Misura del ritardo degli intervalli di tempo del formatore di impulsi. Metodi di misurazione del periodo e degli intervalli di tempo

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Lavoro del corso

su questo argomento: " Progettazione emisuratoreIOIntervallo di tempo»

Completato da: Pashko A.N.

gruppo ES-52

Controllato: Protasova T.A.

CONcontenuto

introduzione

1. Metodi per misurare gli intervalli di tempo

2. Sviluppo degli schemi strutturali e funzionali del dispositivo

3. Sviluppo schemi elettrici dispositivi

3.1 Scelta base dell'elemento

3.2 Progettazione di schemi di bordi di fessura

3.3 Progettazione del generatore

3.4 Progettazione di divisori di frequenza

3.5 Sintesi del contatore BCD sottrattivo con ordine di conteggio 8421+6 sui flip-flop D

3.6 Progettazione del dispositivo di visualizzazione

3.6.1 Sintesi del convertitore di codice

3.6.2 Sintesi di un registro parallelo con ricezione dati monofase

3.7 Progettazione di un convertitore parallelo-seriale

3.8 Progettazione della centrale

3.8.1 Sintesi di un contatore con fattore di conversione pari a 16

3.8.2 Sviluppo di uno schema di reset

3.8.3 Progettazione della linea di ritardo

Conclusione

Bibliografia

introduzione

I circuiti digitali sono un ramo della scienza, della tecnologia e della produzione associato allo sviluppo, alla ricerca, alla progettazione e alla produzione di sistemi elettronici, dove la trasformazione e l'elaborazione delle informazioni avviene secondo la legge di una funzione discreta. Lo sviluppo industriale dei circuiti digitali ha due direzioni: energia (potenza), associata alla conversione di correnti continue e alternate per le esigenze della metallurgia, della trazione elettrica, dell'industria dell'energia elettrica e dell'informazione, che comprende apparecchiature audio e video, telecomunicazioni, misurazioni , controllo e regolamentazione dei processi tecnologici di produzione ricerca scientifica in campo tecnico e umanitario.

Lo scambio di informazioni nei sistemi elettronici viene effettuato utilizzando segnali. I portatori di segnale possono essere diverse quantità fisiche: correnti, tensioni, stati magnetici, onde luminose. Assegnare segnali analogici (continui) e discreti.

I segnali discreti sono più facili da memorizzare ed elaborare e sono meno soggetti a distorsioni. Tali distorsioni sono più facili da identificare e correggere. Pertanto, nella pratica, i segnali discreti vengono utilizzati più spesso rispetto a quelli continui. Esistono due tipi di segnali discreti. Il primo è stato ottenuto durante il tempo di campionamento per livelli oppure durante il tempo dei segnali continui; il secondo - sotto forma di un insieme di combinazioni di codici di caratteri, numeri o parole.

La trasformazione di un insieme informativo continuo di segnali analogici in un insieme discreto è detta campionamento. La seconda presentazione sotto forma di combinazioni di parole in codice è più universale e comune. Viene utilizzato per codificare il linguaggio umano su carta, in matematica, nell'elettronica digitale.

È probabile che nel prossimo futuro l'elettronica digitale assumerà una posizione di monopolio nel mercato dei sistemi e dispositivi elettronici. Oggi i personal computer e i controller digitali hanno praticamente sostituito i computer elettronici analogici. La stessa cosa accade con le apparecchiature di comunicazione radiofonica, radiodiffusione e televisione (televisori, radio, videoregistratori, registrazioni sonore, apparecchiature fotografiche).

In linea di principio, la tecnologia digitale non potrà sostituire completamente la tecnologia analogica, perché i processi fisici dai quali il sistema elettronico riceve informazioni sono di natura analogica; in questo caso sono necessari dispositivi digitale-analogici e analogico-digitali in ingresso e in uscita.

I circuiti digitali sono una branca della scienza, della tecnologia e della produzione associata allo sviluppo, alla ricerca, alla progettazione e alla produzione di sistemi elettronici, dove la trasformazione e l'elaborazione delle informazioni viene effettuata secondo la legge di una funzione discreta. Lo sviluppo industriale dei circuiti digitali ha due direzioni: energia (potenza), associata alla conversione di correnti continue e alternate per le esigenze della metallurgia, della trazione elettrica, dell'industria dell'energia elettrica e dell'informazione, che possiede apparecchiature audio e video, telecomunicazioni, misurazioni , controllo e regolamentazione dei processi tecnologici di produzione scientifica.Ricerca in campo tecnico e umanitario.

Un dispositivo di misurazione digitale è uno strumento di misura in cui il valore misurato quantità fisica viene rappresentato automaticamente come un numero indotto su un dispositivo di lettura digitale o come un insieme di segnali discreti - un codice.

1 . Metodi per misurare gli intervalli di tempo

Esistono i seguenti metodi di misurazione elettronica degli intervalli di tempo in base al metodo di visualizzazione delle informazioni:

Oscilloscopio;

Digitale.

I metodi digitali per misurare gli intervalli di tempo includono:

Metodo di conteggio sequenziale;

Metodo di corrispondenza ritardata;

Metodo Nonio;

Metodi con conversione intermedia.

Considera le caratteristiche di ciascuno dei metodi di misurazione elencati.

Essenza metodo di conteggio sequenziale consiste nel presentare l'intervallo misurato fmeas come una sequenza di un certo numero di impulsi che si susseguono con un certo intervallo di tempo fo. Dal numero di impulsi di questa sequenza, chiamata quantizzazione, si giudica la durata dell'intervallo. Il numero di impulsi della sequenza di quantizzazione è un codice digitale dell'intervallo di tempo f mis. La Figura 1.1 mostra il diagramma temporale per il metodo di conteggio sequenziale.

Figura 1.1 - Diagramma temporale per il metodo di conteggio sequenziale

a) impulsi della sequenza di quantizzazione;

b) impulsi che determinano l'inizio e la fine dell'intervallo di tempo misurato;

c) impulso di controllo;

d) impulsi all'ingresso del selettore

Un dispositivo che implementa questo metodo è chiamato convertitore di conteggio seriale. Lo schema funzionale del dispositivo è mostrato in Figura 1.2. L'algoritmo del suo lavoro è il seguente. Il selettore temporale riceve impulsi dal generatore di sequenze di quantizzazione. Il selettore del tempo è controllato da un impulso rettangolare, la cui durata è pari all'intervallo misurato f mis. L'impulso di controllo è generato dall'unità di formazione.

Figura 1.2 - Schema funzionale del convertitore di conteggio sequenziale

In presenza di un impulso di controllo, attraverso il selettore passano gli impulsi della sequenza di quantizzazione, che vengono poi registrati dal contatore.

Lo svantaggio del metodo è la mancanza di precisione in molti casi. Per migliorare la precisione è necessario ridurre l'intervallo f circa o tenere in qualche modo conto degli intervalli Df 1 e Df 2 . La riduzione dell'intervallo fo richiede un aumento della velocità degli schemi di ricalcolo, di difficile attuazione. L'intervallo Df 1 può essere ridotto a zero se si sincronizzano gli impulsi della sequenza di quantizzazione con l'impulso iniziale. Per tenere conto dell'intervallo Df 2 esistono vari metodi.

Metodo Nonio. Trovato il metodo Nonius ampia applicazione nella tecnica di misurazione degli intervalli di tempo, sia come mezzo per ridurre l'errore dei convertitori di conteggio sequenziale, sia come metodo indipendente per costruire alcuni dispositivi di misurazione.

La Figura 1.3 mostra uno schema funzionale di un misuratore di intervalli di tempo con un metodo del nonio per ridurre l'errore Df 2 e con sincronizzazione dell'impulso di avvio (Df 1 = 0).

Figura 1.3 - Schema funzionale del nonio misuratore d'intervallo di tempo

Lo schema funziona come segue. Gli impulsi provenienti dal generatore di sequenza di quantizzazione vengono inviati agli ingressi dei circuiti di coincidenza e all'ingresso del divisore di frequenza. Il divisore di frequenza genera impulsi sincroni con la sequenza di quantizzazione e servono ad attivare i dispositivi in esame. Allo stesso tempo, gli impulsi del divisore aprono il circuito di coincidenza, i cui impulsi di uscita vengono registrati da un contatore grossolano.

Il generatore di impulsi del nonio viene attivato da un impulso di arresto. Gli impulsi che genera con un periodo

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

dove n è un numero intero, arrivano all'altro ingresso del circuito di coincidenza e vengono contemporaneamente registrati dal contatore di conteggio esatto.

Dopo un certo periodo di tempo, dipendente dalla durata della sezione f 0 -Df 2 , gli impulsi delle sequenze di quantizzazione e di nonio coincideranno. L'impulso del circuito di coincidenza blocca il generatore di impulsi del nonio. È ovvio che il numero di impulsi registrati dal contatore è proporzionale alla durata della sezione f 0 -Df 2 .

L'intervallo misurato fmeas può essere espresso come

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

dove N è la lettura del contatore grossolano;

N n - indicazioni del contatore di conteggio esatto;

Df n - passo del nonio pari a f 0 /n.

Pertanto, il metodo del nonio consente di ridurre l'errore di misura assoluto al valore f 0 /n. In questo caso, il valore di n può raggiungere valori piuttosto grandi (diverse decine e persino centinaia), il che determina l'ampia distribuzione del metodo.

L'utilizzo del metodo del nonio per grandi valori di n impone una serie di requisiti ai nodi del circuito, i più significativi dei quali sono:

stabilità ad alta frequenza della sequenza del nonio;

elevata stabilità dei parametri degli impulsi di entrambe le sequenze;

circuiti di coincidenza ad alta risoluzione.

Uno svantaggio significativo del metodo del nonio è l'inconveniente di leggere i risultati delle misurazioni da più tabelloni con calcoli successivi.

