Politechnika
Białostocka
Wydział Elektryczny
Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii
Instrukcja do zaj
ę
ć
laboratoryjnych z przedmiotu
METROLOGIA 2
Kod przedmiotu:
F03022
Ć
wiczenie pt.
CYFROWY POMIAR CZ
Ę
STOTLIWO
Ś
CI
Numer
ć
wiczenia
23
Autor
Dr in
Ŝ
. Ryszard Piotrowski
Białystok 2006
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
2
1. Wprowadzenie
z
ę
sto
ś
ciomierz jest przyrz
ą
dem do pomiaru cz
ę
stotliwo
ś
ci sygnału
okresowego. Przypomnijmy, cz
ę
stotliwo
ś ć
f sygnału (napi
ę
cia lub pr
ą
du)
okresowego jest jednoznacznie zwi
ą
zana z jego okresem T,
f
T
=
1
[Hz]
Pomiar jednej z tych wielko
ś
ci wyznacza jednocze
ś
nie drug
ą
z nich.
Cz
ę
sto
ś
ciomierze
cyfrowe
mierz
ą
na
ogół
zarówno
cz
ę
stotliwo
ś ć
(cz
ę
sto
ś
ciomierze o działaniu bezpo
ś
rednim) jak i okres (cz
ę
sto
ś
ciomierze
o działaniu po
ś
rednim).
Cz
ę
sto
ś
ciomierz o działaniu bezpo
ś
rednim
Schemat blokowy takiego cz
ę
sto
ś
ciomierza przedstawiony jest na rysunku
1.
Q
B
A
U
A
0,1 Hz
1 Hz
10 Hz
100 Hz
USB
W
L
UF
BE
W
I
G
U
A
U
X
U
B
U
W
T
W
= 0,1s
T
B
T
X
T
X
T
X
Rys. 1. Schemat blokowy cz
ę
sto
ś
ciomierza o działaniu bezpo
ś
rednim
C
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
3
Napi
ę
cie okresowe (tu sinusoidalne) o nieznanej cz
ę
stotliwo
ś
ci
doprowadzone jest do wej
ś
cia układu formuj
ą
cego UF, który przekształca je na
ci
ą
g impulsów szpilkowych U
A
odległych od siebie o czas T
X
, równy okresowi
sygnału wej
ś
ciowego. Napi
ę
cie U
A
dochodzi do wej
ś
cia A bramki
elektronicznej BE typu AND, realizuj
ą
cej iloczyn logiczny. Impulsy
dochodz
ą
ce do wej
ś
cia A s
ą
odtwarzane na wyj
ś
ciu Q bramki tylko wtedy, gdy
na jej wej
ś
ciu B istnieje poziom logiczny wysoki H (ang. H - high) napi
ę
cia,
wynosz
ą
cy dla układów TTL ok. 5 V. Czas trwania poziomu wysokiego
nazywany jest czasem otwarcia bramki T
B
(albo - czasem bramkowania). Jest
on precyzyjnie odmierzany przez wewn
ę
trzny zegar przyrz
ą
du. Na rys.1
przedstawiono go blokowo jako GIW (generator impulsów wzorcowych).
Zespół GIW grupuje w sobie generator kwarcowy, zespół dzielników
cz
ę
stotliwo
ś
ci oraz układ formuj
ą
cy, działaj
ą
cy tak jak układ UF.
Cztery uwidocznione na rys.1 cz
ę
stotliwo
ś
ci, odpowiadaj
ą
czterem czasom
otwarcia bramki T
B
: 10s (0,1Hz), 1s (1Hz), 0,1s (10Hz), 0,01s (100Hz)
Impulsy pochodz
ą
ce z GIW dochodz
ą
do wej
ś
cia układu sterowania
bramk
ą
USB, który jest przerzutnikiem dwustabilnym. Pierwszy z impulsów
docieraj
ą
cy do wej
ś
cia tego układu przeprowadza jego napi
ę
cie wyj
ś
ciowe
z poziomu niskiego do wysokiego, kolejny za
ś
powoduje przej
ś
cie odwrotne.
