Pulssin muotoilijan aikavälien viiveen mittaus. Jakson ja aikavälien mittausmenetelmät

Lähetä hyvä työsi tietokanta on yksinkertainen. Käytä alla olevaa lomaketta

Opiskelijat, jatko-opiskelijat, nuoret tutkijat, jotka käyttävät tietopohjaa opinnoissaan ja työssään, ovat sinulle erittäin kiitollisia.

Lähetetty http://www.allbest.ru/

Kurssityöt

tässä aiheessa: " Suunnittelu jamittaajaminäaikaväli»

Täydentäjä: Pashko A.N.

ryhmä ES-52

Tarkistettu: Protasova T.A.

KANSSAsisältö

Johdanto

1. Aikavälien mittausmenetelmät

2. Laitteen rakenne- ja toimintakaavioiden kehittäminen

3. Kehittäminen piirikaaviot s laitteita

3.1 Valinta elementtipohja

3.2 Slot Edge -kaavioiden suunnittelu

3.3 Generaattorin suunnittelu

3.4 Taajuusjakajien suunnittelu

3.5 Vähentävän BCD-laskurin synteesi laskentajärjestyksessä 8421+6 D-kiikkuilla

3.6 Näyttölaitteen suunnittelu

3.6.1 Koodimuuntimen synteesi

3.6.2 Rinnakkaisrekisterin synteesi yksivaiheisella tiedon vastaanotolla

3.7 Rinnakkais-sarja-muuntimen suunnittelu

3.8 Ohjausyksikön suunnittelu

3.8.1 Laskurin synteesi muuntokertoimella 16

3.8.2 Nollausjärjestelmän kehittäminen

3.8.3 Viivelinjan suunnittelu

Johtopäätös

Bibliografia

Johdanto

Digitaalinen piiri on tieteen, teknologian ja tuotannon ala, joka liittyy elektronisten järjestelmien kehittämiseen, tutkimukseen, suunnitteluun ja valmistukseen, jossa tiedon muuntaminen ja käsittely tapahtuu diskreetin funktion lain mukaan. Digitaalisten piirien teollisella kehityksellä on kaksi suuntaa: energia (teho), joka liittyy tasa- ja vaihtovirtojen muuntamiseen metallurgian, sähkövedon, sähkövoimateollisuuden tarpeisiin ja informaatio, joka sisältää audio- ja videolaitteet, televiestinnän, mittauksen. , tuotannon teknisten prosessien valvonta ja säätely tieteellinen tutkimus teknisellä ja humanitaarisella alalla.

Tietojen vaihto sähköisissä järjestelmissä tapahtuu signaalien avulla. Signaalin kantajat voivat olla erilaisia fyysisiä suureita - virtoja, jännitteitä, magneettisia tiloja, valoaaltoja. Varaa analogiset (jatkuvat) ja erilliset signaalit.

Diskreettejä signaaleja on helpompi tallentaa ja käsitellä, ne ovat vähemmän alttiita särölle. Tällaiset vääristymät on helpompi tunnistaa ja korjata. Siksi diskreettejä signaaleja käytetään käytännössä useammin kuin jatkuvia. Erillisiä signaaleja on kahdenlaisia. Ensimmäinen saatiin näytteenottoajan aikana tasoittain tai jatkuvien signaalien aikana; toinen - merkkien, numeroiden tai sanojen koodiyhdistelmien joukon muodossa.

Analogisten signaalien jatkuvan informaatiojoukon muuntamista diskreetiksi joukoksi kutsutaan näytteitykseksi. Toinen sanakoodiyhdistelmien muodossa oleva toimitus on yleisempää ja yleisempää. Sitä käytetään koodaamaan ihmisen puhe paperille, matematiikassa, digitaalisessa elektroniikassa.

On todennäköistä, että digitaalinen elektroniikka tulee lähitulevaisuudessa monopoliasemaan elektronisten järjestelmien ja laitteiden markkinoilla. Nykyään digitaaliset henkilökohtaiset tietokoneet ja ohjaimet ovat käytännössä korvanneet analogiset elektroniset tietokoneet. Sama tapahtuu radioviestinnän, lähetys- ja televisiolaitteiden (televisiot, radiot, videonauhurit, äänitallenteet, valokuvauslaitteet) kanssa.

Periaatteessa digitaalitekniikka ei pysty täysin korvaamaan analogista tekniikkaa, koska fyysiset prosessit, joista elektroninen järjestelmä vastaanottaa tietoa, ovat luonteeltaan analogisia; tässä tapauksessa tuloon ja ulostuloon tarvitaan digitaali-analogia ja analogia-digitaalilaitteita.

Digitaalinen piiri on elektronisten järjestelmien kehittämiseen, tutkimukseen, suunnitteluun ja valmistukseen liittyvä tieteen, tekniikan ja tuotannon ala, jossa tiedon muuntaminen ja käsittely tapahtuu erillisen funktion lain mukaisesti. Digitaalisten piirien teollisella kehityksellä on kaksi suuntaa: energia (teho), joka liittyy tasa- ja vaihtovirtojen muuntamiseen metallurgian, sähkönsiirron, sähkövoimateollisuuden tarpeisiin sekä informaatio, joka omistaa audio- ja videolaitteita, tietoliikennettä, mittausta. , tieteellisen tuotannon teknisten prosessien valvonta ja säätely Teknisten ja humanitaaristen alojen tutkimus.

Digitaalinen mittalaite on mittauslaite, jossa mitataan arvo fyysinen määrä esitetään automaattisesti digitaalisen lukulaitteen indusoimana numerona tai erillisinä signaaleina - koodina.

1 . Aikavälien mittausmenetelmät

On olemassa seuraavat menetelmät aikavälien sähköiseen mittaukseen tietojen näyttötavan mukaan:

Oskilloskooppi;

Digitaalinen.

Digitaalisia menetelmiä aikavälien mittaamiseen ovat:

Peräkkäinen laskentamenetelmä;

Viivästetty vastaavuusmenetelmä;

Nonius-menetelmä;

Menetelmät, joissa on välimuunnos.

Harkitse kunkin lueteltujen mittausmenetelmien ominaisuuksia.

Essence peräkkäinen laskentamenetelmä koostuu mittausvälin fmeas esittämisestä sarjana, jossa on tietty määrä pulsseja, jotka seuraavat peräkkäin tietyllä aikavälillä fo. Tämän sekvenssin, jota kutsutaan kvantisoimiseksi, pulssien lukumäärän perusteella arvioi intervallin kesto. Kvantisointisekvenssin pulssien lukumäärä on aikavälin f meas digitaalinen koodi. Kuva 1.1 näyttää ajoituskaavion peräkkäiselle laskentamenetelmälle.

Kuva 1.1 - Ajoituskaavio peräkkäiselle laskentamenetelmälle

a) kvantisointisekvenssin pulssit;

b) impulssit, jotka määrittävät mitatun aikavälin alun ja lopun;

c) ohjausimpulssi;

d) pulssit valitsimen sisääntulossa

Laitetta, joka toteuttaa tämän menetelmän, kutsutaan sarjalaskentamuuntimeksi. Laitteen toimintakaavio on esitetty kuvassa 1.2. Sen työskentelyn algoritmi on seuraava. Aikavalitsin vastaanottaa pulssejailta. Aikavalitsinta ohjataan suorakaiteen muotoisella pulssilla, jonka kesto on yhtä suuri kuin mitattu aikaväli f meas. Ohjauspulssin muodostaa muodostusyksikkö.

Kuva 1.2 - Sekvenssilaskennan muuntimen toimintakaavio

Ohjauspulssin läsnä ollessa kvantisointisekvenssin pulssit kulkevat valitsimen läpi, jotka sitten laskuri rekisteröi.

Menetelmän haittana on monissa tapauksissa epätarkkuudet. Tarkkuuden parantamiseksi on tarpeen pienentää väliä f noin tai jotenkin ottaa huomioon intervallit Df 1 ja Df 2 . Välin f o pienentäminen vaatii uudelleenlaskentamenetelmien nopeuden lisäämistä, mikä on vaikeasti toteutettavissa. Intervalli Df 1 voidaan pienentää nollaan, jos synkronoit kvantisointisekvenssin pulssit aloituspulssin kanssa. Intervallin Df 2 huomioon ottamiseksi on olemassa useita menetelmiä.

Nonius-menetelmä. Nonius-menetelmä löydetty laaja sovellus aikavälien mittaustekniikassa sekä keinona vähentää peräkkäisten laskentamuuntimien virhettä että itsenäisenä menetelmänä joidenkin mittauslaitteiden rakentamiseen.

Kuvassa 1.3 on toiminnallinen kaavio aikavälimittarista, jossa on nonier-menetelmällä virhettä Df 2 vähentävä ja käynnistyspulssin synkronointi (Df 1 = 0).

Kuva 1.3 - Nonierin aikavälimittarin toimintakaavio

Kaava toimii seuraavasti. Kvpulssit syötetään koinsidenssipiirien tuloihin ja taajuudenjakajan tuloon. Taajuusjakaja tuottaa pulsseja, jotka ovat synkronisia kvantisointisekvenssin kanssa ja toimivat tutkittavien laitteiden laukaisemiseksi. Samalla jakajapulssit avaavat koinsidenssipiirin, jonka lähtöpulssit tallennetaan karkealla laskurilla.

Nonier-pulssigeneraattori laukaistaan pysäytyspulssilla. Sen tuottamat pulssit jaksolla

f i \u003d (n-1) / n,

missä n on kokonaisluku, saapuvat koinsidenssipiirin toiseen tuloon ja ne rekisteröidään samanaikaisesti tarkan laskentalaskurin toimesta.

Tietyn ajan kuluttua, riippuen jakson f 0 -Df 2 kestosta, kvantisointi- ja vernier-sekvenssien pulssit osuvat yhteen. Koinsidenssipiirin pulssi estää vernier-pulssigeneraattorin. On selvää, että laskurin rekisteröimien pulssien lukumäärä on verrannollinen jakson f 0 -Df 2 kestoon.

Mitatut intervallifmeas voidaan ilmaista muodossa

Ф mitta \u003d (N-N n) f 0 + N n Df n, (1.1)

missä N on karkean laskurin lukema;

N n - tarkan laskentalaskurin osoitukset;

Df n - vernier-askel yhtä suuri kuin f 0 /n.

Siten vernier-menetelmä mahdollistaa absoluuttisen mittausvirheen pienentämisen arvoon f 0 /n. Tässä tapauksessa n:n arvo voi saavuttaa melko suuria arvoja (useita kymmeniä ja jopa satoja), mikä määrittää menetelmän laajan jakautumisen.

Vernier-menetelmän käyttö suurille n:n arvoille asettaa piirisolmuille useita vaatimuksia, joista merkittävimmät ovat:

Nonier-sekvenssin korkean taajuuden vakaus;

molempien sekvenssien pulssiparametrien korkea stabiilisuus;

korkean resoluution sattumapiirit.

Nonier-menetelmän merkittävä haittapuoli on vaikeus lukea mittaustuloksia useista tulostauluista myöhempien laskelmien kanssa.

TO menetelmät välimuunnoksilla sisältää aika-amplitudin muunnosmenetelmän ja aika-asteikon muunnosmenetelmän.