A metodi con conversione intermedia includere il metodo di conversione dell'ampiezza del tempo e il metodo di conversione della scala temporale.

Metodo di conversione tempo-ampiezza viene utilizzato per tenere conto della sezione Df 2 nel convertitore di conteggio sequenziale. La Figura 1.4 mostra lo schema funzionale del dispositivo di misurazione.

L'algoritmo di funzionamento del dispositivo è il seguente. Gli impulsi della sequenza di quantizzazione provenienti dal generatore vengono alimentati ai primi ingressi dei circuiti di coincidenza 1 e 2, che sono controllati da un trigger attraverso i secondi ingressi.

Quando arriva l'impulso di avvio, il flip-flop si ribalta, aprendo il circuito di coincidenza 2 e chiudendo il circuito di coincidenza 1. Il circuito di temporizzazione grossolana, costituito dal circuito di coincidenza 2 e da un contatore, inizia a funzionare.

Figura 1.4 - Schema funzionale del misuratore di intervallo di tempo secondo il metodo di conversione tempo-ampiezza

L'impulso di arresto riporta il grilletto nella sua posizione originale, il circuito di coincidenza 2 si chiude e il circuito di coincidenza 1 si apre. L'impulso di arresto entra contemporaneamente nel convertitore tempo-ampiezza e lo avvia. Il primo impulso dall'uscita del circuito di coincidenza 1 arresta il convertitore. In questo caso, all'uscita del convertitore appare un impulso, la cui ampiezza è proporzionale alla durata dell'intervallo tra due impulsi: l'arresto e il primo impulso dall'uscita del circuito di coincidenza 1, cioè proporzionale al sezione Df 2. Come convertitore tempo-ampiezza, viene spesso utilizzato un generatore lineare. tensione a dente di sega, controllato da due impulsi: avvio e arresto.

Successivamente, l'impulso dall'uscita del convertitore viene inviato all'ingresso dell'analizzatore di ampiezza a canale n. Nel caso più semplice l'analizzatore di ampiezza può essere realizzato sotto forma di n discriminatori integrali collegati in parallelo con soglie di discriminazione equidistanti tra loro. A seconda dell'ampiezza dell'impulso all'uscita del convertitore, l'uscita dell'analizzatore sarà un segnale di un tipo o dell'altro (il tipo di segnale dipende dal tipo di analizzatore utilizzato), portando informazioni circa la durata dell'intervallo Df 2 . Questo segnale viene inviato all'unità di decodifica e visualizzazione.

Metodo di conversione della scala temporale consiste nel fatto che la durata dell'intervallo misurato f meas viene convertita in un impulso di durata kf meas, che viene misurato utilizzando un convertitore di conteggio seriale. In genere, la conversione della scala temporale viene eseguita in due passaggi. Il primo consiste nella trasformazione di tipo tempo-ampiezza, il secondo nella trasformazione di tipo ampiezza-tempo. La Figura 1.5 mostra uno schema funzionale generale del dispositivo di misurazione. Gli impulsi di avvio e di arresto, l'intervallo fmeas tra i quali deve essere misurato, vengono inviati al convertitore della scala temporale. L'impulso all'uscita del convertitore, avente una durata kf meas, controlla il circuito di coincidenza che, durante l'azione di questo impulso, trasmette impulsi di quantizzazione dal generatore al contatore. Pertanto, il generatore, il circuito di coincidenza e il contatore sono un convertitore di conteggio sequenziale, con l'aiuto del quale viene misurata l'intervallo kf.

Figura 1.5 - Schema funzionale del misuratore di intervallo di tempo secondo il metodo di conversione della scala temporale

Per l'intervallo misurato, possiamo scrivere

f misura =Nf 0 /k,

dove N è il numero di impulsi registrati dal contatore.

Pertanto, il metodo in esame consente di misurare piccoli intervalli di tempo senza ricorrere a circuiti di scalatura ad alta velocità.

L'errore del metodo di conversione della scala temporale è determinato principalmente dal valore e dalla costanza del fattore di conversione k.

2 . Sviluppo degli schemi strutturali e funzionali del dispositivo

rilevatore di misurazione del tempo di intervallo

Lo schema a blocchi del dispositivo progettato comprende i seguenti elementi:

Formatore di impulsi (FI): genera un segnale di controllo che consente di avviare il conteggio quando arriva il fronte ascendente dell'impulso misurato. Arresta il conteggio quando arriva il fronte di discesa dell'impulso misurato.

Generatore di orologio (TG): genera impulsi ad alta frequenza necessari per misurare l'intervallo di tempo, nonché impulsi necessari per garantire il funzionamento del convertitore di codice che trasmette informazioni al canale di comunicazione.

Circuito di conteggio dell'orologio (SPI): conta il numero di impulsi che rientrano nell'intervallo di tempo misurato.

Unità di controllo (CU) - è necessaria per coordinare nel tempo il funzionamento di tutti i nodi del dispositivo.

Blocco display (BO) - necessario per visualizzare il risultato della misurazione.

Convertitore di codice parallelo-seriale (PPC): converte il codice per la sua trasmissione al canale di comunicazione.

La Figura 2.1 mostra schema strutturale dispositivo di misurazione digitale, compresi gli elementi sopra descritti.

Figura 2.1 - Schema strutturale del dispositivo progettato

Lo schema a blocchi del dispositivo è costituito da un blocco FI, che genera segnali all'arrivo del fronte di salita dell'impulso misurato e all'arrivo del fronte di discesa. Il segnale generato all'arrivo del fronte di salita permette il passaggio degli impulsi di clock dal TG allo SPI, il quale, quando arrivano gli impulsi di clock dal TG, esegue un conteggio. Quando arriva un fronte di discesa, gli impulsi dal TG smettono di arrivare allo SPI e il conteggio si ferma. La combinazione binaria all'uscita dello SPI, in base al segnale di abilitazione della BU, entra negli ingressi della BO e del PPC. Inoltre, il risultato della misurazione viene visualizzato nel BO e nel circuito PPC la combinazione binaria viene convertita da un codice parallelo a uno seriale, per l'ulteriore passaggio al canale di comunicazione.

Costruiamo uno schema funzionale del dispositivo di misurazione.

Modellatore di impulsi: genera segnali che determinano l'inizio e la fine dell'intervallo di tempo misurato. Comprende i rilevatori della parte anteriore (forma un segnale che determina l'inizio dell'impulso) e della parte posteriore (segnale della fine dell'impulso).

Dai rilevatori anteriori, gli impulsi cadono sul grilletto, con l'aiuto del quale viene assegnato l'intervallo di tempo richiesto.

Il congiuntore permette di abilitare o disabilitare il passaggio degli impulsi di clock generati dal generatore.

Contatore necessario per il conteggio degli impulsi. Per ridurre il numero di elementi nella costruzione di un misuratore di intervalli di tempo, utilizzeremo un contatore BCD come contatore per il conteggio dei segnali di clock, che funziona secondo il codice di scambio con il dispositivo di elaborazione.

Tale contatore conterrà contatori BCD a una cifra inclusi in sequenza. Il numero di cifre binarie del contatore è determinato dalla formula:

Registro di memorizzazione: memorizza le informazioni provenienti dal contatore di impulsi e consente inoltre di evitare lo sfarfallio durante la visualizzazione del risultato del conteggio sull'indicatore. Ciò è dovuto al fatto che la lettura delle informazioni dal registro viene effettuata solo alla fine del conteggio da parte del contatore.

Un convertitore di codice che converte le informazioni provenienti da un registro di memorizzazione in un formato conveniente per il funzionamento dell'indicatore decimale. Per condizione, dal contatore esce un codice come 8421+6.

Indicatore decimale digitale. Determiniamo la capacità del dispositivo indicatore con la formula:

Dove D massimo- il valore massimo del valore misurato, GG- Accuratezza di misurazione.

Generatore: genera impulsi rettangolari di una determinata frequenza, necessari per contare gli impulsi e trasmettere dati. Il lavoro utilizza un generatore di frequenza e due divisori di frequenza di 3 e 50, alle cui uscite le frequenze di clock sono rispettivamente pari a Hz e Hz.

Convertitore di codice parallelo in seriale. Per implementare il convertitore di codice nell'opera, viene utilizzato un registro con ingresso parallelo e uscita seriale di informazioni.

La capacità di un registro con ingresso parallelo e uscita seriale di informazioni è determinata in base al fatto che sono necessari 4 bit per visualizzare ciascuna cifra decimale:

Lo schema di controllo garantisce il coordinamento nel tempo di funzionamento di tutte le unità del dispositivo. Controlla il trasferimento delle informazioni dal registro di memorizzazione all'indicatore e al canale di comunicazione.

La Figura 2.3 mostra uno schema funzionale del dispositivo di conteggio degli impulsi progettato, che funziona secondo il seguente principio: nell'istante iniziale, il segnale viene applicato all'ingresso del DFT, che genera un impulso che arriva all'ingresso S di il trigger T, impostando la sua uscita Q su un unico stato, fornendo così un segnale continuo all'elemento logico AND, al secondo ingresso del quale viene fornito un segnale dal divisore di frequenza f/3. Quando l'uscita Q del trigger T è un segnale di alto livello, gli impulsi di clock dal generatore vengono inviati al contatore. Se il fronte di discesa dell'impulso arriva all'ingresso, il DPF genera un segnale che entra nell'ingresso R del trigger T e lo ripristina, mentre l'uscita Q è impostata su un livello di segnale basso e appare uno "0" logico su l'ingresso dell'elemento AND, che non salta il passaggio degli impulsi dal generatore: il contatore smetterà di contare.

