешности от квантования?

10. Каков вид Функции преобразования адаптивного частотомера?

Список рекомендуемой литературы:

1. Прошин Е.М. Цифровые адаптивные средства измерения. Рязань, I985, 80 с.

2. Коломиец О.М., Прошин Е.М. Автоматический выбор диапазона измерения в цифровых приборах. М., Энергия, 1980, 85 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63258. Римська імперія в III ст. нашої ери 26.11 KB
  Мета: ознайомити учнів з особливостями господарського розвитку і політичного життя Римської імперії в III ст. Після цього уроку учні зможуть: називати час вторгнення варварів; показувати на карті територію Римської імперії в III ст. територію розселення варварських племен...
63259. Пізня Римська імперія IV—V ст. нашої ери 26.17 KB
  Мета: розглянути основні положення реформ Діоклетіана і Константина простежити процес поділу Римської імперії на Західну і Східну; удосконалити навички встановлення причиннонаслідкових звязків порівняння однотипних історичних явищ.
63260. Християнська церква 27.44 KB
  Що спільного було в політиці Діоклетіана і Константина У яких сферах суспільного життя Константин проводив політику що відрізнялася від політики Діоклетіана Порівняйте системи управління що існували в Римській імперії принципат і домінат.
63261. Падіння Західної Римської імперії 27.25 KB
  Мета: дати уявлення про варварські племена Велике переселення народів падіння Риму й утворення варварських королівств на території імперії; зясувати причини розпаду Римської імперії; ознайомити учнів з останніми десятиліттями існування Західної Римської імперії...
63262. Урок узагальнення з теми «Пізня Римська імперія» 20.76 KB
  Після цього уроку учні зможуть: називати час вторгнення варварів реформ Діоклетіана і Константина прийняття християнства як державної релігії Римської імперії вторгнення гунів дати поділу Римської імперії на Західну і Східну падіння Західної...
63264. Слов’яни напередодні Великого переселення народів 31.24 KB
  Мета: ознайомити учнів із джерелами з історії словян, сформувати уявлення про суспільне, господарське життя і духовний світ давніх словян, розглянути різні наукові підходи до визначення прабатьківщини словян.
63265. Сусіди давніх слов’ян 33.53 KB
  Мета: розглянути господарське, суспільне та духовне життя міст-держав північного Причорноморя в римський період їхньої історії; ознайомитися з особливостями історичного розвитку сусідів словян та простежити, який вплив мали словяни та їхні сусіди один на одного.
63266. Слов’яни під час Великого переселення народів 21.63 KB
  Мета. Показати напрямки розселення словян, розглянути різні наукові підходи до визначення витоків українського народу. Очікувані результати. Після цього уроку учні зможуть: називати час Великого переселення народів, вторгнення готів, гунів, народи, що населяли територію України...