Aika-amplitudin muunnosmenetelmä käytetään osuuden Df 2 huomioon ottamiseksi sekventiaalilaskurin muuntimessa. Kuvassa 1.4 on esitetty mittauslaitteen toimintakaavio.

Laitteen toiminta-algoritmi on seuraava. Kvantisointisekvenssin pulssit generaattorilta syötetään koinsidenssipiirien 1 ja 2 ensimmäisiin tuloihin, joita ohjataan liipaisulla toisten tulojen kautta.

Kun käynnistyspulssi saapuu, kiikku kiilaa, avaa koinsidenssipiirin 2 ja sulkee koinsidenssipiirin 1. Karkea ajoituspiiri, joka koostuu koinsidenssipiiristä 2 ja laskurista, alkaa toimia.

Kuva 1.4 - Aikavälimittarin toimintakaavio aika-amplitudimuunnosmenetelmän mukaan

Pysäytyspulssi palauttaa liipaisimen alkuperäiseen asentoonsa, koinsidenssipiiri 2 sulkeutuu ja koinsidenssipiiri 1 avautuu. Pysäytyspulssi tulee samanaikaisesti aika-amplitudimuuntimeen ja käynnistää sen. Ensimmäinen pulssi koinsidenssipiirin 1 lähdöstä pysäyttää muuntimen. Tässä tapauksessa muuntimen lähtöön ilmestyy pulssi, jonka amplitudi on verrannollinen kahden pulssin välisen ajanjakson kestoon - pysäytys ja ensimmäinen pulssi koinsidenssipiirin 1 lähdöstä, eli verrannollinen jakso Df 2. Aika-amplitudi-muuntimena käytetään useimmiten lineaarigeneraattoria. sahanhammasjännite, jota ohjataan kahdella impulssilla - käynnistys ja pysäytys.

Seuraavaksi muuntimen lähdöstä tuleva pulssi syötetään n-kanavaisen amplitudianalysaattorin tuloon. Yksinkertaisimmassa tapauksessa amplitudianalysaattori voidaan tehdä n integraalisen erottimen muodossa, jotka on kytketty rinnan erottelukynnyksillä, jotka ovat yhtä kaukana toisistaan. Muuntimen lähdön pulssin amplitudista riippuen analysaattorin lähtö on jonkin tyyppinen signaali (signaalin tyyppi riippuu käytetyn analysaattorin tyypistä), tiedon kuljettaminen noin välin Df 2 kestosta. Tämä signaali syötetään dekoodaus- ja näyttöyksikköön.

Aika-asteikon muunnosmenetelmä koostuu siitä, että mittausvälin f meas kesto muunnetaan pulssiksi, jonka kesto on kf meas ja joka mitataan sarjalaskumuuntimella. Tyypillisesti aika-asteikon muuntaminen tehdään kahdessa vaiheessa. Ensimmäinen niistä koostuu aika-amplitudityyppisestä muunnoksesta, toinen - amplitudi-aika-tyyppisestä muunnoksesta. Kuvassa 1.5 on mittauslaitteen yleinen toimintakaavio. Käynnistys- ja lopetuspulssit, väli-fmeas, joiden välillä haluat mitata, syötetään aika-asteikon muuntimeen. Muuntimen lähdössä oleva pulssi, jonka kesto on kf meas, ohjaa koinsidenssipiiriä, joka tämän pulssin toiminnan aikana välittää kvantisointipulsseja generaattorista laskuriin. Siksi generaattori, koinsidenssipiiri ja laskuri ovat sekventiaalilaskentamuunnin, jonka avulla mittausväli kf mittaa.

Kuva 1.5 - Aikavälimittarin toimintakaavio aika-asteikon muunnosmenetelmän mukaan

Voimme kirjoittaa mitatulle aikavälille

f meas =Nf 0/k,

missä N on laskurin rekisteröimien pulssien määrä.

Näin ollen tarkasteltavalla menetelmällä voidaan mitata pieniä aikavälejä turvautumatta nopeisiin skaalauspiireihin.

Aika-asteikon muunnosmenetelmän virhe määräytyy pääasiassa muuntokertoimen k arvon ja pysyvyyden mukaan.

2 . Laitteen rakenne- ja toimintakaavioiden kehittäminen

intervalliajan mittausanturi

Suunnitellun laitteen lohkokaavio sisältää seuraavat elementit:

Pulssin muotoilija (FI) - tuottaa ohjaussignaalin, jonka avulla voit aloittaa laskennan, kun mitatun pulssin etureuna saapuu. Lopettaa laskemisen, kun mitatun pulssin laskeva reuna saapuu.

Kellogeneraattori (TG) - generoi korkeataajuisia pulsseja, jotka ovat tarpeen mittaamaan aikaväliä, sekä pulsseja, jotka ovat tarpeen tietoliikennekanavalle tietoa välittävän koodimuuntimen toiminnan varmistamiseksi.

Kellonlaskentapiiri (SPI) - laskee mitattuun aikaväliin mahtuvien pulssien määrän.

Ohjausyksikkö (CU) - on tarpeen laitteen kaikkien solmujen toiminnan koordinoimiseksi ajoissa.

Näyttölohko (BO) - tarvitaan mittaustuloksen näyttämiseen.

Rinnakkais-sarjakoodimuunnin (PPC) - muuntaa koodin sen lähettämistä varten viestintäkanavalle.

Kuva 2.1 näyttää rakennesuunnitelma digitaalinen mittalaite, mukaan lukien edellä kuvatut elementit.

Kuva 2.1 - Suunnitellun laitteen rakennekaavio

Laitteen lohkokaavio koostuu FI-lohkosta, joka tuottaa signaalit mitatun pulssin etureunan saapuessa ja takareunan saapuessa. Nousevan reunan saapuessa generoitu signaali mahdollistaa kellopulssien kulkemisen TG:stä SPI:hen, joka suorittaa laskun, kun kellopulssit saapuvat TG:stä. Kun takareuna saapuu, TG:n pulssit lakkaavat tulemasta SPI:hen ja laskenta pysähtyy. SPI:n lähdössä oleva binääriyhdistelmä BU:n aktivointisignaalin mukaan tulee BO:n ja PPC:n tuloihin. Edelleen mittaustulos näytetään BO:ssa ja PPC-piirissä binääriyhdistelmä muunnetaan rinnakkaiskoodista sarjakoodiksi edelleen kulkua varten viestintäkanavalle.

Rakennetaan mittauslaitteen toimintakaavio.

Pulssin muotoilija - tuottaa signaaleja, jotka määrittävät mitatun aikavälin alun ja lopun. Se sisältää etuosan (muodostaa signaalin, joka määrittää pulssin alun) ja takaosan (signaali pulssin päättymisestä) etuosan ilmaisimet.

Etuilmaisimista pulssit putoavat liipaisimeen, jonka avulla varataan tarvittava aikaväli.

Konjuktorin avulla voit ottaa käyttöön tai poistaa käytöstä generaattorin tuottamien kellopulssien kulkua.

Pulssien laskemiseen tarvitaan laskuri. Elementtien määrän vähentämiseksi aikavälimittarin rakentamisessa käytämme kellosignaalien laskentaan laskurina BCD-laskuria, joka toimii prosessointilaitteen kanssa vaihtokoodin mukaisesti.

Tällainen laskuri sisältää peräkkäin sisällytetyt yksinumeroiset BCD-laskurit. Laskurin binäärinumeroiden määrä määritetään kaavalla:

Tallennusrekisteri - tallentaa pulssilaskimesta tulevat tiedot, ja voit myös välttää välkkymisen näyttäessäsi laskentatulosta indikaattorissa. Tämä johtuu siitä, että laskuri lukee tiedot rekisteristä vasta laskennan lopussa.

Koodimuunnin, joka muuntaa tallennusrekisteristä tulevan tiedon muotoon, joka sopii desimaaliilmaisimen toimintaan. Ehdon mukaan tiskiltä tulee koodi, kuten 8421+6.

Digitaalinen desimaaliosoitin. Määritetään osoitinlaitteen kapasiteetti kaavalla:

Missä D max- mitatun suuren enimmäisarvo, DD- mittaustarkkuus.

Generaattori - tuottaa tietyn taajuuden suorakaiteen muotoisia pulsseja, joita tarvitaan pulssien laskemiseen ja tiedon lähettämiseen. Työssä käytetään taajuusgeneraattoria ja kahta taajuudenjakajaa 3:lla ja 50:llä, joiden lähdöissä kellotaajuudet ovat vastaavasti Hz ja Hz.

Rinnakkaiskoodin muuntaja sarjamuotoon. Koodimuuntimen toteuttamiseksi työssä käytetään rekisteriä, jossa on tiedon rinnakkaistulo ja sarjalähtö.

Rekisterin kapasiteetti, jossa on rinnakkaistulo ja tiedon sarjalähtö, määräytyy sen perusteella, että jokaisen desimaaliluvun näyttämiseen tarvitaan 4 bittiä:

Ohjausjärjestelmä varmistaa laitteen kaikkien yksiköiden toiminta-ajan koordinoinnin. Ohjaa tiedon siirtoa tallennusrekisteristä indikaattorille ja viestintäkanavalle.

Kuvassa 2.3 on esitetty suunnitellun pulssinlaskentalaitteen toimintakaavio, joka toimii seuraavalla periaatteella: alkuhetkellä signaali syötetään DFT:n tuloon, joka generoi pulssin, joka saapuu pulssin tuloon S. liipaisin T, joka asettaa ulostulonsa Q yhteen tilaan, jolloin saadaan jatkuva signaalin syöttäminen logiikkaelementtiin AND, jonka toiseen tuloon syötetään signaali taajuudenjakajalta f/3. Kun liipaisimen T lähtö Q on korkean tason signaali, generaattorin kellopulssit lähetetään laskuriin. Jos pulssin takareuna saapuu tuloon, DPF generoi signaalin, joka tulee liipaisimen T tuloon R ja nollaa sen, kun taas lähtö Q on asetettu matalalle signaalitasolle ja looginen "0" ilmestyy AND-elementin tulo, joka ei ohita pulssien kulkua generaattorista - laskuri lopettaa laskemisen.

Kun pulssi saapuu signaalin takareunan ympärille, CU-piiri kytkeytyy päälle, joka muodostaa signaalin luvasta kirjoittaa tallennusrekisteriin ja siirtorekisteriin tietojen tulostamiseksi niistä indikaattoreihin ja tietoliikenteeseen. kanava, vastaavasti. Tämän jälkeen CU siirtää laitteen elementit alkutilaan (eli nollaa) jatkaakseen muiden pulssien keston mittaamista.

Kuvassa 2.2 on lohkokaavio laitteen toiminta-algoritmista.

Kuva 2.2 - Laitteen toiminta-algoritmin lohkokaavio

Aikavälien mittauslaite toimii seuraavan algoritmin mukaan.