All'arrivo di un impulso sul fronte di uscita del segnale, viene acceso il circuito CU, che genera un segnale sul permesso di scrivere nel registro di memorizzazione e nel registro a scorrimento per inviare i dati da essi agli indicatori e al canale di comunicazione , rispettivamente. Successivamente, la CU trasferisce gli elementi del dispositivo allo stato iniziale (ovvero si ripristina) per continuare a misurare la durata di altri impulsi.

La Figura 2.2 mostra uno schema a blocchi dell'algoritmo di funzionamento del dispositivo.

Figura 2.2 - Schema a blocchi dell'algoritmo di funzionamento del dispositivo

Il dispositivo per la misurazione degli intervalli di tempo funziona secondo il seguente algoritmo.

Quando il fronte ascendente del segnale arriva all'ingresso del dispositivo, si accende il generatore, che attraverso il divisore F/3 genera impulsi con una frequenza f 1 = 10000 Hz e fornisce un segnale di clock per accendere il contatore, che conta il numero di impulsi prima che arrivi il fronte di discesa del segnale. Se il contatore va in overflow, viene acceso un altro contatore e quello precedente fornisce il risultato del conteggio, che viene scritto nel registro di archiviazione per la visualizzazione sull'indicatore e nel registro seriale parallelo per la trasmissione a seguito della comunicazione canale. Se si verifica un overflow sul primo contatore, viene attivato il secondo contatore, se si verifica un overflow su di esso, viene attivato il terzo contatore, se si verifica un overflow sul terzo contatore, si accende un indicatore di errore. Quando il segnale smette di arrivare all'ingresso, gli impulsi di clock del generatore non vengono inviati al contatore e al circuito di controllo: il contatore mantiene il suo valore fino all'arrivo del segnale successivo.

Figura 2.3 - Schema funzionale del dispositivo

3 . Sviluppo di uno schema elettrico del dispositivo

3.1 Scelta dell'elemento base

Per costruire un dispositivo per misurare l'intervallo di tempo, è necessario selezionare una serie di microcircuiti su cui verranno implementati tutti i blocchi del dispositivo.

La scelta va fatta tra le principali tipologie di logiche: TTL, ESL, MOS. In termini di immunità al rumore, i microcircuiti della serie TTL sono i più adatti. I microcircuiti ESL hanno un'immunità al rumore insufficiente, mentre i microcircuiti MOS hanno un'immunità al rumore eccessiva e il loro utilizzo è giustificato in dispositivi i cui blocchi sono soggetti a interferenze significative. Il misuratore dell'intervallo di tempo non è un dispositivo del genere. Inoltre, il dispositivo progettato è progettato per misurare la durata degli impulsi positivi, e i microcircuiti ESL sono microcircuiti a logica negativa e per la loro applicazione è necessario utilizzare un convertitore di livello, che complica in qualche modo la progettazione del dispositivo.

Come risultato del confronto delle serie principali di microcircuiti logici TTL, è stata selezionata la serie KR1533, che ha i seguenti parametri principali riportati nella Tabella 3.1.

Tabella 3.1 - Parametri principali dei microcircuiti della serie KR1533

Parametro	Senso






Rpot, mW

Dalla Tabella 3.1, possiamo concludere che i microcircuiti della serie KR1533 hanno velocità, immunità al rumore, fattore di ramificazione e consumo energetico sufficientemente bassi per il dispositivo progettato. Inoltre, la composizione funzionale dei microcircuiti di questa serie è piuttosto ampia, il che è importante anche nelle applicazioni pratiche.

L'uso di microcircuiti di altre serie TTL insieme alla serie di microcircuiti selezionata è possibile anche senza l'uso di convertitori di livello del segnale.

3.2 Progettazione di schemi di bordi di fessura

Per controllare i momenti di inizio e fine degli impulsi di conteggio dal generatore di orologio, è necessario un dispositivo che generi, rispettivamente, gli impulsi di inizio e fine di conteggio. Quando si misurano gli intervalli di tempo degli impulsi, tali dispositivi sono rilevatori di bordi. In conformità con l'incarico per il lavoro del corso, è necessario progettare un dispositivo per misurare la durata degli impulsi. Tenendo presente questo, per generare un impulso di inizio conteggio è necessario utilizzare un rilevatore del fronte di salita, mentre per generare un impulso di fine conteggio è necessario utilizzare un rilevatore del fronte di discesa.

Esistono molti schemi per i rilevatori dei bordi anteriore e posteriore. Tutti hanno i loro vantaggi e svantaggi. In questo dispositivo è consigliabile applicare il circuito rilevatore su elementi logici. Questo schema è il più semplice a causa della mancanza di elementi leganti il chip. Schema tipico il rilevatore del fronte di salita è mostrato nella Figura 3.1

Figura 3.1 – Rilevatore del bordo iniziale

Il principio di funzionamento del circuito è spiegato dal diagramma temporale nella Figura 3.2.

Figura 3.2 - Diagramma temporale del rilevatore del fronte di salita

Come si può vedere dal diagramma temporale, l'impulso all'uscita del circuito appare nel momento in cui appare il fronte ascendente dell'impulso di ingresso e dura per un certo tempo. La durata dell'impulso di uscita è determinata dal tempo di ritardo degli elementi logici inclusi nel rilevatore. La durata dell'impulso in uscita deve essere sufficiente per un chiaro funzionamento del trigger che controlla l'inizio e la fine del conteggio degli impulsi del generatore. Per un funzionamento sicuro del grilletto è necessario che sia soddisfatta la condizione 3.1.

Come flip-flop RS, utilizziamo il microcircuito KR1533TR2, il cui tempo di risposta non supera i 26 ns. La durata dell'impulso di uscita del rilevatore del fronte ascendente sarà:

dove n è il numero di elementi logici inclusi nel rilevatore;

t ZDR - elemento logico di commutazione ritardata.

L'ampiezza minima dell'impulso richiesta per questo trigger è:

Per costruire un rilevatore di fronte di salita, utilizziamo il chip KR1533LA3 contenente 4 elementi logici 2-NAND con un tempo di ritardo medio di 8 ns. In questo caso la durata dell'impulso è:

Per aumentare la durata dell'impulso di uscita del rilevatore del fronte ascendente al valore richiesto, è necessario utilizzare quattro inverter collegati in serie realizzati sul microcircuito KR1533LA3. Il circuito del rilevatore del fronte d'attacco in questo caso assumerà la forma mostrata nella Figura 3.3.

Figura 3.3 - Schema del rilevatore del bordo anteriore

Un tipico circuito di rilevamento del bordo d'uscita ha la forma mostrata nella Figura 3.4.

Figura 3.4 – Rilevatore del bordo d'uscita

Un diagramma temporale che spiega il principio di funzionamento del rilevatore del bordo d'uscita è mostrato nella Figura 3.5.

Figura 3.5 - diagramma temporale del rilevatore del bordo d'uscita

Per costruire un rilevatore del bordo d'uscita, utilizziamo il chip KR1533LE1 contenente 4 elementi logici 2-OR-NOT con un tempo di ritardo medio di 11 ns. In questo caso la durata dell'impulso è:

La durata risultante dell'impulso di uscita è inferiore al minimo richiesto (3.3). Per ottenere una durata dell'impulso di uscita non inferiore al minimo, è necessario includere 4 elementi logici del microcircuito KR1533LE1 nel circuito del rilevatore del bordo d'uscita. Il circuito del rilevatore del bordo d'uscita in questo caso avrà la forma mostrata in Figura 3.6, e la durata dell'impulso in uscita sarà pari a:

Figura 3.6 - Schema del rilevatore del bordo d'uscita

3.3 Progettazione del generatore

Per sincronizzare il funzionamento del circuito del dispositivo, per ricevere impulsi per misurare l'intervallo di tempo, impulsi che impostano la velocità di trasferimento dei dati nel canale di comunicazione, è necessario disporre di un generatore in grado di generare impulsi di clock con una determinata frequenza di ripetizione e durata dell'impulso . Inoltre, la durata degli impulsi del generatore deve essere sufficiente ad attivare tutti i dispositivi da esso alimentati.

La frequenza del generatore viene selezionata dalla condizione:

dove LCM è il minimo comune multiplo.

Secondo l'incarico del corso, la precisione di misurazione di DD è di 0,1 ms e la velocità di trasferimento dei dati nella corsia V del canale di comunicazione è di 600 bps. In conformità con ciò, la frequenza del generatore di clock è uguale a:

Per garantire una determinata precisione di misurazione e velocità di trasmissione, sono necessarie frequenze di clock diverse. L'uso di due generatori di clock può risolvere questo problema, tuttavia entrambi i generatori devono funzionare in modo sincrono, il che può causare difficoltà. Pertanto, in pratica, vengono utilizzati un generatore e divisori di frequenza per ottenere le frequenze di clock necessarie. Il dispositivo in fase di sviluppo utilizza due frequenze di clock, quindi vengono utilizzati due divisori di frequenza con rapporti di divisione diversi. I coefficienti di divisione possono essere calcolati utilizzando le seguenti formule:

I rapporti di divisione dei divisori di frequenza calcolati con le formule 3.9 sono:

Considerando che la frequenza del generatore è 30 kHz, il periodo di generazione è:

Con un duty cycle pari a 2, la durata dell'impulso dovrebbe essere uguale alla durata della pausa:

Il circuito del generatore di clock è mostrato in Figura 3.7.

Figura 3.7 - Schema del generatore di clock

Gli stadi buffer nel generatore migliorano la forma della tensione di uscita e riducono l'effetto del carico sulla frequenza di generazione.

Le formule per calcolare la durata dell'impulso e della pausa sono le seguenti:

Per ottenere una determinata frequenza, la resistenza del resistore e la capacità del condensatore devono essere rispettivamente pari a:

3.4 Progettodivisori di frequenza

La necessità di divisori di frequenza è stata giustificata nella sezione precedente. Si consiglia di costruire divisori di frequenza su un contatore seriale su D-flip-flop con un determinato fattore di conversione secondo il metodo di decodifica dello stato.