Impulsy pojawiaj
ą
ce si
ę
na wyj
ś
ciu Q bramki s
ą
zliczane przez licznik
impulsów L, za
ś
wynik zliczania, po odpowiednim przetworzeniu jest
wy
ś
wietlany w postaci cyfrowej na wy
ś
wietlaczu W w jednostkach cz
ę
s-
totliwo
ś
ci (zwykle kHz)
Zauwa
Ŝ
my,
Ŝ
e je
Ŝ
eli czas otwarcia bramki T
B
równy jest 1s, to liczba
zliczonych przez licznik impulsów mo
Ŝ
e by
ć
wy
ś
wietlona bezpo
ś
rednio jako
mierzona cz
ę
stotliwo
ś ć
w Hz. Wynika to oczywi
ś
cie z definicji herca.
Przyjrzymy si
ę
teraz bli
Ŝ
ej zwi
ą
zkom mi
ę
dzy takimi wielko
ś
ciami jak
mierzona cz
ę
stotliwo
ś ć
f
X
, czas otwarcia bramki T
B
, liczba zliczonych impulsów
N. Wyka
Ŝ
emy,
Ŝ
e liczba impulsów N zliczonych w czasie otwarcia bramki T
B
jest w proporcjonalna do mierzonej cz
ę
stotliwo
ś
ci f
X
.
Na rys. 2 pokazano siedem zliczonych przez licznik impulsów (w rzeczy-
wisto
ś
ci jest ich oczywi
ś
cie o wiele wi
ę
cej) oraz napi
ę
cie bramkuj
ą
ce U
B
.
Przyj
ę
to umownie, przypisywa
ć
ka
Ŝ
demu impulsowi, który dotarł do
licznika, poprzedzaj
ą
cy go przedział czasu T
X
(impuls ten ko
ń
czy przedział T
X
).
Liczba impulsów N, stosownie do tej umowy, okre
ś
la czas pomiarowy T
P
,
b
ę
d
ą
cy wielokrotno
ś
ci
ą
przedziału T
X.
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
4
T
N T
P
X
= ⋅
(1)
Przyjmuje si
ę
w uproszczeniu,
Ŝ
e czas otwarcia bramki równy jest czasowi
pomiarowemu, to znaczy,
T
T
N T
N
f
B
P
X
X
≈
= ⋅
=
sk
ą
d oblicza si
ę
poszukiwan
ą
cz
ę
stotliwo
ś ć
,
f
N
T
X
B
≈
(2)
Wzór (2) jest równaniem pomiaru cz
ę
stotliwo
ś
ci dla cz
ę
sto
ś
ciomierza
cyfrowego o działaniu bezpo
ś
rednim. Zagadnienie przybli
Ŝ
onej równo
ś
ci
wyst
ę
puj
ą
cej w tym wzorze rozwini
ę
te zostanie w nast
ę
pnym punkcie
dotycz
ą
cym bł
ę
du kwantowania.
Bł
ą
d kwantowania w czasie
Z rys. 2 wynika,
Ŝ
e czas pomiarowy T
P
nie jest to
Ŝ
samy z czasem otwarcia
bramki T
B
, ten ostatni bowiem nie jest na ogół, ze zrozumiałych wzgl
ę
dów,
całkowit
ą
krotno
ś
ci
ą
okresu T
X
. Na podstawie rys.2. ustali
ć
mo
Ŝ
na zwi
ą
zek
mi
ę
dzy tymi dwoma czasami.