Kun signaalin etureuna saapuu laitteen tuloon, generaattori kytkeytyy päälle, joka jakajan kautta f/3 generoi pulsseja taajuudella f 1 = 10000 Hz ja antaa kellosignaalin käynnistääkseen laskurin, joka laskee pulssien lukumäärän ennen kuin signaalin takareuna saapuu. Jos laskuri vuotaa yli, kytketään vielä yksi laskuri päälle ja edellinen antaa laskurin tuloksen, joka kirjoitetaan tallennusrekisteriin ilmaisimen näyttöä varten ja rinnakkaissarjarekisteriin tiedonsiirtoa varten. kanava. Jos ylivuoto tapahtuu ensimmäisessä laskurilla, toinen laskuri kytketään päälle, jos ylivuoto tapahtuu siinä, niin kolmas laskuri kytketään päälle, jos ylivuoto tapahtuu kolmannella laskurilla, niin virheilmaisin syttyy. Kun signaali lakkaa tulemasta sisääntuloon, generaattorin kellopulsseja ei syötetä laskuriin ja ohjauspiiriin - laskuri säilyttää arvonsa, kunnes seuraava signaali saapuu.

Kuva 2.3 - Laitteen toimintakaavio

3 . Laitteen piirikaavion kehittäminen

3.1 Elementtipohjan valinta

Aikavälin mittauslaitteen rakentamiseksi on tarpeen valita sarja mikropiirejä, joihin kaikki laitteen lohkot toteutetaan.

Valinta tulee tehdä päälogiikkatyypeistä: TTL, ESL, MOS. Melunsietokyvyn kannalta TTL-sarjan mikropiirit ovat sopivimpia. ESL-mikropiireillä on riittämätön häiriönkestävyys ja MOS-mikropiireillä liiallinen häiriönkestävyys ja niiden käyttö on perusteltua laitteissa, joiden lohkoihin kohdistuu merkittäviä häiriöitä. Aikavälimittari ei ole sellainen laite. Lisäksi suunniteltu laite on suunniteltu mittaamaan positiivisten pulssien kestoa ja ESL-mikropiirit ovat negatiivisia loogisia mikropiirejä ja niiden soveltamiseen on tarpeen käyttää tasomuunninta, mikä vaikeuttaa jonkin verran laitteen suunnittelua.

TTL-logiikkamikropiirien pääsarjan vertailun tuloksena valittiin KR1533-sarja, jolla on seuraavat taulukossa 3.1 esitetyt pääparametrit.

Taulukko 3.1 - KR1533-sarjan mikropiirien pääparametrit

Parametri	Merkitys






Rpot, mW

Taulukosta 3.1 voidaan päätellä, että KR1533-sarjan mikropiirien nopeus, häiriönkestävyys, haaroituskerroin ja riittävän alhainen virrankulutus on suunniteltuun laitteeseen. Lisäksi tämän sarjan mikropiirien toiminnallinen koostumus on melko laaja, mikä on myös tärkeää käytännön sovelluksissa.

Muiden TTL-sarjojen mikropiirien käyttö yhdessä valitun mikropiirisarjan kanssa on mahdollista myös ilman signaalitason muuntajia.

3.2 Slot Edge -kaavioiden suunnittelu

Kellogeneraattorin laskentapulssien alkamis- ja lopetushetkien ohjaamiseksi tarvitset laitteen, joka generoi vastaavasti laskennan alun ja lopun pulssit. Pulssien aikavälejä mitattaessa tällaiset laitteet ovat reunatunnistimia. Kurssityön toimeksiannon mukaisesti on tarpeen suunnitella laite impulssien keston mittaamiseen. Tätä silmällä pitäen laskennan aloituspulssin generoimiseksi on käytettävä etureunan ilmaisinta, ja laskennan lopetuspulssin generoimiseksi on käytettävä takareunan ilmaisinta.

Etu- ja takareunojen ilmaisimille on monia järjestelmiä. Kaikilla niistä on hyvät ja huonot puolensa. Tässä laitteessa on suositeltavaa käyttää ilmaisinpiiriä loogisiin elementteihin. Tämä kaavio on yksinkertaisin sirunsidontaelementtien puuttumisen vuoksi. Tyypillinen kaava nousevan reunan ilmaisin on esitetty kuvassa 3.1

Kuva 3.1 - Etureunan ilmaisin

Piirin toimintaperiaate on selitetty kuvan 3.2 ajoituskaaviolla.

Kuva 3.2 - Nousevan reunan tunnistimen ajoituskaavio

Kuten ajoituskaaviosta voidaan nähdä, pulssi piirin lähdössä ilmestyy sillä hetkellä, kun tulopulssin etureuna ilmestyy ja kestää jonkin aikaa. Lähtöpulssin kesto määräytyy ilmaisimen sisältämien logiikkaelementtien viiveajan mukaan. Lähtöpulssin keston on oltava riittävä generaattorin pulssilaskennan alkua ja loppua ohjaavan liipaisimen selkeää toimintaa varten. Liipaisun varman toiminnan varmistamiseksi on välttämätöntä, että ehto 3.1 täyttyy.

RS-kiikkuna käytämme KR1533TR2-mikropiiriä, jonka vasteaika ei ylitä 26 ns. Etureunan ilmaisimen lähtöpulssin kesto on:

missä n on ilmaisimen sisältämien logiikkaelementtien lukumäärä;

t ZDR - aikaviiveen kytkentälogiikkaelementti.

Tämän liipaisimen vähimmäispulssin leveys on:

Nousevan reunan ilmaisimen rakentamiseen käytämme KR1533LA3-sirua, joka sisältää 4 2-NAND-logiikkaelementtiä keskimääräisellä viiveellä 8 ns. Tässä tapauksessa pulssin kesto on:

Etureunan ilmaisimen lähtöpulssin keston pidentämiseksi vaadittuun arvoon on käytettävä neljää sarjaan kytkettyä invertteriä, jotka on valmistettu KR1533LA3-mikropiiriin. Etureunan ilmaisinpiiri on tässä tapauksessa kuvan 3.3 mukainen.

Kuva 3.3 - Etureunan ilmaisimen kaavio

Tyypillinen takareunan ilmaisinpiiri on kuvan 3.4 mukainen.

Kuva 3.4 - Jälkeen reunan tunnistin

Ajoituskaavio, joka selittää takareunan tunnistimen toimintaperiaatteen, on esitetty kuvassa 3.5.

Kuva 3.5 - takareunan tunnistimen ajoituskaavio

Takareunan ilmaisimen rakentamiseen käytämme KR1533LE1-sirua, joka sisältää 4 2-OR-NOT-logiikkaelementtiä keskimääräisellä viiveellä 11 ns. Tässä tapauksessa pulssin kesto on:

Tuloksena oleva lähtöpulssin kesto on lyhyempi kuin vaadittu vähimmäiskesto (3.3). Vähintään minimiä pienemmän lähtöpulssin keston saamiseksi on tarpeen sisällyttää KR1533LE1-mikropiirin 4 logiikkaelementtiä takareunan ilmaisinpiiriin. Jälkeen reunan ilmaisinpiiri on tässä tapauksessa kuvan 3.6 mukainen ja lähtöpulssin kesto on yhtä suuri:

Kuva 3.6 - Jälkeen reunan tunnistimen kaavio

3.3 Generaattorin suunnittelu

Laitepiirin toiminnan synkronoimiseksi, aikavälin mittaamiseen tarkoitettujen pulssien vastaanottamiseksi, pulsseja, jotka asettavat tiedonsiirtonopeuden viestintäkanavassa, tarvitaan generaattori, joka voisi tuottaa kellopulsseja tietyllä toistotaajuudella ja pulssin kestolla. . Lisäksi generaattoripulssien keston on oltava riittävä laukaisemaan kaikki sen teholla toimivat laitteet.

Generaattorin taajuus valitaan seuraavista ehdoista:

jossa LCM on pienin yhteinen kerrannainen.

Kurssityön toimeksiannon mukaan DD:n mittaustarkkuus on 0,1 ms ja tiedonsiirtonopeus tietoliikennekanavalla V kaistalla 600 bps. Tämän mukaisesti kellogeneraattorin taajuus on yhtä suuri:

Tietyn mittaustarkkuuden ja lähetysnopeuden varmistamiseksi tarvitaan erilaisia kellotaajuuksia. Kahden kellogeneraattorin käyttö voi ratkaista tämän ongelman, mutta molempien generaattoreiden on toimittava synkronisesti, minkä kanssa on vaikeuksia. Siksi käytännössä käytetään yhtä generaattoria ja taajuusjakajia tarvittavien kellotaajuuksien saamiseksi. Kehitettävissä oleva laite käyttää kahta kellotaajuutta, joten käytössä on kaksi taajuudenjakajaa eri jakosuhteilla. Jakokertoimet voidaan laskea seuraavilla kaavoilla:

Kaavoilla 3.9 lasketut taajuusjakajien jakosuhteet ovat:

Perustuen siihen, että generaattorin taajuus on 30 kHz, generointijakso on:

Kun käyttöjakso on 2, pulssin keston tulee olla yhtä suuri kuin tauon kesto:

Kellogeneraattoripiiri on esitetty kuvassa 3.7.

Kuva 3.7 - Kellogeneraattorin kaavio

Generaattorin puskuriportaat parantavat lähtöjännitteen muotoa ja vähentävät kuormituksen vaikutusta generaattoritaajuuteen.

Pulssin ja tauon keston laskentakaavat ovat seuraavat:

Tietyn taajuuden saamiseksi vastuksen resistanssin ja kondensaattorin kapasitanssin on oltava vastaavasti yhtä suuria kuin:

3.4 Designtaajuudenjakajat

Taajuusjakajien tarve perustettiin edellisessä kappaleessa. On suositeltavaa rakentaa taajuudenjakajat sarjalaskurin päälle D-kiikkuihin tietyllä muuntokertoimella tiladekoodausmenetelmän mukaisesti.

Laskurin rakentamiseksi tietyllä muuntokertoimella tavallinen laskuri rakennetaan D-flip-flopsille, ja sitten otetaan käyttöön linkkejä, jotka estävät tarpeettomat tilat. On huomattava, että sekä ensimmäinen että viimeinen tarpeeton tila voidaan poistaa käytöstä.

Jotta voit rakentaa laskurin, jossa on n vakaata tilaa, tarvitset D-kiikkuja. Jotta voit rakentaa laskurin, jonka muuntokerroin on 3, tarvitset liipaisimen. Valitsemme KR1533TM2-sirun, joka sisältää 2 D-flip-flopsia asetustuloilla. Kielletyt tilat ovat takana 3:sta alkaen. Taajuusjakajapiiri on esitetty kuvassa 3.8, sen toimintaperiaatetta selittävä ajoituskaavio on kuvassa 3.9.

Kuva 3.8 - Kaavio taajuudenjakaasta 3:lla

Kuva 3.9 - 3:lla taajuudenjakajan ajoituskaavio

Taajuusjakajan rakentamiseksi 50:llä tarvitset D-kiikkuja. Valitaan 3 KR1533TM2 mikropiiriä, jotka sisältävät 2 D-kiikkua asennustuloilla. Laskurin kielletyt tilat seuraavat perässä 50:stä alkaen. Numeron 50 binäärikoodi on 110010. Taajuudenjakajapiiri 50:llä on esitetty kuvassa 3.10.

Kuva 3.10 - Kaavio taajuudenjakaasta 50:llä

3.5 Vähentävän BCD-laskurin synteesiKanssalaskentajärjestys 8421+6 päälläD- liipaisimet

Kurssin tehtävän mukaan binääri-desimaalilaskuri tulee syntetisoida D-kiikkuilla ja sillä on oltava vaihtoehdon mukainen laskentajärjestys. Tehtävä ilmoittaa laskentajärjestyksen 8421+6, tämän laskentajärjestyksen mukaisesti desimaalilukujen binäärikoodi on annettu taulukossa 3.2.