Per costruire un contatore con un dato fattore di conversione, viene costruito un contatore normale su D-flip-flop, quindi vengono introdotti collegamenti che vietano stati non necessari. Da notare che sia il primo che l'ultimo stato superfluo possono essere disabilitati.

Per costruire un contatore con n stati stabili, sono necessarie le D-infradito. Per costruire un contatore con un fattore di conversione pari a 3, è necessario un trigger. Selezioniamo il chip KR1533TM2 contenente 2 D-flip-flop con ingressi di configurazione. Gli stati proibiti saranno dietro a partire da 3. Il circuito divisore di frequenza è mostrato in Figura 3.8, il diagramma temporale che spiega il principio del suo funzionamento è in Figura 3.9.

Figura 3.8 - Schema del divisore di frequenza per 3

Figura 3.9 - Diagramma temporale del divisore di frequenza per 3

Per costruire un divisore di frequenza per 50, sono necessari i D-flip-flop. Scegliamo 3 microcircuiti KR1533TM2 contenenti 2 flip-flop D con ingressi di installazione. Gli stati proibiti del contatore seguiranno a partire da 50. Il codice binario del numero 50 è 110010. Il circuito divisore di frequenza per 50 è mostrato in Figura 3.10.

Figura 3.10 - Schema del divisore di frequenza per 50

3.5 Sintesi di un contatore BCD sottrattivoConordine di conteggio 8421+6 SUD- trigger

Secondo il compito del corso, il contatore binario-decimale deve essere sintetizzato su D-flip-flop e deve avere l'ordine di conteggio specificato in base all'opzione. L'attività indica l'ordine di conteggio 8421+6, in conformità con questo ordine di conteggio, il codice binario delle cifre decimali è riportato nella tabella 3.2.

Tabella 3.2 - Codice decimale binario

Cifra decimale	Codice decimale binario

Per sintetizzare un contatore sottrattivo è necessario innanzitutto fornire una tabella del funzionamento del D-flip-flop (Tabella 3.3).

Tabella 3.3 - Tabella funzionamento sincrono D-flip-flop

La tabella 3.3 mostra che lo stato dell'ingresso D del flip-flop viene riscritto sulla sua uscita Q solo se c'è un livello alto sull'ingresso C. Data la tabella del flip-flop D, è possibile compilare una tabella del funzionamento del contatore sottrattivo (Tabella 3.4).

Tabella 3.4 - Tabella di funzionamento del contatore sottrattivo

Il passo successivo nella sintesi di un contatore sottrattivo è minimizzare le funzioni risultanti D 1 , D 2 , D 3 e D 4 . È conveniente ridurre al minimo queste funzioni utilizzando le mappe di Karnaugh. Per costruire un circuito in base Schaeffer è necessario minimizzare le funzioni per unità. Il processo di minimizzazione è mostrato nelle tabelle 3.5 - 3.8.

Tabella 3.5 - Minimizzazione della funzione D 1 utilizzando la mappa di Karnaugh

Tabella 3.6 - Minimizzazione della funzione D 2 utilizzando la mappa di Karnaugh

Tabella 3.7 - Minimizzazione della funzione D 3 utilizzando la mappa di Karnaugh

Il risultato della minimizzazione delle funzioni D 1 , D 2 , D 3 , D 4 deve essere trasformato per costruire un circuito in base di Schaeffer. I risultati della minimizzazione e della trasformazione delle funzioni sono forniti nelle formule 3.16 - 3.19 e nella funzione di prestito Z - 3.20.

Per costruire un circuito, avrai bisogno di 4 D-flip-flop, elementi 2-AND-NOT e 3-AND-NOT. Applichiamo i microcircuiti KR1533TM2, KR1533LA3 e KR1533LA4. Il circuito del contatore BCD sintetizzato con l'ordine di conteggio 8421+6 è mostrato nella Figura 3.11. Un diagramma temporale che spiega il principio del suo funzionamento è mostrato nella Figura 3.12.

Tabella 3.8 - Minimizzazione della funzione D 4 utilizzando la mappa di Karnaugh

Figura 3.11 - Schema di un contatore decimale binario

Figura 3.12 – Diagramma temporale BCD

3.6 Progettazione del dispositivo di visualizzazione

Il dispositivo di visualizzazione include un convertitore di codice, un registro e indicatori. Per abbinare il registro all'indicatore è necessario utilizzare elementi con portata maggiorata. Come tali elementi, è conveniente utilizzare il microcircuito KR1533LN8, che contiene 6 elementi logici NOT con maggiore capacità di carico. La corrente massima per tali elementi è 24 mA. Come indicatore, utilizziamo l'indicatore ALS324B di bagliore rosso. I suoi parametri principali sono riportati nella Tabella 3.9.

Tabella 3.9 - Parametri indicatore ALS324B

È necessario utilizzare resistori di limitazione per limitare la corrente massima attraverso l'indicatore. È possibile calcolare la resistenza dei resistori limitatori utilizzando la formula 3.21.

dove U i.p. - tensione di alimentazione del microcircuito;

U pr - caduta di tensione diretta sul segmento dell'indicatore;

I pr - corrente continua attraverso il segmento indicatore.

Scelta la corrente continua attraverso l'indicatore pari a 20 mA, e assumendo la tensione zero logico pari a 0,5 V, otteniamo:

3.6 .1 Sintesi del convertitore di codice

Secondo l'attività del corso, il risultato della misurazione dovrebbe essere visualizzato utilizzando indicatori a sette segmenti. Il convertitore di codice è progettato per controllare un indicatore a sette segmenti convertendo un codice binario-decimale in un codice che consente di visualizzare correttamente il risultato della misurazione utilizzando un indicatore a sette segmenti.

Esistono diversi modi per creare un convertitore di codice. Le seguenti sottosezioni ne discuteranno alcuni.

Sintesi di un convertitore di codice basato su equazioni booleane

Questo metodo di sintesi del convertitore di codici si basa sul fatto che a ciascuna delle combinazioni di codici consentite viene assegnata una combinazione di codici a sette cifre, con l'aiuto della quale la cifra decimale corrispondente viene visualizzata sull'indicatore. Successivamente, la minimizzazione delle funzioni a - g definite in modo incompleto viene eseguita utilizzando le mappe di Karnaugh per gli uno e gli zeri, quindi i circuiti convertitori di codice vengono costruiti rispettivamente nella base di Schaeffer e Pierce.

La tabella 3.10 contiene una tabella di funzionamento del convertitore di codice.

Tabella 3.10 - Tabella funzionamento convertitore di codici

Cifra decimale

La minimizzazione delle funzioni a - g utilizzando le mappe di Carnot è presentata nelle tabelle 3.11 - 3.17, e i risultati della minimizzazione sono nelle formule 3.23 - 3.36.

Tabella 3.11 - Minimizzazione della funzione a utilizzando la mappa di Karnaugh

Tabella 3.12 - Minimizzazione della funzione b utilizzando la mappa di Karnaugh

Tabella 3.13 - Minimizzazione di una funzione utilizzando una mappa di Karnaugh

Tabella 3.14 - Minimizzazione della funzione d utilizzando la mappa di Karnaugh

Tabella 3.15 - Minimizzazione della funzione e utilizzando una mappa di Karnot

Tabella 3.16 - Minimizzazione della funzione f utilizzando una mappa di Karnaugh

Tabella 3.17 - Minimizzazione della funzione g utilizzando la mappa di Karnaugh

Lo schema del convertitore di codice in base Schaeffer è mostrato nella Figura 3.13. Durante la costruzione del circuito sono stati utilizzati i microcircuiti KR1533LA1, KR1533LA2, KR1533LA3, KR1533LA4.

Lo schema del convertitore di codice in base Pierce è mostrato nella Figura 3.14. Durante la costruzione del circuito sono stati utilizzati i microcircuiti KR1533LE1, KR1533LE4, KR531LE7.

Figura 3.13 - Schema del convertitore di codice in base Schaeffer

Figura 3.14 - Schema del convertitore di codice in base Schaeffer

Sintesi di un convertitore di codice basato sul sistema decodificatore-codificatore

La sintesi del convertitore di codice con questo metodo consiste nell'uso di un decodificatore e un codificatore completi. Il numero di uscite del decoder completo in questo caso è 2 4 =16, e il numero di ingressi dell'encoder è 2 7 =128. Il compito è determinare l'ingresso dell'encoder, al quale è necessario collegare l'uscita corrispondente del decoder per ottenere alla sua uscita la combinazione desiderata. Il numero di ingressi dell'encoder viene calcolato tenendo conto dei pesi dei bit del codice a sette bit richiesto. In pratica, questo metodo non è pratico da utilizzare a causa degli elevati costi dell'hardware. La Tabella 3.18 mostra i numeri di ingresso dell'encoder corrispondenti ai numeri di uscita del decodificatore. Lo schema del dispositivo sviluppato è mostrato in Figura 3.15.

Tabella 3.18 - Tabella funzionamento convertitore di codici

Decimale

codificatore

Figura 3.15 - Schema del convertitore di codice basato sul sistema decoder-codificatore

Sintesi di un convertitore di codice basato su programmabile matrice logica

La matrice logica programmabile ha P input, K elementi E, i cui risultati si formano K pneumatici verticali, M Elementi OR le cui uscite sono collegate a sommatori modulo 2 che fungono da inverter controllati. I risultati di questi M gli inverter sono le uscite del PLA stesso. Ogni elemento di AND ha 2 P ingressi tramite i quali è collegato a tutti i bus dei segnali di ingresso e alle loro inversioni. Nelle linee di comunicazione sono presenti ponticelli speciali. Questi ponticelli sono realizzati in un materiale specifico (ad esempio nicromo, silicio cristallino) o in una forma distretto speciale transizioni in modo che possano essere selettivamente distrutte ("bruciate"), lasciando solo le connessioni necessarie al consumatore del PLM. In numerosi tipi di PLA, il consumatore stesso può bruciare i ponticelli applicando impulsi di corrente o tensione di una certa ampiezza e durata ai terminali corrispondenti dell'alloggiamento.