∆
t
1
∆
t
2
T
P
T
X
T
B
Rys.2. Czas pomiarowy T
P
i czas bramkowania T
B
T
T
t
t
B
P
=
−
+
∆
∆
1
2
(3)
Czasy
∆
t
1
,
∆
t
2
przedstawi
ć
mo
Ŝ
na nast
ę
puj
ą
co,
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
5
∆
t
1
= k
1
T
X
∆
t
2
= k
2
T
X
(4)
gdzie:
0
≤
k
1
≤
1
0
≤
k
2
≤
1
Podstawiaj
ą
c zale
Ŝ
no
ś
ci (4) do równania (3), otrzymuje si
ę
,
(
)
T
T
T
k
k
B
P
X
=
+
−
2
1
W szczególnych przypadkach współczynniki k
1
, k
2
mog
ą
przyjmowa
ć
skrajnie
ró
Ŝ
ne warto
ś
ci:
Gdy k
1
= 0, za
ś
k
2
=1,
wtedy
T
B
= T
P
+ T
X
Gdy k
1
= 1, za
ś
k
2
= 0,
wtedy
T
B
= T
P
−
T
X
Wynika st
ą
d,
Ŝ
e w skrajnie niekorzystnych przypadkach czas otwarcia bramki T
B
mo
Ŝ
e ró
Ŝ
ni
ć
si
ę
od czasu pomiarowego T
P
co do warto
ś
ci bezwzgl
ę
dnej najwy
Ŝ
ej
o czas T
X
, co mo
Ŝ
na zapisa
ć
nast
ę
puj
ą
co,
T
T
T
B
P
X
=
±
Moduł ró
Ŝ
nicy czasu otwarcia bramki i czasu pomiarowego nazywa si
ę
bezwzgl
ę
dnym bł
ę
dem kwantowania w czasie i oznacza przez
∆
kw
.
P
B
kw
T
T
−
=
∆
(5)
Jest to jeden z charakterystycznych bł
ę
dów cyfrowej metody pomiaru.
Maksymalna (graniczna) jego warto
ś ć
dla cz
ę
sto
ś
ciomierza o działaniu
bezpo
ś
rednim wynosi, jak to ustalili
ś
my, T
X
.
( )
X
kw
T
=
∆
max
(6)
Wzgl
ę
dny bł
ą
d kwantowania, zgodnie z podstawow
ą
definicj
ą
bł
ę
du
wzgl
ę
dnego jest ilorazem bł
ę
du bezwzgl
ę
dnego i warto
ś
ci rzeczywistej wielko
ś
ci
mierzonej, za któr
ą
tutaj przyjmuje si
ę
wzorcowo odmierzany czas otwarcia
bramki T
B
. Tak wi
ę
c,
%
100
B
n
kw
T
∆
=
δ
(7)
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
6
Maksymalna (graniczna) warto
ś ć
tego bł
ę
du wynosi,
( )
( )
X
B
B
X
B
kw
kw
f
T
T
T
T
%
100
%
100
max
max
=
=
∆
=
δ
(8)
Z zale
Ŝ
no
ś
ci (8) wynika,
Ŝ
e wzgl
ę
dny bł
ą
d kwantowania zale
Ŝ
y od czasu
otwarcia bramki i warto
ś
ci mierzonej cz
ę
stotliwo
ś
ci. Bł
ą
d jest tym mniejszy, im
wi
ę
ksz
ą
warto
ś ć
ma ta ostatnia. Gdy cz
ę
stotliwo
ś ć
jest niewielka, bł
ą
d
kwantowania mo
Ŝ
e przyjmowa
ć
znaczne warto
ś
ci.
Dla zilustrowania wpływu wielko
ś
ci T
B
, f
X
na bł
ą
d kwantowania,
w Tablicach 1, 2 przedstawiono warto
ś
ci tego bł
ę
du dla „du
Ŝ
ej” i „małej”
cz
ę
stotliwo
ś
ci mierzonej.