Taulukko 3.2 - Binäärinen desimaalikoodi

Desimaaliluku	Binääri desimaalikoodi

Subtraktiivisen laskurin syntetisoimiseksi on ensin esitettävä taulukko D-kiikun toiminnasta (taulukko 3.3).

Taulukko 3.3 - Synkroninen D-flip-flop-käyttötaulukko

Taulukko 3.3 osoittaa, että kiikun tulon D tila kirjoitetaan sen ulostuloon Q vain, jos tulossa C on korkea taso. D-kiikun taulukon perusteella on mahdollista kääntää taulukko vähennyslaskurin toiminnasta (taulukko 3.4).

Taulukko 3.4 - Vähennyslaskurin toimintataulukko

Seuraava askel vähennyslaskurin syntetisoinnissa on minimoida tuloksena olevat funktiot D 1 , D 2 , D 3 ja D 4 . On kätevää minimoida nämä toiminnot käyttämällä Karnaugh-karttoja. Piirin rakentamiseksi Schaeffer-perusteella on tarpeen minimoida funktiot yksiköittäin. Minimointiprosessi on esitetty taulukoissa 3.5 - 3.8.

Taulukko 3.5 - Funktion D 1 minimointi Karnaugh-kartalla

Taulukko 3.6 - Funktion D 2 minimointi Karnaugh-kartalla

Taulukko 3.7 - Funktion D 3 minimointi Karnaugh-kartalla

Funktioiden D1, D2, D3, D4 minimoinnin tulos on muunnettava piirin muodostamiseksi Schaeffer-kannassa. Funktioiden minimoinnin ja muuntamisen tulokset on annettu kaavoissa 3.16 - 3.19 ja lainausfunktio Z - 3.20.

Piirin rakentamiseen tarvitset 4 D-flip-flopsia, 2-AND-NOT ja 3-AND-NOT -elementtejä. Sovelletaan mikropiirejä KR1533TM2, KR1533LA3 ja KR1533LA4. Syntetisoidun BCD-laskurin piiri laskentajärjestyksessä 8421+6 on esitetty kuvassa 3.11. Sen toimintaperiaatetta kuvaava ajoituskaavio on esitetty kuvassa 3.12.

Taulukko 3.8 - Funktion D 4 minimointi Karnaugh-kartalla

Kuva 3.11 - Binaarisen desimaalilaskurin kaavio

Kuva 3.12 - BCD-ajoituskaavio

3.6 Näyttölaitteen suunnittelu

Näyttölaite sisältää koodimuuntimen, rekisterin ja indikaattorit. Rekisterin ja indikaattorin yhteensovittamiseksi on käytettävä elementtejä, joilla on lisääntynyt kantavuus. Tällaisina elementteinä on kätevää käyttää KR1533LN8-mikropiiriä, joka sisältää 6 NOT-logiikkaelementtiä suuremmalla kuormituskyvyllä. Tällaisten elementtien enimmäisvirta on 24 mA. Ilmaisimena käytämme punaisen hehkun ilmaisinta ALS324B. Sen pääparametrit on esitetty taulukossa 3.9.

Taulukko 3.9 - ALS324B-ilmaisimen parametrit

Rajoitusvastuksia on käytettävä rajoittamaan maksimivirtaa indikaattorin läpi. Voit laskea rajoitusvastusten resistanssin kaavalla 3.21.

missä U i.p. - mikropiirin virtalähteen jännite;

U pr - suora jännitehäviö ilmaisimen segmentissä;

I pr - tasavirta indikaattorisegmentin läpi.

Kun olet valinnut tasavirran indikaattorin läpi, joka on 20 mA, ja olettaen, että looginen nollajännite on 0,5 V, saamme:

3.6 .1 Koodimuuntimen synteesi

Kurssityön tehtävän mukaan mittaustulos tulee visualisoida seitsemän segmentin mittareilla. Koodimuunnin on suunniteltu ohjaamaan seitsemän segmentin ilmaisinta muuntamalla binääri-desimaalikoodi koodiksi, jonka avulla voit näyttää mittaustuloksen oikein seitsemän segmentin ilmaisimen avulla.

Koodimuuntimen rakentamiseen on useita tapoja. Seuraavissa alaosissa käsitellään joitain niistä.

Koodimuuntimen synteesi Boolen yhtälöiden perusteella

Tämä koodinmuuntimen synteesimenetelmä perustuu siihen, että jokaiselle sallitulle koodiyhdistelmälle on määritetty seitsennumeroinen koodiyhdistelmä, jonka avulla vastaava desimaaliluku näytetään osoittimessa. Seuraavaksi suoritetaan epätäydellisesti määriteltyjen funktioiden a - g minimointi käyttämällä Karnaughin karttoja ykkösille ja nollia, ja sitten konstruoidaan koodinmuunninpiirit Schaeffer- ja Pierce-perusteisesti, vastaavasti.

Taulukko 3.10 sisältää taulukon koodimuuntimen toiminnasta.

Taulukko 3.10 - Koodimuuntimen toimintataulukko

Desimaaliluku

Funktioiden a - g minimointi Carnot-kartoilla on esitetty taulukoissa 3.11 - 3.17 ja minimoinnin tulokset kaavoissa 3.23 - 3.36.

Taulukko 3.11 - Funktion a minimointi Karnaugh-kartalla

Taulukko 3.12 - Toiminnon b minimointi Karnaugh-kartalla

Taulukko 3.13 - Toiminnon minimointi Karnaugh-kartalla

Taulukko 3.14 - Funktion d minimointi Karnaugh-kartalla

Taulukko 3.15 - Funktion e minimointi Karnot-kartalla

Taulukko 3.16 - Funktion f minimointi Karnaugh-kartalla

Taulukko 3.17 - Funktion g minimointi Karnaugh-kartalla

Schaeffer-pohjaisen koodimuuntimen kaavio on esitetty kuvassa 3.13. Piirin rakentamisessa käytettiin mikropiirejä KR1533LA1, KR1533LA2, KR1533LA3, KR1533LA4.

Pierce-pohjaisen koodimuuntimen kaavio on esitetty kuvassa 3.14. Piirin rakentamisessa käytettiin mikropiirejä KR1533LE1, KR1533LE4, KR531LE7.

Kuva 3.13 - Schaeffer-pohjaisen koodimuuntimen kaavio

Kuva 3.14 - Schaeffer-pohjaisen koodimuuntimen kaavio

Järjestelmään perustuvan koodimuuntimen synteesi dekooderi-kooderi

Koodimuuntimen synteesi tällä menetelmällä koostuu täydellisen dekooderin ja kooderin käytöstä. Täydellisen dekooderin lähtöjen määrä on tässä tapauksessa 2 4 =16 ja kooderin tulojen määrä on 2 7 =128. Tehtävänä on määrittää kooderin tulo, johon sinun on kytkettävä dekooderin vastaava lähtö saadaksesi halutun yhdistelmän sen lähdössä. Enkooderin tulonumero lasketaan ottaen huomioon tarvittavan seitsemän bitin koodin bittien painot. Käytännössä tämä menetelmä on epäkäytännöllinen käyttää korkeiden laitteistokustannusten vuoksi. Taulukko 3.18 näyttää kooderin tulonumerot, jotka vastaavat dekooderin lähtönumeroita. Kehitetyn laitteen kaavio on esitetty kuvassa 3.15.

Taulukko 3.18 - Koodimuuntimen toimintataulukko

Desimaali

enkooderi

Kuva 3.15 - Dekooderi-enkooderijärjestelmään perustuvan koodimuuntimen kaavio

Koodimuuntimen synteesi perustuu ohjelmoitava looginen matriisi

Ohjelmoitava logiikkamatriisi sisältää P tulot, k elementit Ja, joiden tulosteet muodostavat k pystysuorat renkaat, m OR-elementit, joiden lähdöt on kytketty ohjattuina inverttereinä toimiviin modulo 2 -summaimiin. Näiden lähdöt m invertterit ovat itse PLA:n lähtöjä. Jokaisella JA-elementillä on 2 P tulot, joilla se on kytketty kaikkiin tulosignaalien väyliin ja niiden inversioihin. Viestintälinjoissa on erityiset jumpperit. Nämä jumpperit on valmistettu tietystä materiaalista (esimerkiksi nikromista, kiteisestä piistä) tai muodossa erityinen piiri siirtymät, jotta ne voidaan valikoivasti tuhota ("polttaa" loppuun) jättäen vain ne yhteydet, joita PLM:n kuluttaja tarvitsee. Useissa PLA-tyypeissä kuluttaja voi itse polttaa hyppyjohtimet kohdistamalla tietyn amplitudin ja -kestoisia virta- tai jännitepulsseja kotelon vastaaviin liittimiin.

PLA:n OR-elementtien, kuten myös AND-elementtien, tuloissa on poltettavat jumpperit, joiden avulla ne liitetään kaikkiin pystyväyliin. Ohjelmoijalle polttamisen jälkeen tarpeettomia hyppyjohtimia, OR-elementeillä on myös vain ne yhteydet pystysuoraan, jotka kuluttajalle ovat välttämättömiä. OR-elementtien tekninen toteutus on sellainen, että hyppyjohtimien palamisen jälkeen "liittämättömiin" OR-tuloihin tarjotaan loogiset nollatasot.

Vastaavasti TAI-lähtöjen poissaolo tai käännös ohjelmoidaan vastaavasti polttamalla tai jättämällä jumpperit M2-elementtien ylätuloihin.

Elementtien AND, OR, M2 ja tuhoutuvien jumpperien tekniset suoritustavat voivat olla erilaisia. Loogisen suunnittelun kannalta on vain oleellista, että PLA:ta käyttävä piirisuunnittelija voi oman harkintansa mukaan:

Käytä mitä tahansa elementtiä JA mitä tahansa PLA-tulojen tai niiden inversioiden yhdistelmää;

Yhdistä mihin tahansa elementtiin TAI mihin tahansa pystysuorien kiskojen yhdistelmään (AND-lähdöt);

Kääntää minkä tahansa OR:n lähdöt.

Tällaiset mahdollisuudet tekevät koodimuuntimien tai, mikä on sama, loogisten toimintojen järjestelmien toteuttamisen PLA:lle erittäin helppoa.

Rakennetaan PLA-pohjainen koodimuunnin (kuva 3.16).

Kuva 3.16 - PLA:n koodimuuntimen kaavio

3. 6.2 Rinnakkaisrekisterin synteesiyksivaiheisella tiedon vastaanotolla

Jotta osoittimissa näkyvät tiedot näkyvät mielivaltaisen pitkään ja myös pulssien laskentaprosessin näyttäminen laskurin avulla (välkkyntä) suljetaan pois, on käytettävä laitetta, joka mahdollistaa tietojen tallentamisen vastaanotettu BCD-laskimesta. Tällainen laite on rinnakkaisrekisteri. Sen numeroiden lukumäärä määräytyy laskurin antaman tiedon numeroiden lukumäärän mukaan, ja vaadittujen rekistereiden lukumäärä määräytyy vaadittujen näyttöelementtien lukumäärän mukaan.