Gli elementi OR nel PLA, così come gli elementi AND, hanno ponticelli bruciabili sugli ingressi, con l'aiuto dei quali sono collegati a tutti i bus verticali. Dopo aver masterizzato sul programmatore ponticelli non necessari, anche gli elementi OR hanno solo quei collegamenti con i verticali necessari per il consumatore. L'implementazione tecnica degli elementi OR è tale che dopo la bruciatura dei ponticelli, sugli ingressi OR "non collegati" vengono forniti livelli zero logici.

Allo stesso modo si programma l'assenza o l'inversione delle uscite OR, rispettivamente bruciando o lasciando i ponticelli sugli ingressi superiori degli elementi M2.

I metodi di esecuzione tecnologica degli elementi AND, OR, M2 e dei ponticelli distruttibili possono essere diversi. Dal punto di vista della progettazione logica è fondamentale che il progettista del circuito che utilizza il PLA possa, a sua discrezione:

Si applica a qualsiasi elemento E qualsiasi combinazione di input PLA o loro inversioni;

Collegare a qualsiasi elemento O qualsiasi combinazione di sbarre verticali (uscite AND);

Invertire le uscite di qualsiasi OR.

Tali possibilità rendono molto semplice l'implementazione di convertitori di codice o, che è lo stesso, sistemi di funzioni logiche sul PLA.

Costruiamo un convertitore di codice basato sul PLA (figura 3.16).

Figura 3.16 - Schema del convertitore di codice sul PLA

3. 6.2 Sintesi di registri parallelicon ricezione dati monofase

Affinché le informazioni visualizzate sugli indicatori vengano visualizzate per un tempo arbitrariamente lungo e anche per escludere la visualizzazione del processo di conteggio degli impulsi da parte del contatore (sfarfallio), è necessario utilizzare un dispositivo che consenta di memorizzare le informazioni ricevuto dal contatore BCD. Tale dispositivo è un registro parallelo. Il numero delle sue cifre è determinato dal numero di cifre delle informazioni emesse dal contatore e il numero di registri richiesti è determinato dal numero di elementi di visualizzazione richiesti.

La scrittura nel registro deve essere effettuata dopo la fine del conteggio degli impulsi da parte del contatore binario-decimale. Prima della scrittura il registro deve essere impostato al valore iniziale (zero).

Per costruire un registro, è conveniente utilizzare i D-flip-flop. Il chip KR1533TM2 è adatto a questo scopo. lo schema del registro sintetizzato è mostrato in Figura 3.17.

Figura 3.17 - Schema di un registro parallelo

3. 7 Design parallelo-serialeconvertitore

Questo nodo del dispositivo sviluppato viene utilizzato per trasferire i dati al canale di comunicazione. La scrittura nel registro viene eseguita in parallelo e i dati vengono emessi in sequenza. Per escludere la scrittura nel registro prima della fine del conteggio degli impulsi, viene utilizzato uno schema che vieta la scrittura finché non appare un impulso all'uscita del rilevatore del fronte d'uscita.

È opportuno costruire il registro sulla base dei D-flip-flop. Il loro numero è determinato dalla quantità di informazioni che devono essere trasferite al canale di comunicazione. Nel dispositivo in fase di sviluppo dovranno essere trasferiti al canale di comunicazione 16 bit di informazione (4 bit da ciascuno dei 4 contatori). Da ciò ne consegue che il numero di trigger richiesti è 16. Lo schema del registro sviluppato è mostrato in Figura 3.18.

Il principio di funzionamento del dispositivo è il seguente. Prima dell'inizio della registrazione, tutti i trigger vengono ripristinati. Quando viene ricevuto un impulso di abilitazione, i trigger vengono impostati sullo stato corrispondente al bit di informazione trasmesso. Successivamente, le informazioni vengono spostate nel canale di comunicazione e, al completamento del trasferimento dei dati, tutti i trigger del registro vengono impostati sullo stato zero.

Figura 3.18 - Schema del registro a scorrimento

3. 8 Progettazione del dispositivogestione

L'unità di controllo è progettata per coordinare nel tempo il funzionamento dei nodi di un dispositivo digitale. I compiti principali della centralina sono:

Gestione della registrazione delle informazioni nei registri di archiviazione e nei registri a scorrimento e l'emissione dei dati da essi agli indicatori e al canale di comunicazione;

Gestione del trasferimento dei dati al canale di comunicazione;

Trasferimento del dispositivo al suo stato iniziale per l'eventuale prosecuzione della misurazione;

Emissione di un segnale di errore quando la durata dell'impulso misurato supera il campo di misurazione.

Per risolvere questi problemi utilizzeremo:

Contatore sommatore sequenziale con un fattore di conversione pari a 16 (16 corrisponde alla quantità di informazioni trasmesse al canale di comunicazione).

COME chiave elettronica, che fornisce il ripristino dei contatori e l'indicazione di un segnale di errore quando si verifica un errore, utilizziamo un trigger D e elementi OR.

Usiamo la linea di ritardo per coordinare la commutazione degli elementi logici nel tempo;

Ripristina il dispositivo per ripristinare contatori e trigger.

3. 8 .1 Sintesi di un contatore con fattore di conversione pari a 16

Insieme al registro a scorrimento nel dispositivo di trasmissione dati, è necessario utilizzare un contatore. Con il suo aiuto, viene determinato il momento in cui tutti i dati verranno trasferiti al canale di comunicazione. Ciò è necessario per impostare a zero tutti i trigger del registro e impedire la trasmissione di dati errati al canale di comunicazione. Si consiglia di costruire un contatore sulle infradito D. Per ottenere un fattore di conversione pari a 16, è necessario applicare 4 trigger. Usiamo i microcircuiti KR1533TM2. Lo schema del contatore sommatore sintetizzato è mostrato nella Figura 3.19 e il diagramma temporale è mostrato nella Figura 3.20.

Figura 3.19 - Schema di un contatore totalizzatore con fattore di conversione pari a 16

Figura 3.20 - Diagramma temporale del contatore con un fattore di conversione pari a 16

3. 8 .2 Sviluppo di uno schema di ripristino

Il circuito di ripristino è progettato per ripristinare tutti i trigger che fanno parte del dispositivo in fase di sviluppo all'accensione, nonché dopo il completamento del processo di misurazione e l'invio dei dati al canale di comunicazione. Per costruire un circuito di ripristino, è conveniente utilizzare un one-shot riavviabile. Genera un singolo impulso di una determinata durata quando determinati segnali arrivano ai suoi ingressi. Usiamo il microcircuito KR1533AG3 come un unico vibratore. Il singolo vibratore su questo chip ha tre ingressi: due di avvio ST1, ST2 e un ingresso di reset R. Il singolo vibratore può essere avviato in diversi modi. In questo caso, la soluzione più adatta è l'attivazione del fronte di salita sull'ingresso ST2 con un livello basso su ST1 e un livello alto sull'ingresso R. Lo schema del dispositivo di ripristino è mostrato nella Figura 3.21.

La durata dell'impulso generato deve essere sufficiente per ripristinare in modo affidabile tutti i registri. Scegliamo la durata pari a 10 µs. La durata dell'impulso generato dal singolo vibratore è determinata dalla formula 3.37

Scegliamo la capacità del condensatore pari a 1000 pF. Quindi la resistenza del resistore con una durata dell'impulso di 10 μs sarà di 22000 ohm.

Figura 3.21 - Schema di ripristino

Figura 3.22 - Diagramma temporale del circuito di ripristino

3. 8 .3 Sviluppo della linea di ritardo

La linea di ritardo è progettata per ritardare i segnali di scrittura ai registri di memorizzazione e al registro a scorrimento. Il segnale di scrittura è un impulso del rilevatore del fronte di discesa. Il ritardo deve essere cronometrato

Costruiremo la linea di ritardo sul chip KR1533LA3 (elementi NAND). Quando si costruisce la linea di ritardo, è inoltre necessario tenere conto che il rilevatore del fronte d'uscita genera un impulso di basso livello e l'impulso che consente la scrittura sui registri deve avere alto livello. Il tempo di ritardo di un elemento è di 10 ns e il tempo di trigger è di 22 ns. Per ritardare l'impulso di scrittura sui registri di memorizzazione, utilizziamo 5 elementi. Il tempo di ritardo sarà quindi:

Per ritardare il segnale di scrittura nel registro a scorrimento rispetto al segnale di scrittura nei registri di memorizzazione, sono applicabili 6 elementi. Il tempo di ritardo sarà quindi:

Lo schema a blocchi di controllo è mostrato nella Figura 3.23. Il diagramma temporale del misuratore dell'intervallo di tempo è mostrato nella Figura 3.24.

Figura 3.23 - Schema della centralina

Figura 3.24 - Diagramma temporale del misuratore dell'intervallo di tempo

Conclusione

Nel corso del corso è stato sviluppato un diagramma schematico di un dispositivo per la misurazione della durata dell'impulso, che garantisce la misurazione di intervalli di tempo con una durata non superiore a 1000 ms con una precisione di 0,1 ms e una velocità di trasferimento dati di 600.

Per garantire tali parametri sono state progettate le principali unità funzionali:

Modellatore di impulsi;

generatore di orologi;

Circuito conteggio impulsi;

Blocco di controllo;

blocco di visualizzazione;

Convertitore di codice parallelo in seriale.

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Esistono due metodi principali per misurare il periodo e gli intervalli di tempo:

oscillografico;

conteggio elettronico.