Tablica 1
Tablica 2
f
X
=10 Hz
f
X
= 10 000 Hz
T
B
(
δ
kw
)
max
T
B
(
δ
kw
)
max
s
%
s
%
0,01
1000
0,01
1
0,1
100
0,1
0,1
1
10
1
0,01
10
1
10
0,001
Z Tablicy 1 wynika,
Ŝ
e przy pomiarze „małej” cz
ę
stotliwo
ś
ci bł
ą
d
kwantowania przyjmuje niedopuszczalnie du
Ŝ
e warto
ś
ci, co dyskwalifikuje
w tym przypadku metod
ę
bezpo
ś
redni
ą
pomiaru. Rozwi
ą
zaniem problemu
w przypadku małych cz
ę
stotliwo
ś
ci mierzonych, jest zamiana ról dwu chara-
kterystycznych sygnałów: mierzonego i wzorcowego, co prowadzi do
metody
po
ś
redniej pomiaru cz
ę
stotliwo
ś
ci, przedstawionej w dalszej cz
ę ś
ci instrukcji.
Zakres pomiarowy cz
ę
sto
ś
ciomierza
Zakresem
pomiarowym
cz
ę
sto
ś
ciomierza
nazywamy
najwi
ę
ksz
ą
cz
ę
stotliwo
ś ć
, jak
ą
mierzy
ć
mo
Ŝ
e ten przyrz
ą
d bez przepełniania licznika
impulsów.
Zakres pomiarowy okre
ś
la równanie pomiaru (2), w którym w miejsce
liczby impulsów podstawia si
ę
pojemno
ś ć
licznika impulsów N
max
,
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
7
f
N
T
B
max
max
≈
(9)
gdzie:
f
max
- zakres pomiarowy cz
ę
sto
ś
ciomierza
N
max
- pojemno
ś ć
licznika impulsów
T
B
- czas otwarcia bramki
Dla przykładu, pojemno
ś ć
licznika impulsów cz
ę
sto
ś
ciomierza PFL-21
wynosi N
max
= 9 999 999.
Cz
ę
sto
ś
ciomierz o czterech czasach otwarcia bramki ma cztery pod-
zakresy pomiarowe, przy czym, jak łatwo zauwa
Ŝ
y
ć
, najwi
ę
ksz
ą
cz
ę
stotliwo
ś ć
mo
Ŝ
na mierzy
ć
przy najkrótszym czasie otwarcia bramki, równym zazwyczaj
0,01 s. Dla cz
ę
sto
ś
ciomierza PFL-21 jest ona równa
f
max
= 999 999 900 Hz
≈
1GHz. Jest to jednak tylko warto
ś ć
teoretyczna. Wła
ś
ciwo
ś
ci układów
półprzewodnikowych sprawiaj
ą
,
Ŝ
e maksymalna cz
ę
stotliwo
ś ć
, jak
ą
mo
Ŝ
e
mierzy
ć
ten przyrz
ą
d wynosi zaledwie 25 MHz.
Cz
ę
sto
ś
ciomierz cyfrowy o działaniu po
ś
rednim
W przyrz
ą
dzie tym nast
ę
puje zamiana ról mi
ę
dzy sygnałem mierzonym
i sygnałem pochodz
ą
cym z generatora wewn
ę
trznego. Ten pierwszy wyko-
rzystywany jest do otwierania bramki, licznik zlicza za
ś
impulsy generowane
przez wewn
ę
trzny generator wzorcowy.
Schemat blokowy cz
ę
sto
ś
ciomierza o działaniu po
ś
rednim przedstawiono
na rys. 3.
Mierzony sygnał okresowy (tutaj sinusoidalny) o nieznanym okresie T
X
po
przej
ś
ciu przez układ wej
ś
ciowy (nie pokazany na schemacie), doprowadzany
jest do układu formuj
ą
cego UF, który przekształca go w ci
ą
g impulsów
szpilkowych odległych od siebie o czas T
X
. Impulsy te dochodz
ą
do wej
ś
cia
układu sterowania bramk
ą
USB, przeprowadzaj
ą
c jego napi
ę
cie wyj
ś
ciowe U
B
kolejno z poziomu niskiego do wysokiego i odwrotnie. Czas trwania wysokiego
poziomu napi
ę
cia U
B
jest czasem otwarcia bramki T
B
. Napi
ę
cie U
B
doprowadzane jest do wej
ś
cia A bramki BE iloczynu logicznego (bramki typy
AND). Wysoki poziom napi
ę
cia na tym wej
ś
ciu bramki pozwala na
„przechodzenie” przez ni
ą
impulsów pochodz
ą
cych z generatora impulsów
wzorcowych GIW.