Rekisteriin kirjoittaminen tulee tehdä sen jälkeen, kun binääri-desimaalilaskurin pulssien laskenta on päättynyt. Ennen kirjoittamista rekisteri on asetettava alkuarvoon (nolla).

Rekisterin rakentamiseen on kätevää käyttää D-flip-flopsia. KR1533TM2-siru sopii tähän. syntetisoidun rekisterin kaavio on esitetty kuvassa 3.17.

Kuva 3.17 - Rinnakkaisrekisterin kaavio

3. 7 Rinnakkaissarjasuunnittelumuunnin

Tätä kehitetyn laitteen solmua käytetään tiedon siirtämiseen viestintäkanavalle. Rekisteriin kirjoittaminen tapahtuu rinnakkain ja tiedot luovutetaan peräkkäin. Rekisteriin kirjoittamisen poissulkemiseksi ennen pulssien laskennan päättymistä käytetään menetelmää, joka estää kirjoittamisen, kunnes pulssi ilmestyy takareunan ilmaisimen ulostuloon.

Rekisteri on tarkoituksenmukaista rakentaa D-flip-flopsien pohjalta. Niiden lukumäärä määräytyy viestintäkanavalle siirrettävän tiedon määrän mukaan. Kehitettävissä olevassa laitteessa tiedonsiirtokanavalle on siirrettävä 16 bittiä tietoa (4 bittiä kustakin 4 laskurista). Tästä seuraa, että tarvittavien liipaisujen määrä on 16. Kehitetyn rekisterin kaavio on esitetty kuvassa 3.18.

Laitteen toimintaperiaate on seuraava. Ennen tallennuksen alkamista kaikki laukaisimet nollataan. Kun aktivointipulssi vastaanotetaan, liipaisimet asetetaan tilaan, joka vastaa lähetettyä informaatiobittiä. Seuraavaksi tiedot siirretään viestintäkanavalle ja tiedonsiirron päätyttyä kaikki rekisteriliipaisimet asetetaan nollatilaan.

Kuva 3.18 - Siirtorekisterin kaavio

3. 8 Laitteen suunnitteluhallinta

Ohjausyksikkö on suunniteltu koordinoimaan digitaalisen laitteen solmujen toimintaa ajoissa. Ohjausyksikön päätehtävät ovat:

Tietojen tallennuksen hallinta tallennusrekistereihin ja vuororekistereihin ja tietojen luovuttaminen niistä indikaattoreille ja viestintäkanavalle;

Tiedonsiirron hallinta viestintäkanavalle;

Laite siirretään alkuperäiseen tilaan mittauksen mahdollista jatkamista varten;

Virhesignaalin antaminen, kun mitatun pulssin kesto ylittää mittausalueen.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi käytämme:

Peräkkäinen summauslaskuri muuntokertoimella 16 (16 vastaa viestintäkanavalle lähetetyn tiedon määrää).

Kuten elektroninen avain, joka mahdollistaa laskurien nollauksen ja virhesignaalin ilmoittamisen virheen sattuessa, käytämme D-triggeriä ja TAI-elementtejä.

Käytämme viivelinjaa koordinoimaan logiikkaelementtien kytkentää ajassa;

Nollaa laite nollataksesi laskurit ja liipaisimet.

3. 8 .1 Laskurin synteesi muuntokertoimella 16

Yhdessä tiedonsiirtolaitteen siirtorekisterin kanssa on tarpeen käyttää laskuria. Sen avulla määritetään hetki, jolloin kaikki tiedot siirretään viestintäkanavalle. Tämä on tarpeen, jotta kaikki rekisteriliipaisimet asetetaan nollaan ja estetään virheellisen tiedon siirtäminen viestintäkanavalle. On suositeltavaa rakentaa laskuri D-flip-flopseihin. Saadaksesi muuntokertoimen 16, sinun on käytettävä 4 triggeriä. Käytetään KR1533TM2 mikropiirejä. Syntetisoidun summauslaskurin kaavio on esitetty kuvassa 3.19 ja ajoituskaavio on esitetty kuvassa 3.20.

Kuva 3.19 - Kaavio summauslaskimesta, jonka muuntokerroin on 16

Kuva 3.20 - Laskurin ajoituskaavio muuntokertoimella 16

3. 8 .2 Nollausjärjestelmän kehittäminen

Nollauspiiri on suunniteltu nollaamaan kaikki liipaisimet, jotka ovat osa kehitteillä olevaa laitetta, kun virta kytketään päälle, sekä sen jälkeen, kun mittausprosessi on suoritettu ja tiedot on lähetetty viestintäkanavalle. Nollauspiirin rakentamiseen on kätevää käyttää uudelleenkäynnistettävää kertakäyttöä. Se generoi yhden tietyn pituisen pulssin, kun tietyt signaalit saapuvat sen tuloihin. Käytetään KR1533AG3 mikropiiriä yhtenä vibraattorina. Tämän sirun yksittäisessä vibraattorissa on kolme tuloa: kaksi käynnistystä ST1, ST2 ja nollaustulo R. Yksittäinen vibraattori voidaan käynnistää useilla tavoilla. Tässä tapauksessa sopivin liipaisin on nousevalla reunalla tulossa ST2, matala taso ST1:ssä ja korkea taso tulossa R. Nollauslaitekaavio on esitetty kuvassa 3.21, toimintoa selittävä ajoituskaavio on kuvassa 3.22. .

Muodostetun pulssin keston on oltava riittävä kaikkien rekisterien nollaamiseksi luotettavasti. Valitsemme keston 10 µs. Yksittäisen vibraattorin tuottaman pulssin kesto määritetään kaavalla 3.37

Valitsemme kondensaattorin kapasitanssiksi 1000 pF. Tällöin vastuksen, jonka pulssin kesto on 10 μs, resistanssi on 22000 ohmia.

Kuva 3.21 - Nollauskaavio

Kuva 3.22 - Nollauspiirin ajoituskaavio

3. 8 .3 Viivelinjan kehittäminen

Viivelinja on suunniteltu viivästyttämään kirjoitussignaaleja tallennusrekistereihin ja siirtorekisteriin. Kirjoitussignaali on takareunan ilmaisimen pulssi. Viive on ajoitettava

Rakennamme viivelinjan KR1533LA3-sirun päälle (NAND-elementit). Viivelinjaa rakennettaessa on myös otettava huomioon, että takareunan ilmaisin tuottaa matalan tason pulssin ja rekistereihin kirjoittamisen mahdollistavan pulssin tulee olla korkeatasoinen. Yhden elementin viiveaika on 10 ns ja liipaisuaika 22 ns. Kirjoituspulssin viivyttämiseksi tallennusrekistereihin käytämme 5 elementtiä. Viiveaika on tällöin:

Siirtorekisterin kirjoitussignaalin viivyttämiseksi suhteessa tallennusrekistereihin tulevaan kirjoitussignaaliin voidaan käyttää 6 elementtiä. Viiveaika on tällöin:

Ohjauslohkokaavio on esitetty kuvassa 3.23. Aikavälimittarin ajoituskaavio on esitetty kuvassa 3.24.

Kuva 3.23 - Ohjausyksikön kaavio

Kuva 3.24 - Aikavälimittarin ajoituskaavio

Johtopäätös

Kurssin aikana kehitettiin kaavio pulssin keston mittauslaitteesta, joka varmistaa enintään 1000 ms:n pituisten aikavälien mittauksen 0,1 ms:n tarkkuudella ja tiedonsiirtonopeuden. 600:sta.

Tällaisten parametrien varmistamiseksi tärkeimmät toiminnalliset yksiköt suunniteltiin:

Pulssin muotoilija;

kello generaattori;

Pulssin laskenta piiri;

Ohjaus estää;

näyttö estää;

Rinnakkaiskoodin muuntaja sarjamuotoon.

Bibliografia

1. Avanesyan G.R., Levshin V.P. Integroidut piirit TTL, TTLSH. - M.: Mashinostroenie, 1993. - 256 s.

2. Kuznetsov V.A. Mittaukset elektroniikassa: Viitekirja - M.: Energoatomizdat, 1987. - 512 s.

3. Maltseva L.A. Digitaalitekniikan perusteet - M .: Radio ja viestintä, 1987. - 128 s.

4. Ohjeet opintojakson "Digitaalinen piirit" kurssityölle aiheesta "Digitaalilaitteen suunnittelu".

5. Mirsky G.Ya. Elektroniset mittaukset - M.: Radio ja viestintä, 1986. - 440 s.

6. Novikov Yu.V. Digitaalisten piirien perusteet. Peruselementit ja kaaviot. Suunnittelumenetelmät - M.: Mir, 2001. - 379 s.

7. Ornadsky P.P. Automaattiset mittaukset ja laitteet. - TO.; Technique, 1990. - 448 s.

8. Potemkin I.S. Digitaalisen automaation toiminnalliset solmut. - M.: Energoatomizdat, 1988. - 320 s.

9. Ugryumov E.P. Digitaalinen piiri - St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2004. - 528 s.

10. Shilo V.L. Suositut digitaaliset mikropiirit: Käsikirja - M.: Metallurgy, 1988. - 352 s.

11. Yakubovsky S.V., Nisselson L.I., Kuleshova V.I. Digitaaliset ja analogiset integroidut piirit: käsikirja - M.: Radio and communication, 1990. - 496 s.

12. Pukhalsky G.I., Novoseltseva G.Ya. Erillisten laitteiden suunnittelu integroiduille piireille: käsikirja - M .: Radio and communication, 1990. - 304 s.

Isännöi Allbest.ru:ssa

Samanlaisia asiakirjoja

Mikroprosessori- ja digitaalitekniikan käyttöönotto teollisuuslaitosten ohjauslaitteissa. Piirin suunnittelu reunatunnistimelle, kellogeneraattorille, laskentalaitteelle, prosessointilaitteen lähtöyksikölle, osoitus- ja ohjausyksikölle.

lukukausityö, lisätty 15.5.2012

Digitaalisten ja logiikkapiirien suunnittelu laivojen ohjaus- ja valvontajärjestelmien pääkomponentteiksi. Lohkokaavion pääkomponentit ja digitaalisen tallennuslaitteen toiminnan algoritmi. Logiikkapiirien synteesi ja minimointi.

lukukausityö, lisätty 13.5.2009

Yleiset luonteenpiirteet digitaaliset piirit, niiden edut analogisiin verrattuna. Digitaalisen mittarin suunnittelu induktiivisella virtausmittarilla ja volttimittarilla vakiojännite, sen toiminnallisen ja rakenteellisen järjestelmän kehittäminen.

lukukausityö, lisätty 13.2.2013

Herätyskellon suunnittelu ajan laskentaan ja signaalin tuottamiseen tiettynä aikana, laitteen rakenne- ja toimintakaavioiden analysointi. Kaaviokaavion kehittäminen valitun elementtipohjan perusteella. Aikakaavioiden rakentaminen.

lukukausityö, lisätty 30.5.2015

Suunnitellaan laite, joka suorittaa nopean Fourier-muunnoksen 512 signaalipisteessä. Kuvaus ADSP-219x-perheen DSP-prosessorien arkkitehtuurista. Sarjaliikennekanavan käyttöönotto. Laitteen rakenne- ja toimintakaavioiden kehittäminen.

lukukausityö, lisätty 16.1.2013

Synkronisen laskurin suunnittelu neljällä lähdöllä, joka muuttaa tilojaan syklisesti. Digitaalisten tietokoneiden solmujen ja lohkojen loogisen synteesin ongelmien ratkaiseminen. Tietyn laitteen rakenne-, toiminta- ja sähköpiirikaavioiden kehittäminen.

testi, lisätty 19.1.2014

Toimivan koneen algoritminen, looginen ja suunnitteluteknologinen suunnittelu. Yksinkertaisimpien digitaalisten laitteiden elementtipohjan tutkimus. Digitaalisen laitteen kehittäminen binäärilukujen tilaamiseen. Piirikaavioiden synteesi.

lukukausityö, lisätty 1.7.2015

Virran ja jännitteen mittausmenetelmät. Digitaalisen tehomittarin suunnittelu tasavirta. Laitteen elementtipohjan valinta sähköpiirikaavion mukaan, elementtien asennustapa. Laitteen taloudellisen hyötysuhteen laskeminen.

lukukausityö, lisätty 21.7.2011

Digitaalisten luokitus mittauslaitteet, lohkokaavion kehittäminen laitteesta signaalien ajallisten arvojen mittaamiseen. Perusmikro-ohjaimen ja ohjelmiston kuvaus. Laitteisto-ohjelmistokeinot laitteen ohjaamiseen ja diagnostiikkaan.

opinnäytetyö, lisätty 20.10.2010

Aikavälimittarin mallintaminen MathCadissa. Suorakaiteen muotoisen pulssigeneraattoripiirin kokoonpano Electronics WorkBench -ohjelmointiympäristössä. Ultraäänivikailmaisimen UD2-12 tarkoitus ja rakenne. Pulssin synkronointigeneraattori.

