Цифровой периодомер мгновенных значений

Цифровой периодомер мгновенных значений (ЦПМЗ) предназначен для реализации измерения за один период входного сигнала. Один из вариантов реализации структурной схемы ЦПМЗ приведен на рис. 3.6.

 

Рис. 3.6. Структурная схема ЦПМЗ

Работа структуры осуществляется следующим образом. Входной формирователь ВФ преобразует входной сигнал с частотой f_X в последовательность прямоугольных импульсов с такой же частотой.

При отсутствии сигнала "запрет" формирователь периода ФП по переднему фронту импульса с выхода ВФ устанавливает на своем выходе логическую "1", которая разрешает прохождение импульсов частоты f₀ с выхода ГОЧ через селектор С на счетчик импульсов СИ.

По следующему переднему фронту на входе ФП его выход устанавливается в "0", и импульсы с ГОЧ через С не проходят.

На выходе СИ фиксируется код N_X, пропорциональный числу импульсов частоты f₀, прошедших на счетчик за время Т_Х, равное периоду входного сигнала.

По заднему фронту импульса с выхода ФП блок управления БУ выдает на ФП сигнал "запрет", во время действия которого ФП не реагирует на входные сигналы. Кроме того, БУ выдает на регистр Рг сигнал "запись", по которому код N_X записывается в регистр и выводится на цифровое отсчетное устройство ЦОУ. Затем БУ выдает на СИ сигнал "сброс", и схема переходит в режим индикации показаний. Как только БУ снимет сигнал "запрет", по первому же переднему фронту с выхода ВФ повторится описанный выше процесс измерения.

Порядок расчета структуры

1. По заданному значению d_S = d_КВ + d_ГОЧ определяем абсолютную погрешность квантования:

.

2. Задаемся погрешностью квантования D¢_КВ=10ⁿ < D_КВ. Здесь n – любое целое (положительное или отрицательное) число или нуль.

3. Уточняем значение относительной погрешности квантования:

.

4. Определяем емкость СИ:

.

5. Определяем число двоично-десятичных счетчиков, входящих в состав СИ:

n_CТ = ENT[lg(N₀)].

6. Определяем f₀ по формуле

.

7. Задаем погрешность ГОЧ

d_ГОЧ = d_S - d_КВ.

8. Исходя из значения d_ГОЧ предъявляем требования к элементной базе ГОЧ.

Вариант реализации функциональной схемы ЦПМЗ представлен на рис. 3.7.

В данной схеме формирователь импульсов выполнен на базе компаратора DA1, включенного по схеме триггера Шмита. В качестве ФП используется D-триггер DD2.1, БУ выполнен на базе D-триггера DD2.2, а селектор С - на элементе DD1.2. Кроме того, в схеме используются вспомогательные элементы, которые требуются при начальном сбросе схемы: DD1.1 – для сброса ФП; DD1.3 – для блокировки записи в регистр данных с выхода СТ во время сброса триггера DD2.1 и самого СТ.

Такая организация позволяет вывести на ЦОУ в начале работы нули.

Во время начального сброса в течение времени t₁ = R1×C1 на R-вход триггера DD2.1 с выхода элемента DD1.1 поступает сигнал низкого уровня. Уровень "0" – с выхода цепи сброса R1, C1 поступает на S-вход триггера DD2.2, устанавливая его в "1" и тем самым сбрасывая СТ. Через элемент DD1.3 уровень "0" поступает на тактовый вход регистра RG. По окончании t₁ на инверсном выходе DD2.1 и на нижнем по схеме входе DD1.3 будет присутствовать "1". На выходе DD1.3 тоже установится "1". Во время перехода DD1.3 из "0" в "1" произойдет запись кода с выхода СТ в регистр RG. Поскольку СТ к этому времени уже сброшен, в RG запишутся нули, которые отобразятся на ЦОУ.

Рис. 3.7. Функциональная схема ЦПМЗ

 

Работа схемы осуществляется следующим образом. При подаче на вход схемы сигнала f_X, на выходе триггера Шмита DA1 формируются прямоугольные импульсы. И если на R-входе триггера DD2.1 высокий уровень, первый же передний фронт импульса с выхода DA1 установит на прямом выходе DD2.1 логическую единицу. В результате импульсы с частотой f₀₁ или f₀₂ (зависит от положения ключа SA1) через селектор DD1.2 пойдут на счетчик СТ.

Следующий передний фронт импульса с выхода DA1 установит на прямом выходе DD2.1 логический нуль, а на инверсном – "1". Данная "1" через DD1.3 произведет запись кода N_X с выхода счетчика CT в регистр. При установке "1" на инверсном выходе DD2.1 тактируется триггер DD2.2. В результате на его прямом выходе установится "1", которая сбросит СТ. На инверсном выходе DD2.2 будет "0" в течение времени t₂ = R4×C2. Этот "0" будет удерживать DD2.1 в сброшенном состоянии на время t₂. Время t₂ определяет время индикации прибора.

По окончании времени t₂ на инверсном выходе триггера DD2.2 установится "1", и триггеру DD2.1 будет разрешена работа, после чего повторится описанный выше процесс преобразования периода T_X в код N_X.