Ś
ci
ś
le bior
ą
c impulsy na wyj
ś
ciu Q bramki s
ą
poziomami
wysokimi napi
ę
cia w tych chwilach czasu, w których na obydwu wej
ś
ciach A, B
wyst
ę
puj
ą
równocze
ś
nie poziomy wysokie sygnałów. Dzi
ę
ki temu sygnał na
wyj
ś
ciu Q jest odwzorowaniem napi
ę
cia U
W
generowanego przez GIW.
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
8
Cz
ę
stotliwo
ś ć
tego napi
ę
cia w przypadku przyrz
ą
du typu PFL-21 wynosi 10
MHz. Impulsy z wyj
ś
cia Q bramki s
ą
zliczane przez licznik L. Liczba impulsów
po odpowiednim przetworzeniu jest wy
ś
wietlana na wy
ś
wietlaczu cyfrowym w
jednostkach cz
ę
stotliwo
ś
ci, zazwyczaj w kHz.
Q
B
A
T
W
U
W
GIW
USB
W
L
UF
BE
U
f
U
W
U
X
U
B
T
X
T
X
T
B
=T
X
f
W
=10MHz
f
W
=10MHz
Rys. 3. Schemat blokowy cz
ę
sto
ś
ciomierza o działaniu po
ś
rednim
Podobnie jak w poprzednim cz
ę
sto
ś
ciomierzu liczba impulsów zliczo-nych
w czasie otwarcia bramki „tworzy” czas pomiarowy T
P
,
T
N T
P
W
= ⋅
(10)
Czas pomiarowy przyrównuje si
ę
do równego mu w przybli
Ŝ
eniu czasu otwarcia
bramki,
T
T
P
B
≈
Bior
ą
c pod uwag
ę
zwi
ą
zek (10) i zwa
Ŝ
ywszy,
Ŝ
e:
T
T
B
X
=
, mo
Ŝ
emy napisa
ć
,
N T
T
W
X
⋅
≈
,
(11)
sk
ą
d,
f
T
N T
f
N
X
X
W
W
=
≈
⋅
=
1
1
(12)
Zwi
ą
zek (12) jest równaniem pomiaru cz
ę
stotliwo
ś
ci dla cz
ę
sto
ś
ciomierza
o działaniu po
ś
rednim.
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar cz
ę
stotliwo
ś
ci
9
Bł
ą
d kwantowania w czasie
Ten charakterystyczny dla metody cyfrowej bł
ą
d wyst
ę
puje równie
Ŝ
w cz
ę
sto
ś
ciomierzu o działaniu po
ś
rednim. Wynika on z faktu,
Ŝ
e czas pomia-
rowy nie jest dokładnie równy czasowi otwarcia bramki, co ilustruje rys. 4.
∆
t
1
∆
t
2
T
P
T
W
T
B
= T
X
Rys. 4. Czas pomiarowy i czas bramkowania dla cz
ę
sto
ś
ciomierza o działaniu
po
ś
rednim
Analogicznie okre
ś
la si
ę
tu tak
Ŝ
e bezwzgl
ę
dny i wzgl
ę
dny bł
ą
d
kwantowania w czasie.
Moduł ró
Ŝ
nicy czasu otwarcia bramki i czasu pomiarowego nazywa si
ę
bezwzgl
ę
dnym bł
ę
dem kwantowania w czasie i oznacza
∆
kw
.
P
B
kw
T
T
−
=
∆
(13)
Maksymalna (graniczna) jego warto
ś ć
dla cz
ę
sto
ś
ciomierza o działaniu
po
ś
rednim wynosi, jak łatwo ustali
ć
, T
W
.