Jakson ja aikavälien mittaamiseen on kaksi päämenetelmää:

oskillografinen;

sähköinen laskenta.

Aikavälien mittaus oskilloskoopilla suoritetaan tutkitun jännitteen oskillogrammissa lineaarisella pyyhkäisyllä. Intervallin alun ja lopun laskennassa olevista merkittävistä virheistä sekä pyyhkäisyn epälineaarisuudesta johtuen aikavälien mittauksen kokonaisvirhe on muutama prosentti. Paljon pienempi virhe on ominaista erikoistuneille aikavälien metreille spiraalipyyhkäisyllä.

Tällä hetkellä yleisimmät sähköiset laskentamenetelmät ajanjakson ja aikavälin mittaamiseen. Tärkeimmät ovat:

digitaalinen menetelmä aikavälien mittaamiseen;

interpolointimenetelmä;

vernier menetelmä.

Digitaalinen menetelmä aikavälien mittaamiseen

Periaate harmonisen signaalin jakson mittaamisesta digitaalisella menetelmällä käyttämällä digitaalista taajuusmittaria on havainnollistettu kuvassa 1. 17.1, jossa on esitetty harmonisten värähtelyjen jakson mittaustilassa olevan laitteen lohkokaavio ja sen toimintaa vastaavat ajoituskaaviot.

Aikavälin mittaus T x digitaalinen menetelmä perustuu sen täyttämiseen esimerkillistä jaksoa seuraavilla pulsseilla T O, ja laskee numeron M X näitä impulsseja.

Laitteen kaikki elementit ja niiden toiminta on analysoitu taajuusmittaukseen liittyvissä asioissa. Vertailutaajuusgeneraattorin rakenteellista koostumusta jaksoa mitattaessa käsitellään alla.

Riisi. 3.6 Digitaalinen menetelmä aikavälien mittaamiseen: a - lohkokaavio; b - aikakaaviot

Harmoninen signaali, piste T x jonka haluat mitata syöttölaitteen ohituksen jälkeen VU (u 1 - lähtösignaali VU) ja pulssin muotoilija F2 muunnetaan lyhyiden pulssien sarjaksi u 2 Kanssa sama aika. UFU:n muodostus- ja ohjauslaitteessa niistä muodostetaan strobopulssi Ja h suorakaiteen muotoinen ja kesto T x, saapuu yhteen aikavalitsimen tuloista Aurinko. Tämän valitsimen toiseen tuloon syötetään lyhyitä pulsseja. u 4 esimerkillisellä seurantajaksolla T O , muotoilijan luoma F1 referenssitaajuusgeneraattorin värähtelyistä GOC.

Ajan valitsin Aurinko hyppää tiskille MF M X pulssien laskeminen u 4 jonkin aikaa T x, yhtä suuri kuin välähdyspulssin kesto Ja h. Mitattu ajanjakso T x, kuten kuvasta seuraa. 17.1, b,

T x = M X T O + Δ t d , (3.6)

Missä Δ t d = Δ t Vastaanottaja – Δ t n- täydellinen diskretisointivirhe; Δ t n Ja Δ t Vastaanottaja- kauden alun ja lopun diskretointivirheet T X .

Huomioimatta virhettä kaavassa (17.1). Δ t d laskurin vastaanottamien pulssien lukumäärä M X = T x /T O, ja mitattu ajanjakso on verrannollinen M X

T x = M X T O . (3.7)

Laskurin lähtökoodi MF, myönnetty digitaaliseen lukulaitteeseen COU, vastaa hänen laskemiensa laskentapulssien määrää M X, ja todistus COU- ajanjaksoa T x, laskentapulssien toistojaksosta lähtien Ja 5 valitaan suhteesta T O = 1 - n, Missä P - kokonaisluku. Eli esimerkiksi milloin P = 6 COU näyttää numeron M X , vastaavaa ajanjaksoa T x, ilmaistuna µs.

Jakson mittausvirhe T x, kuten taajuusmittauksessa, on systemaattiset ja satunnaiset komponentit.

Systemaattinen komponentti riippuu vakaudesta δ sq referenssitaajuus GOCH(hänen kideoskillaattorinsa) ja satunnainen pääosin diskretisointivirheen perusteella Δ t d edellä käsitelty. Tämän virheen maksimiarvo otetaan kätevästi huomioon laskentapulssien lukumäärän vastaavan muutoksen kautta M X±1.

Jossa suurin absoluuttinen diskretisointivirhe voidaan määrittää kahden jaksoarvon erolla T x saatu kaavalla (17.2) for M X± 1 ja M X ja yhtä suuri kuin Δ T x = ± T O .

Olennainen suurin suhteellinen virhe

δ = ± Δ T x /T x = ± 1/ M X= ±1/( T x f O),

Missä f O = 1/T O- generaattorin esimerkillisen taajuuden arvo GOC.

Mittausvirheeseen vaikuttaa myös kohina välähdyspulssin muodostuskanavissa Ja 3 ja pulssien laskeminen Ja 4 (Kuva 17.1, A), tuomalla ajallisen modulaation asemaansa satunnaisen lain mukaan. Todellisissa laitteissa, joissa signaali-kohinasuhde on korkea, kohinan vaikutuksesta johtuva mittausvirhe on kuitenkin mitätön diskretisointivirheeseen verrattuna.

Jakson mittauksen suhteellinen kokonaisvirhe määritetään prosentteina kaavalla

(3.8)

Lausekkeesta (17.3) seuraa, että diskretisointivirheen takia kauden mittausvirheT x kasvaa jyrkästi pienentyessään.

Mittausten tarkkuutta voidaan parantaa lisäämällä taajuutta f O taajuusgeneraattori (kerrottamalla sen kideoskillaattorin taajuus Ku kertaa), ts. lisäämällä laskentapulssien määrää M X. Samaa tarkoitusta varten piiriin viedään syöttölaitteen jälkeen tutkitun signaalin taajuusjakaja jakokertoimella. TO(Kuvassa 17.1, A ei näytetty). Tämä ottaa mittauksen TO kausia T X ja sisään TO kertaa suhteellinen diskretisointivirhe pienenee.

Diskretisointivirhettä voidaan vähentää ja mittausmenetelmä, jossa on useita havaintoja. Tämä pidentää kuitenkin merkittävästi mittausaikaa. Tältä osin on kehitetty menetelmiä, jotka vähentävät diskretisointivirhettä merkittävästi pienemmällä mittausajan pidennyksellä. Nämä sisältävät: interpolointimenetelmä, vernier-menetelmä.

Suoraan laskentamenetelmään perustuvat digitaaliset taajuuslaskurit.

Digitaalinen (diskreettilaskenta) taajuuden mittausmenetelmä on toteutettu digitaalisissa elektronisissa laskentataajuusmittareissa. Nämä laitteet ovat helppokäyttöisiä, niillä on laaja mittaustaajuusalue (useista hertseistä satoihin megahertseihin) ja ne mahdollistavat mittaustuloksen suuren tarkkuuden (suhteellinen taajuuden mittausvirhe 10-610-9).

Digitaaliset taajuusmittarit ovat monitoimilaitteita, joiden toimintatavasta riippuen on mahdollista mitata paitsi taajuutta myös aikavälejä (jaksollisten signaalien toistojakso)

Harmonisen signaalin taajuuden digitaalisella menetelmällä mittaamisen periaate on selostettu kuvassa 8, jossa on lohkokaavio digitaalisesta taajuusmittarista taajuusmittaustilassa ja sen toiminnan ajoituskaavioita.

Tutkittu harmoninen signaali, jolla on taajuus fX, syötetään syöttölaitteeseen (ID) vahvistaen tai vaimentaen sitä seuraavan taajuusmittarilaitteen toiminnan edellyttämään arvoon (kuva, 8, a)

Ajoneuvoyksikön lähdöstä otettu harmoninen signaali u1 (kuva 8b) syötetään ensimmäiseen pulssinmuotoilijaan (F1), joka muuntaa sen lyhyiden unipolaaristen pulssien sarjaksi u2, jota seuraa jakso TX = 1/fX ja ns. laskenta.

Lisäksi näiden pulssien etureunat ovat käytännössä samat kuin hetket, jolloin signaali u1 kulkee nolla-arvon läpi aika-akselilla sen kasvaessa. Shaper F1 koostuu rajoittavasta vahvistimesta ja komparaattorista (Schmitt trigger).

Laskentapulssit u2 saapuvat yhteen aikavalitsimen (TS) tuloista, jonka toinen tulo syötetään muodostus- ja ohjauslaitteelta (UFU) strobo --- pulssi u3 suorakaiteen muotoinen ja kalibroitu kesto TOTX. Aikaväliä TO kutsutaan laskea aikaa (“ väliaikainen portti). Aikavalitsin avautuu vilkkupulssilla u3 ja siirtää sen keston aikana pulssiryhmän (paketin) u2 laskurin (MF) tuloon. Tuloksena NX-pulssien u4 paketti saapuu laskuriin. Kuvasta 8b seuraa, että

TO = NX TX - ΔtH + ΔtK = NX TX - Δtd, (2.4)

missä ΔtH ja ΔtK - diskretointivirheet TO-välin alun ja lopun, jonka aiheuttaa välähdyspulssin satunnainen sijainti suhteessa laskuripulsseihin u2; Δtd = ΔtH - ΔtK - täydellinen diskretisointivirhe.