La misurazione degli intervalli di tempo utilizzando un oscilloscopio viene eseguita sull'oscillogramma della tensione esaminata utilizzando una scansione lineare. A causa di errori significativi nel conteggio dell'inizio e della fine dell'intervallo, nonché a causa della non linearità dello sweep, l'errore totale nella misurazione degli intervalli di tempo è di pochi punti percentuali. Un errore molto più piccolo è inerente ai misuratori specializzati di intervalli di tempo con una scansione a spirale.

Attualmente, i metodi di conteggio elettronici per misurare il periodo e l'intervallo di tempo sono i più comuni. I principali sono:

metodo digitale per misurare intervalli di tempo;

metodo di interpolazione;

metodo del nonio.

Metodo digitale per la misurazione di intervalli di tempo

Il principio di misurazione del periodo di un segnale armonico mediante il metodo digitale utilizzando un frequenzimetro digitale è illustrato in fig. 17.1, che riporta lo schema a blocchi del dispositivo nella modalità di misura del periodo delle oscillazioni armoniche ed i diagrammi temporali corrispondenti al suo funzionamento.

Misurazione dell'intervallo di tempo T X Il metodo digitale si basa sul riempirlo con impulsi seguiti da un periodo esemplare T O e contando il numero M X questi impulsi.

Tutti gli elementi del dispositivo e la loro azione sono stati analizzati in questioni relative alla misurazione della frequenza. La composizione strutturale del generatore di frequenza di riferimento durante la misurazione del periodo è discussa di seguito.

Riso. 3.6 Metodo digitale per la misurazione degli intervalli di tempo: a - diagramma a blocchi; b - grafici temporali

Segnale armonico, punto T X che vuoi misurare, dopo aver superato il dispositivo di input VU (tu 1 - segnale di uscita VU) e modellatore di impulsi F2 convertito in una sequenza di brevi impulsi tu 2 Con lo stesso periodo. Nel dispositivo per la formazione e il controllo delle UFU, da esse si forma un impulso stroboscopico E H forma rettangolare e durata T X, arrivando ad uno degli ingressi del selettore temporale Sole. Brevi impulsi vengono applicati al secondo ingresso di questo selettore. tu 4 con un periodo di follow-up esemplare T O , creato da shaper F1 dalle oscillazioni del generatore di frequenza di riferimento GOC.

Selettore del tempo sole salta al bancone MF M X conteggio degli impulsi tu 4 per un periodo T X, pari alla durata dell'impulso stroboscopico E H. Periodo misurato T X, come segue dalla Fig. 17.1, B,

T X = M X T O + Δ T D , (3.6)

Dove Δ T D = Δ T A – Δ T N- errore di discretizzazione totale; Δ T N E Δ T A- errori di discretizzazione di inizio e fine periodo T X .

Senza tenere conto nella formula (17.1) dell'errore Δ T D il numero di impulsi ricevuti dal contatore M X = T X /T O e il periodo misurato è proporzionale a M X

T X = M X T O . (3.7)

Codice di uscita del contatore MF, rilasciato a un dispositivo di lettura digitale UC, corrisponde al numero di impulsi di conteggio da lui contati M X, e la testimonianza COU- periodo T X, a partire dal periodo di ripetizione degli impulsi di conteggio E 5 viene scelto dal rapporto T O = 1 - N, Dove P - numero intero. Quindi, ad esempio, quando P = 6 COU visualizza un numero M X , corrispondente al periodo T X, espresso in µs.

Errore di misurazione del periodo T X, come nella misurazione della frequenza, ha componenti sistematiche e casuali.

Componente sistematica dipende dalla stabilità δ mq. frequenza di riferimento GOCH(il suo oscillatore a cristallo), e casuale determinato principalmente dall’errore di discretizzazione Δ T D discusso sopra. Il valore massimo di questo errore viene convenientemente preso in considerazione attraverso la variazione equivalente del numero di impulsi di conteggio M X di ±1.

In cui errore massimo assoluto di discretizzazione può essere determinato dalla differenza di due valori di periodo T X ottenuto dalla formula (17.2) per M X± 1 e M X e uguale a Δ T X = ± T O .

Pertinente errore relativo massimo

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

Dove F O = 1/T O- il valore della frequenza esemplare del generatore GOC.

L'errore di misurazione è influenzato anche dal rumore nei canali di formazione dell'impulso stroboscopico E 3 e conteggio degli impulsi E 4 (Fig. 17.1, UN), introducendo una modulazione temporale nella loro posizione secondo una legge casuale. Tuttavia, nei dispositivi reali con un elevato rapporto segnale-rumore, l'errore di misura dovuto all'effetto del rumore è trascurabile rispetto all'errore di discretizzazione.

L'errore relativo totale della misurazione del periodo è determinato in percentuale dalla formula

(3.8)

Dall'espressione (17.3) segue che è dovuto all'errore di discretizzazione errore di misurazione del periodoT X aumenta bruscamente man mano che diminuisce.

È possibile migliorare la precisione delle misurazioni aumentando la frequenza F O generatore di frequenza (moltiplicando la frequenza del suo oscillatore a cristallo in Ku volte), cioè aumentando il numero di impulsi di conteggio M X. Allo stesso scopo, dopo il dispositivo di ingresso, nel circuito viene introdotto un divisore di frequenza del segnale studiato con un fattore di divisione A(nella Figura 17.1, UN non mostrato). Questo prende la misurazione A periodi T X e dentro A volte diminuisce l’errore relativo di discretizzazione.

L'errore di discretizzazione può essere ridotto e metodo di misurazione con osservazioni multiple. Tuttavia, ciò aumenta notevolmente il tempo di misurazione. A questo proposito sono stati sviluppati metodi che riducono l'errore di discretizzazione con un aumento del tempo di misura significativamente inferiore. Questi includono: metodo di interpolazione, metodo del nonio.

Contatori di frequenza digitali basati sul metodo di conteggio diretto.

Il metodo digitale (conteggio discreto) per misurare la frequenza è implementato nei frequenzimetri a conteggio elettronico digitale. Questi dispositivi sono facili da usare, hanno un'ampia gamma di frequenze misurate (da diversi hertz a centinaia di megahertz) e consentono di ottenere un risultato di misurazione con elevata precisione (errore di misurazione della frequenza relativa 10-610-9).

I frequenzimetri digitali sono dispositivi multifunzionali, a seconda della modalità di funzionamento, è possibile misurare non solo la frequenza, ma anche gli intervalli di tempo (il periodo di ripetizione dei segnali periodici)

Il principio di misurazione della frequenza di un segnale armonico con il metodo digitale è spiegato in Fig. 8, che mostra uno schema a blocchi di un frequenzimetro digitale nella modalità di misurazione della frequenza e diagrammi temporali per il suo funzionamento.

Il segnale armonico studiato, avente una frequenza fX, viene alimentato al dispositivo di ingresso (ID), amplificandolo o attenuandolo al valore richiesto per il funzionamento del successivo dispositivo frequenzimetro (Fig., 8, a)

Il segnale armonico u1 prelevato dall'uscita della VU (Fig. 8b) viene inviato al primo formatore di impulsi (F1), che lo converte in una sequenza di brevi impulsi unipolari u2, seguiti da un periodo TX = 1/fX e chiamati conteggio.

Inoltre, i fronti ascendenti di questi impulsi coincidono praticamente con gli istanti in cui il segnale u1 passa attraverso il valore zero sull'asse del tempo man mano che aumenta. Shaper F1 è costituito da un amplificatore limitatore e da un comparatore (trigger Schmitt).

Gli impulsi di conteggio u2 arrivano ad uno degli ingressi del selettore temporale (TS), il cui secondo ingresso è fornito dal dispositivo di formazione e controllo (UFU) strobo --- impulso u3 forma rettangolare e durata calibrata TOTX. Viene richiamato l'intervallo di tempo TO contare il tempo (“ cancello temporaneo). Il selettore temporale si apre con un impulso stroboscopico u3 e durante la sua durata trasmette un gruppo (pacchetto) di impulsi u2 all'ingresso del contatore (MF). Di conseguenza, al contatore arriva un pacchetto di impulsi NX u4, come risulta dalla Figura 8b

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

dove ΔtH e ΔtK - errori di discretizzazione l'inizio e la fine dell'intervallo TO, causato dalla posizione casuale dell'impulso strobe rispetto agli impulsi del contatore u2; Δtd = ΔtH - ΔtK - errore totale di discretizzazione.

Trascurando l'errore Δtd nella (2.4), otteniamo che il numero di impulsi nel pacchetto NX = To/TX = To fX e, quindi, la frequenza misurata è proporzionale al numero di impulsi di conteggio che arrivano al contatore:

fX=NX/A. (2.5)

Per formare un impulso stroboscopico, il dispositivo UFU riceve brevi impulsi con un periodo To (non mostrato in figura per semplicità) da un circuito che include un generatore di frequenza di riferimento (RFG) e un secondo formatore di impulsi (F2), simile al formatore F1. Il GOC comprende un oscillatore al quarzo della frequenza di riferimento fKV e un divisore di frequenza di dieci giorni con un fattore di divisione del CD (ogni decade riduce la frequenza fKV di dieci volte). Il periodo degli impulsi all'uscita dello shaper F2 e la durata degli impulsi stroboscopici sono uguali al periodo del segnale all'uscita del divisore di frequenza, cioè A = KD/fKV; quindi l'espressione (2.5) può essere rappresentata come

fX = NX fKV/KD (2,6)

Il rapporto fKV/KD può essere modificato in modo discreto variando il KD, ad es. modificando il numero di decenni del divisore D (generatore GOC).