( )
W
kw
T
=
∆
max
(14)
Wzgl
ę
dny bł
ą
d kwantowania, zgodnie z podstawow
ą
definicj
ą
bł
ę
du
wzgl
ę
dnego jest ilorazem bł
ę
du bezwzgl
ę
dnego i warto
ś
ci rzeczywistej wielko
ś
ci
mierzonej, któr
ą
tutaj jest wzorcowo odmierzany czas pomiarowy T
P
. Tak wi
ę
c,
%
100
P
n
kw
T
∆
=
δ
(15)
Maksymalna (graniczna) warto
ś ć
tego bł
ę
du wynosi,
( )
( )
N
T
N
T
T
T
T
W
W
P
W
P
kw
kw
%
100
%
100
%
100
max
max
=
⋅
=
=
∆
=
δ
(16)
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
10
Uwzgl
ę
dniaj
ą
c w ostatniej zale
Ŝ
no
ś
ci zwi
ą
zek (12), otrzymamy,
( )
%
100
max
W
X
kw
f
f
=
δ
(17)
Wynika z niej,
Ŝ
e bł
ą
d kwantowania jest tym mniejszy, im mniejsza jest
cz
ę
stotliwo
ś ć
mierzona, co potwierdza przydatno
ś ć
cz
ę
sto
ś
ciomierza o działa-niu
po
ś
rednim do pomiaru małych cz
ę
stotliwo
ś
ci. Cz
ę
stotliwo
ś ć
wzorcowa
f
w
powinna by
ć
natomiast jak najwi
ę
ksza. W cz
ę
sto
ś
ciomierza PFL-21 u
Ŝ
ytkownik
mo
Ŝ
e wybiera
ć
t
ę
cz
ę
stotliwo
ś ć
spo
ś
ród o
ś
miu dost
ę
pnych warto
ś
ci, przy czym
zaleca si
ę
oczywi
ś
cie najwi
ę
ksz
ą
z nich, to znaczy 10 MHz.
Cyfrowy pomiar czasu
Zauwa
Ŝ
my,
Ŝ
e cz
ę
sto
ś
ciomierz o działaniu po
ś
rednim słu
Ŝ
y
ć
mo
Ŝ
e do
pomiaru dowolnego odcinka czasu zaznaczonego dwoma impulsami: startu
i stopu, doprowadzonymi do wej
ś
cia układu sterowania bramk
ą
USB (rys.3).
Mierzony przedział czasu
T
X
obliczany jest zgodnie z zale
Ŝ
no
ś
ci
ą
(11). Zakres
pomiarowy czasomierza nie przekracza na ogół 10 sekund. Cz
ę
sto
ś
ciomierz PFL-
21 mo
Ŝ
e pracowa
ć
w obydwu omówionych dotychczas trybach i nosi nazw
ę
„Cz
ę
sto
ś
ciomierza - czasomierza cyfrowego”.
Przebieg ćwiczenia
Studenci wykonuj
ą
wskazane ni
Ŝ
ej Zadania, sporz
ą
dzaj
ą
c na bie
Ŝ ą
co
stosowne notatki.
Zadanie 1
Dokonaj ogl
ę
dzin cz
ę
sto
ś
ciomierza - czasomierza. Zapoznaj si
ę
ze skró-
conym opisem technicznym przyrz
ą
du. Na tej podstawie odpowiedz pisemnie na
nast
ę
puj
ą
ce pytania.
1. Jaki zakres pomiarowy cz
ę
stotliwo
ś
ci ma przyrz
ą
d na wej
ś
ciu A ?
2. Jaki zakres pomiarowy cz
ę
stotliwo
ś
ci ma przyrz
ą
d na wej
ś
ciu B ?
3. Jakie czasy otwarcia bramki ma do wyboru u
Ŝ
ytkownik cz
ę
sto
ś
ciomierza ?
4. Które z wej
ś ć
przyrz
ą
du słu
Ŝ
y do pomiaru okresu?
5. Jaka jest rola wej
ś
cia C przyrz
ą
du?
6. Jakie maksymalne napi
ę
cia doprowadzi
ć
mo
Ŝ
na do wej
ś ć
A i B ?