Jättäen huomioimatta virheen Δtd kohdassa (2.4), saadaan, että pulssien lukumäärä paketissa NX = To/TX = To fX ja siten mitattu taajuus on verrannollinen laskuriin saapuvien laskentapulssien määrään:

fX=NX/To. (2.5)

Strobopulssin muodostamiseksi UFU-laite vastaanottaa lyhyitä pulsseja, joiden jakso on To (ei näy kuvassa yksinkertaisuuden vuoksi) piiristä, joka sisältää referenssitaajuusgeneraattorin (RFG) ja toisen pulssin muotoilijan (F2), joka on samanlainen kuin muotoilija. F1. GOC sisältää referenssitaajuuden fKV kvartsioskillaattorin ja kymmenen päivän taajuudenjakajan CD:n jakokertoimella (jokainen vuosikymmen vähentää taajuutta fKV kymmenen kertaa). Pulssien jakso muotoilijan F2 lähdössä ja välähdyspulssien kesto on yhtä suuri kuin signaalin jakso taajuudenjakajan lähdössä, ts. To = KD / fKV; siksi lauseke (2.5) voidaan esittää muodossa

fX = NX fKV/KD (2,6)

Suhdetta fKV/KD voidaan muuttaa diskreetti muuttamalla KD:tä, ts. muuttamalla jakajan D (GOC-generaattori) vuosikymmenien määrää.

Laskuri laskee NX-pulsseja ja lähettää vastaavan (binääri) koodin digitaaliseen lukulaitteeseen (DCO). Suhde fKV/KD valitaan yhtä suureksi kuin 10n Hz, jossa n on kokonaisluku. Tässä tapauksessa DOC näyttää numeron NX, joka vastaa mitattua taajuutta fX valituissa yksiköissä. Jos esimerkiksi n = 6 valitaan CD-levyä vaihtamalla, DOC:ssa näkyvä numero NX vastaa megahertseinä ilmaistua taajuutta fX.

Taajuusmittarin syklinen toimintatapa asetetaan UFU:lla, kun taas ennen kunkin mittauksen aloittamista UFU nollaa laskurin.

Taajuusmittausvirhe fX on systemaattisesti ja satunnaisesti ainesosat

Systemaattinen komponentti johtuu pääasiassa kvartsioskillaattorin fKV taajuuden lämpötilan epävakaudesta. Sitä pienennetään termostaattia kvartsia tai käyttämällä elementtejä, joissa on lämpöpuristus kvartsioskillaattorissa.

Satunnainen komponentti määritetään diskretisointivirhe ΔtD = ΔtH - ΔtK.

Koska välähdyspulssilla ("aikaportti"-To) ja laskentapulssilla ei ole keskinäistä synkronointia, virheet ΔtH ja ΔtK, jotka määrittävät kuvassa 8b välähdyspulssin alun ja lopun sijainnin kahden vierekkäisen laskentapulssin välillä. , voi kestää ajan samoilla todennäköisyysarvoilla nollasta To. Siksi virheet ΔtH ja ΔtK ovat satunnaisia ja jakautuvat yhtenäinen laki.

Näiden virheiden riippumattomuudesta johtuen kokonaisdiskretisointivirhe ΔtD jakautuu kolmion laki raja-arvoilla ± To .

Suhteellisen taajuuden mittausvirhe

(2.7)

jossa suhteellinen pulssin laskentavirhe riippuu mittausajan To ("aikaportti") ja tutkittavan signaalin jakson TX suhteesta (katso kuva 8b), kun taas suurin absoluuttinen pulssin laskentavirhe ΔNX ei ylitä yhtä pulssia ΔNX = ± 1, joka määrittää luvun vähiten merkitsevän numeron.

Toisen virhekomponentin arvo määräytyy sisäisen kideoskillaattorin taajuuden epävakauden perusteella ja on noin 10-7.

Eli suurin suhteellinen mittausvirhe (%), kun otetaan huomioon (2.5), on

Kuten kohdasta (2.8) seuraa, suhteellinen virhe tutkittavan signaalin taajuuden mittauksessa, muiden asioiden ollessa sama, riippuu sen arvosta. Suhteellinen taajuuden mittausvirhe on pieni korkeita taajuuksia mitatessa ja suuri matalia taajuuksia mitatessa.

Esimerkki: Jos fX = 10 MHz, To = 1c, niin δf = 2 10-5 %; jos fX = 10 Hz, To = 1c, niin δf = 10 %.

Siksi korkeita taajuuksia mitattaessa virhe johtuu pääasiassa kvartsioskillaattorin epävakaudesta ja matalia taajuuksia mitatessa näytteenottovirheestä. Matalajen taajuuksien mittausvirheen vähentämiseksi on tarpeen lisätä mittausaikaa To lisäämällä taajuusmuuttajan taajuudenjakajan CD:n jakokerrointa tai käyttää kertoimia, joiden avulla voit kasvattaa mitattuja taajuuksia 10n kertaa, tai siirtyä tutkittavan signaalin taajuuden mittaamisesta sen jakson TX mittaamiseen, minkä jälkeen lasketaan mitatun taajuuden arvo kaavasta fX = 1/TX .

On olemassa seuraavat menetelmät aikavälien sähköiseen mittaukseen tietojen näyttötavan mukaan:

Oskilloskooppi;

Digitaalinen.

Digitaalisia menetelmiä aikavälien mittaamiseen ovat:

Peräkkäinen laskentamenetelmä;

Viivästetty vastaavuusmenetelmä;

Nonius-menetelmä;

Menetelmät, joissa on välimuunnos.

Harkitse kunkin lueteltujen mittausmenetelmien ominaisuuksia.

Kuva 1.1 - Ajoituskaavio peräkkäiselle laskentamenetelmälle

a) kvantisointisekvenssin pulssit;

b) impulssit, jotka määrittävät mitatun aikavälin alun ja lopun;

c) ohjausimpulssi;

d) pulssit valitsimen sisääntulossa

Kuva 1.2 - Sekvenssilaskennan muuntimen toimintakaavio

Ohjauspulssin läsnä ollessa kvantisointisekvenssin pulssit kulkevat valitsimen läpi, jotka sitten laskuri rekisteröi.

Nonius-menetelmä. Vernier-menetelmää on käytetty laajasti aikavälien mittaustekniikassa sekä keinona vähentää peräkkäisten laskentamuuntimien virhettä että itsenäisenä menetelmänä joidenkin mittalaitteiden rakentamisessa.

Kuvassa 1.3 on toiminnallinen kaavio aikavälimittarista, jossa on nonier-menetelmällä virhettä Df 2 vähentävä ja käynnistyspulssin synkronointi (Df 1 = 0).

Kuva 1.3 - Nonierin aikavälimittarin toimintakaavio

Nonier-pulssigeneraattori laukaistaan pysäytyspulssilla. Sen tuottamat pulssit jaksolla

f i \u003d (n-1) / n,

missä n on kokonaisluku, saapuvat koinsidenssipiirin toiseen tuloon ja ne rekisteröidään samanaikaisesti tarkan laskentalaskurin toimesta.

Mitatut intervallifmeas voidaan ilmaista muodossa

Ф mitta \u003d (N-N n) f 0 + N n Df n, (1.1)

missä N on karkean laskurin lukema;

N n - tarkan laskentalaskurin osoitukset;

Df n - vernier-askel yhtä suuri kuin f 0 /n.

Vernier-menetelmän käyttö suurille n:n arvoille asettaa piirisolmuille useita vaatimuksia, joista merkittävimmät ovat:

Nonier-sekvenssin korkean taajuuden vakaus;

molempien sekvenssien pulssiparametrien korkea stabiilisuus;

korkean resoluution sattumapiirit.

Nonier-menetelmän merkittävä haittapuoli on vaikeus lukea mittaustuloksia useista tulostauluista myöhempien laskelmien kanssa.

TO menetelmät välimuunnoksilla sisältää aika-amplitudin muunnosmenetelmän ja aika-asteikon muunnosmenetelmän.

Aika-amplitudin muunnosmenetelmä käytetään osuuden Df 2 huomioon ottamiseksi sekventiaalilaskurin muuntimessa. Kuvassa 1.4 on esitetty mittauslaitteen toimintakaavio.

Kun käynnistyspulssi saapuu, kiikku kiilaa, avaa koinsidenssipiirin 2 ja sulkee koinsidenssipiirin 1. Karkea ajoituspiiri, joka koostuu koinsidenssipiiristä 2 ja laskurista, alkaa toimia.

Kuva 1.4 - Aikavälimittarin toimintakaavio aika-amplitudimuunnosmenetelmän mukaan

Pysäytyspulssi palauttaa liipaisimen alkuperäiseen asentoonsa, koinsidenssipiiri 2 sulkeutuu ja koinsidenssipiiri 1 avautuu. Pysäytyspulssi tulee samanaikaisesti aika-amplitudimuuntimeen ja käynnistää sen. Ensimmäinen pulssi koinsidenssipiirin 1 lähdöstä pysäyttää muuntimen. Tässä tapauksessa muuntimen lähtöön ilmestyy pulssi, jonka amplitudi on verrannollinen kahden pulssin välisen ajanjakson kestoon - pysäytys ja ensimmäinen pulssi koinsidenssipiirin 1 lähdöstä, eli verrannollinen jakso Df 2. Aika-amplitudimuuntimena käytetään useimmiten lineaarista sahahampaista jännitegeneraattoria, jota ohjataan kahdella pulssilla - käynnistys ja pysäytys.

Seuraavaksi muuntimen lähdöstä tuleva pulssi syötetään n-kanavaisen amplitudianalysaattorin tuloon. Yksinkertaisimmassa tapauksessa amplitudianalysaattori voidaan tehdä n integraalisen erottimen muodossa, jotka on kytketty rinnan erottelukynnyksillä, jotka ovat yhtä kaukana toisistaan. Muuntimen lähdön pulssin amplitudista riippuen analysaattorin lähtö vastaanottaa jonkin tyyppisen signaalin (signaalin tyyppi riippuu käytetyn analysaattorin tyypistä), joka kuljettaa tietoa pulssin kestosta. intervalli Df 2 . Tämä signaali syötetään dekoodaus- ja näyttöyksikköön.

Kuva 1.5 - Aikavälimittarin toimintakaavio aika-asteikon muunnosmenetelmän mukaan

Voimme kirjoittaa mitatulle aikavälille

f meas =Nf 0/k,

missä N on laskurin rekisteröimien pulssien määrä.

Näin ollen tarkasteltavalla menetelmällä voidaan mitata pieniä aikavälejä turvautumatta nopeisiin skaalauspiireihin.

Aika-asteikon muunnosmenetelmän virhe määräytyy pääasiassa muuntokertoimen k arvon ja pysyvyyden mukaan.

Jakson ja aikavälien mittaamiseen on kaksi päämenetelmää: oskillografinen ja elektroninen laskenta.

Tällä hetkellä yleisimmät sähköiset laskentamenetelmät ajanjakson ja aikavälin mittaamiseen. Kun mitataan hyvin pieniä aikavälejä, muunnosmenetelmät ovat käteviä. Näiden menetelmien pohjalta on luotu intervallikertoimia - laitteita, jotka mahdollistavat mittausvälin laajentamisen tietyn määrän kertoja. Kertoimia käytetään usein yhdessä elektronisten laskentalaitteiden kanssa.