Il contatore conta gli impulsi NX e invia il codice (binario) corrispondente a un dispositivo di lettura digitale (DCO). Il rapporto fKV/KD viene scelto pari a 10n Hz, dove n è un numero intero. In questo caso, il DOC visualizza il numero NX corrispondente alla frequenza misurata fX nelle unità selezionate. Se ad esempio si seleziona n = 6 cambiando CD, allora il numero NX visualizzato sul DOC corrisponde alla frequenza fX espressa in MHz.

La modalità di funzionamento ciclico del frequenzimetro è impostata dall'UFU, mentre prima dell'inizio di ogni misurazione, l'UFU azzera il contatore.

L'errore di misurazione della frequenza fX ha sistematico e casuale costituenti

Sistematico la componente è causata principalmente dall'instabilità della temperatura della frequenza dell'oscillatore al quarzo fKV. Viene ridotto termostatando il quarzo o utilizzando elementi con termocompressione in un oscillatore al quarzo.

Casuale componente è determinato errore di discretizzazione ΔtD = ΔtH - ΔtK.

Poiché non esiste una sincronizzazione reciproca dell'impulso stroboscopico (“time gate”-To) e degli impulsi di conteggio, gli errori ΔtH e ΔtK , che determinano in Fig. 8b la posizione dell'inizio e della fine dell'impulso stroboscopico tra due impulsi di conteggio adiacenti , può assumere nel tempo con gli stessi valori di probabilità da zero a A. Pertanto, gli errori ΔtH e ΔtK sono casuali e distribuiti legge uniforme.

A causa dell'indipendenza di questi errori, l'errore di discretizzazione totale ΔtD viene distribuito legge triangolare con valori limite ± A .

Errore relativo di misurazione della frequenza

(2.7)

dove l'errore relativo nel conteggio degli impulsi dipende dal rapporto tra il tempo di misurazione To (“gate temporale”) e il periodo del segnale in studio TX (vedi Fig. 8b), mentre l'errore assoluto massimo di conteggio degli impulsi ΔNX non supera un impulso ΔNX = ± 1, che determina la cifra meno significativa del conteggio.

Il valore del secondo componente di errore determinato dall'instabilità di frequenza dell'oscillatore a cristallo interno ed è circa 10-7.

Quindi, l'errore di misurazione relativo massimo (in%), tenendo conto della (2.5), è

Come segue dalla (2.8), l'errore relativo nella misurazione della frequenza del segnale in esame, a parità di altre condizioni, dipende dal suo valore. L'errore di misurazione della frequenza relativa è piccolo quando si misurano le alte frequenze e grande quando si misurano le basse frequenze.

Esempio: Se fX = 10 MHz, To = 1c, allora δf = 2 10-5%; se fX = 10 Hz, To = 1c, allora δf = 10%.

Pertanto, quando si misurano le alte frequenze, l'errore è dovuto principalmente all'instabilità dell'oscillatore al quarzo, mentre quando si misurano le basse frequenze è dovuto all'errore di campionamento. Per ridurre l'errore di misura delle basse frequenze è necessario aumentare il tempo di misura To aumentando il fattore di divisione del CD del divisore di frequenza del convertitore di frequenza, oppure utilizzare moltiplicatori che permettono di aumentare le frequenze misurate di 10n volte, oppure passare dalla misurazione della frequenza del segnale in studio alla misurazione del suo periodo TX, quindi calcolare il valore della frequenza misurata dalla formula fX = 1/TX .

Esistono i seguenti metodi di misurazione elettronica degli intervalli di tempo in base al metodo di visualizzazione delle informazioni:

Oscilloscopio;

Digitale.

I metodi digitali per misurare gli intervalli di tempo includono:

Metodo di conteggio sequenziale;

Metodo di corrispondenza ritardata;

Metodo Nonio;

Metodi con conversione intermedia.

Considera le caratteristiche di ciascuno dei metodi di misurazione elencati.

Figura 1.1 - Diagramma temporale per il metodo di conteggio sequenziale

a) impulsi della sequenza di quantizzazione;

b) impulsi che determinano l'inizio e la fine dell'intervallo di tempo misurato;

c) impulso di controllo;

d) impulsi all'ingresso del selettore

Figura 1.2 - Schema funzionale del convertitore di conteggio sequenziale

In presenza di un impulso di controllo, attraverso il selettore passano gli impulsi della sequenza di quantizzazione, che vengono poi registrati dal contatore.

Metodo Nonio. Il metodo del nonio ha trovato ampia applicazione nella tecnica di misurazione degli intervalli di tempo, sia come mezzo per ridurre l'errore dei convertitori di conteggio sequenziale, sia come metodo indipendente per costruire alcuni dispositivi di misurazione.

La Figura 1.3 mostra uno schema funzionale di un misuratore di intervalli di tempo con un metodo del nonio per ridurre l'errore Df 2 e con sincronizzazione dell'impulso di avvio (Df 1 = 0).

Figura 1.3 - Schema funzionale del nonio misuratore d'intervallo di tempo

Il generatore di impulsi del nonio viene attivato da un impulso di arresto. Gli impulsi che genera con un periodo

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

dove n è un numero intero, arrivano all'altro ingresso del circuito di coincidenza e vengono contemporaneamente registrati dal contatore di conteggio esatto.

L'intervallo misurato fmeas può essere espresso come

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

dove N è la lettura del contatore grossolano;

N n - indicazioni del contatore di conteggio esatto;

Df n - passo del nonio pari a f 0 /n.

L'utilizzo del metodo del nonio per grandi valori di n impone una serie di requisiti ai nodi del circuito, i più significativi dei quali sono:

stabilità ad alta frequenza della sequenza del nonio;

elevata stabilità dei parametri degli impulsi di entrambe le sequenze;

circuiti di coincidenza ad alta risoluzione.

Uno svantaggio significativo del metodo del nonio è l'inconveniente di leggere i risultati delle misurazioni da più tabelloni con calcoli successivi.

A metodi con conversione intermedia includere il metodo di conversione dell'ampiezza del tempo e il metodo di conversione della scala temporale.

Figura 1.4 - Schema funzionale del misuratore di intervallo di tempo secondo il metodo di conversione tempo-ampiezza

L'impulso di arresto riporta il grilletto nella sua posizione originale, il circuito di coincidenza 2 si chiude e il circuito di coincidenza 1 si apre. L'impulso di arresto entra contemporaneamente nel convertitore tempo-ampiezza e lo avvia. Il primo impulso dall'uscita del circuito di coincidenza 1 arresta il convertitore. In questo caso, all'uscita del convertitore appare un impulso, la cui ampiezza è proporzionale alla durata dell'intervallo tra due impulsi: l'arresto e il primo impulso dall'uscita del circuito di coincidenza 1, cioè proporzionale al sezione Df 2. Come convertitore tempo-ampiezza, viene spesso utilizzato un generatore di tensione lineare a dente di sega, controllato da due impulsi: avvio e arresto.

Successivamente, l'impulso dall'uscita del convertitore viene inviato all'ingresso dell'analizzatore di ampiezza a canale n. Nel caso più semplice l'analizzatore di ampiezza può essere realizzato sotto forma di n discriminatori integrali collegati in parallelo con soglie di discriminazione equidistanti tra loro. A seconda dell'ampiezza dell'impulso all'uscita del convertitore, l'uscita dell'analizzatore riceverà un segnale di un tipo o di un altro (il tipo di segnale dipende dal tipo di analizzatore utilizzato), che trasporta informazioni sulla durata dell'impulso intervallo Df 2 . Questo segnale viene inviato all'unità di decodifica e visualizzazione.

Figura 1.5 - Schema funzionale del misuratore di intervallo di tempo secondo il metodo di conversione della scala temporale

Per l'intervallo misurato, possiamo scrivere

f misura =Nf 0 /k,

dove N è il numero di impulsi registrati dal contatore.

Pertanto, il metodo in esame consente di misurare piccoli intervalli di tempo senza ricorrere a circuiti di scalatura ad alta velocità.

L'errore del metodo di conversione della scala temporale è determinato principalmente dal valore e dalla costanza del fattore di conversione k.

Esistono due metodi principali per misurare il periodo e gli intervalli di tempo: il conteggio oscillografico ed elettronico.

La misurazione degli intervalli di tempo utilizzando un oscilloscopio viene eseguita sull'oscillogramma della tensione esaminata utilizzando una scansione lineare. A causa di errori significativi nel conteggio dell'inizio e della fine dell'intervallo, nonché a causa della non linearità dello sweep, l'errore totale nella misurazione degli intervalli di tempo è di pochi punti percentuali. Un errore molto più piccolo è inerente ai metri specializzati di intervalli di tempo con una scansione a spirale.

Attualmente, i metodi di conteggio elettronici più comuni per misurare il periodo e l'intervallo di tempo. Quando si misurano intervalli di tempo molto piccoli, i metodi di conversione sono convenienti. Sulla base di questi metodi sono stati creati moltiplicatori di intervalli, dispositivi che consentono di espandere l'intervallo misurato di un determinato numero di volte. I moltiplicatori vengono spesso utilizzati insieme ai dispositivi di conteggio elettronici.

10.1 Contatore elettronico dell'intervallo di tempo di conteggio

Lo schema a blocchi del misuratore dell'intervallo di tempo è mostrato in fig. 6.1, . Le tensioni esaminate U x 1 e U x 2 vengono alimentate attraverso due canali ai dispositivi di formazione. Quando queste tensioni raggiungono i livelli di riferimento U 01 e (U 02 , all'uscita dei dispositivi di formazione compaiono brevi impulsi U H e U K, corrispondenti all'inizio e alla fine dell'intervallo di tempo misurato Tx. Questi impulsi agiscono sul trigger, l'uscita il cui impulso sblocca il selettore del tempo Tx.

Durante la durata dell'impulso, il contatore registra gli impulsi di conteggio con periodo noto T 0 provenienti dal generatore.