7. Jak mierzy si
ę
czas (przedział czasu) omawianym przyrz
ą
dem
Zadanie 2
1. Wł
ą
cz napi
ę
cie zasilaj
ą
ce przyrz
ą
d
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
11
2. Wł
ą
cz czas otwarcia bramki równy 10 s przyciskiem znajduj
ą
cym si
ę
w sekcji „częstościomierz”.
3. Wł
ą
cz cz
ę
stotliwo
ś ć
1 Hz przyciskiem znajduj
ą
cym si
ę
w sekcji
„częstotliwości wzorcowe”.
4. Pokr
ę
tło „odczyt” ustaw w poło
Ŝ
eniu „
∞
∞
∞
∞
” i ka
Ŝ
dy pomiar inicjuj przy-ciskiem
„kasowanie”.
5. Przeł
ą
cznik „pamięć” (z tyłu przyrz
ą
du) pozostaw w poło
Ŝ
eniu „wył”.
6. Zapisz wy
ś
wietlony wynik pomiaru w Tablicy 1.
7. Zapisuj wszystkie cyfry, jakie pojawią się po przecinku dziesiętnym
8. Zmierz w podobny sposób wszystkie cz
ę
stotliwo
ś
ci uwidocznione w
Tablicy 1
9. W kolumnie Uwagi wpisz jedno lub kilka (twoim zdaniem słusznych)
spostrze
Ŝ
e
ń
spo
ś
ród zaproponowanych ni
Ŝ
ej :
a) Pomiar niemo
Ŝ
liwy, licznik impulsów przepełnił si
ę
b) Pomiar niemo
Ŝ
liwy czas otwarcia bramki zbyt długi
c) Pomiar niemo
Ŝ
liwy, licznik wielokrotnie przepełnił si
ę
d) Pomiar niemo
Ŝ
liwy, cz
ę
stotliwo
ś ć
zbyt du
Ŝ
a
e) Pomiar niemo
Ŝ
liwy, czas otwarcia bramki T
B
zbyt krótki
f) Nale
Ŝ
y wybra
ć
krótszy czas T
B
g) Nale
Ŝ
y wybra
ć
dłu
Ŝ
szy czas T
B
h) Inne spostrze
Ŝ
enia
10. Powtórz czynno
ś
ci dla czasów T
B
= 1 s, T
B
= 0,1 s, T
B
= 0,01 s
Tablica 1
Czas otwarcia bramki T
B
= 10 s
Cz
ę
stotliwo
ś
ć
nastawiona
Wy
ś
wietlony
wynik pomiaru w kHz
Uwagi
1 Hz
10 Hz
100 Hz
1 kHz
10 kHz
100 kHz
1 MHz
10 MHz
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
12
Tablica 2
Czas otwarcia bramki T
B
= 1 s
Cz
ę
stotliwo
ś
ć
nastawiona
Wy
ś
wietlony
wynik pomiaru w kHz
Uwagi
1 Hz
10 Hz
100 Hz
1 kHz
10 kHz
100 kHz
1 MHz
10 MHz
Tablica 3
Czas otwarcia bramki T
B
= 0,1 s
Cz
ę
stotliwo
ś
ć
nastawiona
Wy
ś
wietlony
wynik pomiaru w kHz
Uwagi
1 Hz
10 Hz
100 Hz
1 kHz
10 kHz
100 kHz
1 MHz
10 MHz
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
13
Tablica 4
Czas otwarcia bramki T
B
= 0,01 s
Cz
ę
stotliwo
ś
ć
nastawiona
Wy
ś
wietlony
wynik pomiaru w kHz
Uwagi
1 Hz
10 Hz
100 Hz
1 kHz
10 kHz
100 kHz
1 MHz
10 MHz
Zadanie 3
Przył
ą
cz do cz
ę
sto
ś
ciomierza (do którego z wej
ś ć
A, B, C ?) generator (np. typu
PW-11), nastaw na nim cz
ę
stotliwo
ś ć
sygnału sinusoidalnego 5 kHz. Nast
ę
pnie
zmierz:
a) nastawion
ą
cz
ę
stotliwo
ś ć
przy czterech czasach otwarcia bramki, notuj
ą
c
wszystkie cyfry wyniku
b) okres oraz dziesi
ę ć
okresów tego sygnału
c) wynik zapisz w Tablicy 5
d) wpisz stosowne uwagi (jak w Zadaniu 2)
Tablica 5
f
x
= 5 kHz
Czas otwaracia
bramki [s]
Wy
ś
wietlony
wynik pomiaru w kHz
Uwagi
10
1
0,1
0,01
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
14
Zadanie 4
Zmierz cz
ę
stotliwo
ś ć
napi
ę
cia sieciowego oraz okres i dziesi
ę ć
okresów tego
napi
ę
cia po obni
Ŝ
eniu jego warto
ś
ci do ok. 50 V przy pomocy autotrans-
formatora laboratoryjnego.