10.1 Elektroninen laskenta-aikavälimittari

Aikavälimittarin lohkokaavio on esitetty kuvassa. 6.1, . Tutkitut jännitteet U x 1 ja U x 2 syötetään kahden kanavan kautta muodostuslaitteisiin. Kun nämä jännitteet saavuttavat referenssitasot U 01 ja (U 02, muodostuslaitteiden lähdössä ilmaantuvat lyhyet pulssit U H ja U K, jotka vastaavat mitatun aikavälin Tx alkua ja loppua. Nämä pulssit vaikuttavat liipaisuun, lähtöön jonka pulssi avaa valitsimen ajalle Tx.

Pulssin keston aikana laskuri tallentaa generaattorista tulevat laskentapulssit, joilla on tunnettu aikajakso To.

Niiden lukumäärä N on verrannollinen mitattuun aikaväliin ja luetaan lukulaitteesta,

Jaksomittaripiiri eroaa tarkastelusta siinä, että tarkasteltavan jännitteen toistojaksoa vastaavan intervallin alun ja lopun pulssit muodostuvat yhteen kanavaan ja toisen sukupolven piiri puuttuu.

Laskentapulssien jakso T 0 valitaan 10 - k, s kerrannaiseksi, missä k on kokonaisluku.

Laskentapulssien epävakauden systemaattista komponenttia voidaan vähentää säätämällä generaattorin taajuutta ajoittain.

Diskretisointivirheen pienentämiseksi on tarpeen lisätä generaattorin taajuutta, jonka maksimiarvoa rajoittaa käytetyn laskurin nopeus. Tällä hetkellä parhaat massatuotetut laskurit toimivat jopa satojen megahertsien taajuuksilla. Diskretisointivirhettä voidaan jonkin verran pienentää käyttämällä UH-pulssin laukaista iskuviritettyä laskentapulssigeneraattoria.

Jos laite on suunniteltu mittaamaan viiveaikaa tutkittavassa laitteessa, intervallin aloituspulssi voidaan synkronoida laskentapulssien kanssa. Aikavälimittari sisältää taajuusjakajan, joka laukeaa laskemalla pulsseja. Jakajan lähdöstä tuleva pulssi käynnistää tutkittavan laitteen. Jakajan aikaviiveen epävakauden vuoksi käynnistysvirhettä ei voida täysin poistaa.

Mittaustarkkuutta voidaan parantaa huomattavasti käyttämällä alla kuvattuja erikoismenetelmiä.

Jos mittausväli toistetaan, diskretisointivirhettä voidaan pienentää suurentamalla mittausväliä kokonaislukumäärällä tai tekemällä useita mittauksia.

10.2 Taajuusmittaus

Taajuusmittaus on yksi radiotekniikan tärkeimmistä ratkaistavista tehtävistä. Taajuutta voidaan mitata erittäin suurella tarkkuudella, joten menetelmät erilaisten parametrien mittaamiseksi niiden alustavalla muuntamalla taajuudeksi ja mittaamalla jälkimmäisiä ovat yleistyneet.

On olemassa seuraavat päätaajuusmittausmenetelmät; elektroninen laskenta, kondensaattorin lataus ja purkaminen, mitatun taajuuden vertailu esimerkinomaiseen, sekä selektiivisten passiivisten piirien avulla.

Elektroninen laskentamenetelmä käsittää tuntemattoman taajuuden jaksojen lukumäärän laskemisen esimerkillisen aikavälin aikana elektronisella laskurilla, jonka nopeus rajoittaa mitattavien taajuuksien alueen 100 ... 500 MHz:iin. Suuret taajuudet on muunnettava ja laskettava ne määritettyihin rajoihin. Digitaaliset taajuusmittarit mahdollistavat suhteellisen taajuuden mittausvirheen, joka on luokkaa 10 -11 V tai pienempi. vaihtelevat satoihin gigahertseihin asti.

Kondensaattorin lataus- ja purkumenetelmässä mitataan kondensaattorin lataus- tai purkausvirran keskiarvo, joka on verrannollinen mitatun värähtelyn taajuuteen. Menetelmä soveltuu jopa satojen kilohertsien taajuuksien mittaamiseen noin 1 %:n virheellä.

Taajuusmittauksia vertailuun verrattuna voidaan tehdä laajalla taajuusalueella, myös mikroaaltouunissa. Mittausvirhe riippuu pääasiassa referenssitaajuuden määritysvirheestä ja voi olla jopa 10-13.

Taajuusmittaus käyttämällä selektiivisiä passiivipiirejä: resonanssipiirejä ja resonaattoreita, rajoittuu piirin virittämiseen resonanssiin, mitatun taajuuden arvo luetaan virityselementin asteikolta. Mittausvirhe on jopa 10 -4.

Näin ollen tarkimmat tulokset saadaan elektronisen laskennan ja vertailun menetelmillä, mikä johtuu kvanttitaajuusstandardien läsnäolosta, joiden parhaille näytteille on ominaista taajuuden epävakaus 10 -13 asti. Esimerkiksi teollisuuden tuottamat vetytaajuusstandardit mahdollistavat esimerkillisten taajuuksien saamisen, joiden epävakaus on 5 ... 10 -13 vuorokaudessa.

Tarkkojen mittausten tekeminen ei vaadi vain tietoa nimellisarvo esimerkillinen taajuus, mutta myös joitain muita sen epävakautta kuvaavia parametreja.

10.3 Elektroninen laskentamenetelmä taajuuden mittaamiseen

Elektroninen laskentamenetelmä perustuu sellaisten pulssien lukumäärän laskemiseen, joiden toistotiheys on tuntematon fx tunnetulla, vakaalla aikavälillä. Taajuusmittarin yksinkertaistettu lohkokaavio (kuva 8.2, a) on samanlainen kuin aikavälimittarin piiri.

Kvartsioskillaattorin taajuudeksi valitaan n*10 k Hz, missä k on kokonaisluku ja jakotekijän n arvo on kymmenen kerrannainen. Siksi laskurin N tallentamien pulssien määrä vastaa mitatun taajuuden arvoa valituissa yksiköissä. Arvo f 0 luetaan laitteen lukulaitteelta.

Taajuusmittaus lataamalla ja purkamalla kondensaattoria

Tämä menetelmä on perusta taajuusmittarin toiminnalle, jonka piiri on esitetty. riisi. 8.4, a. Rajoitusvahvistimeen syötetään jännite U g taajuudella f x (kuva 8.4, b). Sen lähtöjännite U 2, joka on suorakulmaisten pulssien muodossa, vaikuttaa piiriin, joka koostuu kondensaattorista C ja diodeista D1 ja D2. Olkoon alkuhetkellä kondensaattorin jännite Uc = U2- Varausaikavakioksi valitaan paljon pienempi kuin puolet tulojännitteen jaksosta. Diodin D1 ja magnetosähköisen laitteen läpi kulkevan kondensaattorin latausvirran keskiarvo,

on verrannollinen taajuuteen fx, joten magnetosähköisen laitteen asteikko on kalibroitu mitatun taajuuden suhteen.

Tarkasteltavan tyyppiset taajuuslaskurit toimivat alueella kymmenistä hertseistä megahertsien yksikköihin. Tämän taajuusalueen kattaa useita alialueita, joilla on erilaiset mittausrajat Siirtyminen rajasta rajaan saadaan aikaan muuttamalla kapasitanssia, joka valitaan siten, että alialueiden rajataajuuksilla laitteen keskivirta riittää poikkeamaan nuoli täydelle asteikolle.

Taajuusmittaus vertailuun verrattuna

Tässä menetelmässä mitattua taajuutta fx verrataan referenssitaajuusoskillaattorin tunnettuun taajuuteen fo. Järjestämällä jälkimmäistä uudelleen saavutetaan tasa-arvo

missä Δσp1 on taajuuden vertailuvirhe.

Taajuusvertailuvirhe riippuu taajuustasa-arvon ilmaisumenetelmästä. Joissakin laitteissa tasa-arvon ilmaisemiseen käytetään mikseriä ja kuulokkeita (kuva 8.5, a). Referenssi- ja mitattujen taajuuksien värähtelyjen vaikutuksesta sekoittimessa esiintyy yhdistelmätaajuuksien värähtelyjä muotoa mfx ±. nf 0 , missä m ja n ovat kokonaislukuja. Jos taajuuserosignaali osuu kuulokkeiden kaistanleveyteen, käyttäjä kuulee tämän taajuuden äänen. Muuttamalla f 0, sinun pitäisi saavuttaa alhaisin ääni, joka on erilaisia tyyppejä kuulokkeet ovat kymmeniä hertsejä.

Koska taajuutta ei tunneta mittausten aikana, menetelmä on moniselitteinen ja ennen mittauksia on tiedettävä f x :n likimääräinen arvo. Harkittua taajuuksien mittausmenetelmää kutsutaan joskus nollalyöntimenetelmäksi.

Mittaukset tehdään haarukkamenetelmällä. Vertailuvirhe tässä tapauksessa on 10...30 Hz.

10.4 Taajuusmittaus selektiivisillä passiivisilla piireillä

Tällä tavalla mittaus rajoittuu valikoivan piirin virittämiseen signaalin taajuudelle. Taajuus lasketaan virityselementin sijainnin mukaan. Tällaiset piirit voivat olla siltapiirejä ja värähteleviä piirejä. Tällä hetkellä siltataajuusmittarit, joiden laajuus on rajoitettu matalat taajuudet, on kokonaan korvattu muuntyyppisillä laitteilla. Käytännöllinen käyttö löysi vain taajuusmittareita, jotka käyttävät resonanssipiiriä, joita kutsutaan resonanssiaaltomittariksi. Nämä yksinkertaiset instrumentit kattavat taajuusalueen sadoista kilohertseistä satoihin gigahertseihin. Yksinkertaistettu kaavio resonanssiaaltomittarista silmukalla on esitetty kuvassa. 8.8 Tuntemattoman taajuuden fx jännite syötetään kytkentäkäämin Lcv kautta piiriin, joka koostuu esimerkkikäämeistä L ja säädettävä kondensaattori C Piiri viritetään kapasitanssia muuttamalla Resonanssitila määritetään magnetosähköisellä laitteella kelan osan maksimijännitteen mukaan. Mitatun taajuuden arvo luetaan kondensaattorin asteikolta.

Taajuusmittausvirhe resonanssiaaltomittareita käytettäessä määräytyy seuraavista päätekijöistä: kalibrointivirhe, värähtelyjärjestelmän resonanssitaajuuden epävakaus, generaattorin ja indikaattorin kanssa tapahtuvan viestinnän vaikutus, resonanssin kiinnityksen epätarkkuus. Kalibrointivirhe voi olla suuri, jos viritysmekanismissa, jonka rakenne on melko monimutkainen, on toimintahäiriöitä. Tämä virhe lisääntyy mekanismin osien kulumisen, vääristymien ja välyksen vuoksi.

Johtuen kytkennästä indikaattoriin ja mitatun taajuuden lähteeseen, resonaattoriin syötetään aktiivinen ja reaktiivinen vastus. Aktiivihäviöiden lisääntyminen vähentää laatutekijää ja syötettyjen reaktanssien vaihtelu johtaa resonanssin siirtymiseen. Ilmaisimen ja signaalilähteen vaikutuksesta johtuvien virheiden vähentäminen saavutetaan vähentämällä yhteyttä. Mutta tässä tapauksessa ilmaisimeen syötetty jännite laskee ja ilmaisimen jälkeen on kytkettävä vahvistimet piiriin.