Il loro numero N è proporzionale all'intervallo di tempo misurato e viene letto dal dispositivo di lettura,

Il circuito del misuratore di periodo differisce da quello considerato in quanto gli impulsi dell'inizio e della fine dell'intervallo pari al periodo di ripetizione della tensione in esame si formano in un canale e il circuito di seconda generazione è assente.

Il periodo degli impulsi di conteggio T 0 viene scelto come multiplo di 10 - k , s, dove k è un numero intero.

La componente sistematica dell'instabilità degli impulsi di conteggio può essere ridotta regolando periodicamente la frequenza del generatore.

L'errore di discretizzazione, per ridurlo, è necessario aumentare la frequenza del generatore, il cui valore massimo è limitato dalla velocità del contatore utilizzato. Attualmente i migliori contatori prodotti in serie funzionano fino a frequenze di centinaia di megahertz. L'errore di discretizzazione può essere leggermente ridotto utilizzando un generatore di impulsi di conteggio eccitato da shock e attivato da un impulso UH.

Se il dispositivo è progettato per misurare il tempo di ritardo nel dispositivo in esame, l'impulso di avvio dell'intervallo può essere sincronizzato con gli impulsi di conteggio. Il misuratore dell'intervallo di tempo include un divisore di frequenza attivato dal conteggio degli impulsi. L'impulso proveniente dall'uscita del divisore avvia il dispositivo in esame. A causa dell'instabilità del ritardo temporale nel divisore non è possibile eliminare completamente l'errore di avvio.

La precisione delle misurazioni può essere notevolmente migliorata applicando i metodi speciali discussi di seguito.

Se l'intervallo misurato viene ripetuto, l'errore di discretizzazione può essere ridotto aumentando l'intervallo misurato di un numero intero di volte o effettuando misurazioni multiple.

10.2 Misurazione della frequenza

La misurazione della frequenza è uno dei compiti più importanti risolti nella radioingegneria. La frequenza può essere misurata con una precisione molto elevata, pertanto si sono diffusi metodi per misurare vari parametri con la loro conversione preliminare in frequenza e misurazione di quest'ultima.

Esistono i seguenti principali metodi di misurazione della frequenza; conteggio elettronico, carica e scarica del condensatore, confronto della frequenza misurata con quella dell'esemplare, nonché con l'ausilio di circuiti passivi selettivi.

Il metodo di conteggio elettronico consiste nel contare il numero di periodi di una frequenza sconosciuta durante un intervallo di tempo esemplare mediante un contatore elettronico, la cui velocità limita la gamma di frequenze misurate a 100 ... 500 MHz. Le grandi frequenze devono essere convertite, abbassandole ai limiti specificati. I frequenzimetri digitali consentono di ottenere un errore di misurazione della frequenza relativa dell'ordine di 10 -11 V o meno. gamma fino a centinaia di gigahertz.

Il metodo di carica e scarica di un condensatore consiste nel misurare il valore medio della corrente di carica o scarica del condensatore, che è proporzionale alla frequenza dell'oscillazione misurata. Il metodo è adatto per misurare frequenze fino a centinaia di kilohertz con un errore di circa l'1%.

La misurazione della frequenza mediante confronto con il riferimento può essere effettuata in un'ampia gamma di frequenze, comprese le microonde. L'errore di misurazione dipende principalmente dall'errore nella determinazione della frequenza di riferimento e può arrivare fino a 10 -13 .

La misurazione della frequenza mediante circuiti passivi selettivi: circuiti risonanti e risonatori, si riduce alla messa a punto del circuito in risonanza, il valore della frequenza misurata viene letto dalla scala dell'elemento di sintonizzazione. L'errore di misurazione è fino a 10 -4.

Pertanto, i risultati più accurati sono dati dai metodi di conteggio e confronto elettronico, dovuti alla presenza di standard di frequenza quantistica, i cui campioni migliori sono caratterizzati da instabilità di frequenza fino a 10 -13 . Ad esempio, gli standard di frequenza dell'idrogeno prodotti dall'industria consentono di ottenere frequenze esemplari con un'instabilità di 5 ... 10 -13 al giorno.

Effettuare misurazioni accurate richiede conoscenza non solo valore nominale frequenza esemplare, ma anche alcuni altri parametri che ne caratterizzano l'instabilità.

10.3 Metodo di conteggio elettronico per la misurazione della frequenza

Il metodo di conteggio elettronico si basa sul conteggio del numero di impulsi con una frequenza di ripetizione fx sconosciuta su un intervallo di tempo noto e stabile. Uno schema a blocchi semplificato del frequenzimetro (Fig. 8.2, a) è simile al circuito del misuratore di intervallo di tempo.

La frequenza dell'oscillatore al quarzo viene scelta pari a n*10 k Hz, dove k è un numero intero e il valore del fattore di divisione n è un multiplo di dieci. Pertanto, il numero di impulsi registrati dal contatore N corrisponde al valore della frequenza misurata nelle unità selezionate. Il valore f 0 viene letto dal dispositivo di lettura del dispositivo.

Misura della frequenza caricando e scaricando un condensatore

Questo metodo costituisce la base per il funzionamento del frequenzimetro, il cui circuito è mostrato in. riso. 8.4, a. La tensione U g con una frequenza f x viene fornita all'amplificatore limitatore (Fig. 8.4, b). La sua tensione di uscita U 2, che è sotto forma di impulsi rettangolari, agisce su un circuito costituito da un condensatore C e diodi D1 e D2. Lascia che nel momento iniziale la tensione sul condensatore Uc = U2- La costante di tempo di carica viene scelta in modo che sia molto inferiore alla metà del periodo della tensione di ingresso. Il valore medio della corrente di carica del condensatore che passa attraverso il diodo D1 e il dispositivo magnetoelettrico,

è proporzionale alla frequenza fx, quindi la scala del dispositivo magnetoelettrico è calibrata in termini di frequenza misurata.

I contatori di frequenza del tipo considerato funzionano nell'intervallo da decine di hertz a unità di megahertz. Questo campo di frequenza è coperto da più sottocampi con diversi limiti di misura. Il passaggio da limite a limite si ottiene modificando la capacità, che viene scelta in modo tale che alle frequenze limite dei sottocampi la corrente media dell'apparecchio sia sufficiente a deviare il freccia a fondo scala.

Misura della frequenza per confronto con riferimento

In questo metodo, la frequenza misurata fx viene confrontata con la frequenza nota f 0 dell'oscillatore di frequenza di riferimento. Riorganizzando quest'ultimo si ottiene l'uguaglianza

dove Δσp1 è l'errore di confronto della frequenza.

L'errore di confronto della frequenza dipende dal metodo di indicazione dell'uguaglianza della frequenza. In alcuni dispositivi, per indicare l'uguaglianza vengono utilizzati un mixer e le cuffie (Fig. 8.5, a). Sotto l'azione delle oscillazioni delle frequenze di riferimento e misurate, nel mixer si verificano oscillazioni di frequenze combinate della forma mfx ±. nf 0 , dove m e n sono numeri interi. Se il segnale di differenza di frequenza rientra nella larghezza di banda delle cuffie, l'operatore sente un tono di questa frequenza. Modificando f 0, dovresti ottenere il tono più basso, che per vari tipi le cuffie sono decine di hertz.

Poiché durante le misurazioni la frequenza non è nota, il metodo è ambiguo e prima delle misurazioni è necessario conoscere il valore approssimativo di f x . Il metodo considerato per misurare le frequenze è talvolta chiamato metodo dei battiti zero.

Le misurazioni vengono effettuate utilizzando il metodo della forcella. L'errore di confronto in questo caso è 10...30 Hz.

10.4 Misura di frequenza con circuiti passivi selettivi

La misurazione in questo modo si riduce alla sintonizzazione del circuito selettivo sulla frequenza del segnale. La frequenza viene contata dalla posizione dell'elemento di sintonizzazione. Tali circuiti possono essere circuiti a ponte e circuiti oscillatori. Attualmente, frequenzimetri a ponte, la cui portata è limitata basse frequenze, sono stati completamente sostituiti da altri tipi di dispositivi. Uso pratico hanno trovato solo frequenzimetri che utilizzano un circuito risonante, chiamati misuratori d'onda risonanti. Questi semplici strumenti coprono la gamma di frequenze da centinaia di kilohertz a centinaia di gigahertz. Uno schema semplificato di un misuratore d'onda risonante con un circuito è mostrato in fig. 8.8. Una tensione di frequenza sconosciuta fx viene fornita attraverso la bobina di accoppiamento Lcv ad un circuito costituito da bobine esemplificative L e condensatore variabile C Il circuito viene sintonizzato modificando la capacità.Lo stato di risonanza è determinato da un dispositivo magnetoelettrico dalla tensione massima da parte della bobina. Il valore della frequenza misurata viene letto dalla scala del condensatore.

L'errore di misurazione della frequenza con l'aiuto di misuratori di onde risonanti è determinato dai seguenti fattori principali: errore di calibrazione, instabilità della frequenza di risonanza del sistema oscillatorio, influenza della comunicazione con il generatore e l'indicatore e imprecisione nella fissazione della risonanza. L'errore di calibrazione può essere elevato se si verificano malfunzionamenti nel meccanismo di sintonizzazione, che ha una struttura piuttosto complessa. Questo errore aumenta a causa dell'usura delle parti del meccanismo, della comparsa di distorsioni e giochi.

A causa della connessione con l'indicatore e la sorgente della frequenza misurata, nel risonatore vengono introdotte resistenze attive e reattive. Un aumento delle perdite attive riduce il fattore di qualità e la variabilità delle reattanze introdotte porta ad uno spostamento della risonanza. La riduzione degli errori dovuti all'influenza dell'indicatore e della sorgente del segnale si ottiene riducendo la connessione. Ma in questo caso, la tensione fornita al rilevatore diminuisce e gli amplificatori devono essere introdotti nel circuito dopo il rilevatore.