Wyniki zapisz w Tablicy 6
Wpisz stosowne uwagi (jak w Zadaniu 2)
Uwaga: Ten punkt ćwiczenia powinien być wykonany pod ścisłym nadzorem
prowadzącego ćwiczenie.
Tablica 6
Cz
ę
stotliwo
ś
ć
sieci przemysłowej
Czas otwaracia
bramki [s]
Wy
ś
wietlony
wynik pomiaru w kHz
Uwagi
10
1
0,1
0,01
3. Pytania i zadania kontrolne
1. Wyja
ś
nij w oparciu o zamieszczone w instrukcji schematy blokowe zasad
ę
działania cz
ę
sto
ś
ciomierza o działaniu bezpo
ś
rednim i po
ś
rednim
2. Wyja
ś
nij zasad
ę
działania układu formuj
ą
cego UF
3. Omów zasad
ę
działania bramki logicznej typu AND
4. Jak
ą
rol
ę
w cz
ę
sto
ś
ciomierzu pełni przerzutnik bistabilny?
5. Jakie bloki funkcjonalne zawiera w sobie blok GIW?
6. Wyprowad
ź
równania pomiaru dla obydwu rodzajów cz
ę
sto
ś
ciomierzy
7. Podaj definicj
ę
bezwzgl
ę
dnego i wzgl
ę
dnego bł
ę
du kwantowania w czasie dla
obydwu rodzajów cz
ę
sto
ś
ciomierzy
8. Opisz zasad
ę
pomiaru czasu (przedziału czasu) omawianym przyrz
ą
dem
4. Literatura
1. Chwaleba A. i inni Metrologia elektryczna WNT, Warszawa 2003
2. Bogdan T. Multimetry cyfrowe WKiŁ, Warszawa 1976
3. Sowi
ń
ski A. Cyfrowa technika pomiarowa WKiŁ, Warszawa 1976
4. Bad
ź
mirowski K. i inni Cyfrowe systemy pomiarowe WNT, Warszawa 1979
Ć
wicz. Nr 23 Cyfrowy pomiar częstotliwości
15
Wymagania BHP
Warunkiem przyst
ą
pienia do praktycznej realizacji
ć
wiczenia jest
zapoznanie si
ę
z instrukcj
ą
BHP i instrukcj
ą
przeciw po
Ŝ
arow
ą
oraz
przestrzeganie zasad w nich zawartych. Wybrane urz
ą
dzenia dost
ę
pne na
stanowisku laboratoryjnym mog
ą
posiada
ć
instrukcje stanowiskowe. Przed
rozpocz
ę
ciem pracy nale
Ŝ
y zapozna
ć
si
ę
z instrukcjami stanowiskowymi
wskazanymi przez prowadz
ą
cego.
W trakcie zaj
ę ć
laboratoryjnych nale
Ŝ
y przestrzega
ć
nast
ę
puj
ą
cych zasad.
♦
Sprawdzi
ć
, czy urz
ą
dzenia dost
ę
pne na stanowisku laboratoryjnym s
ą
w
stanie kompletnym, nie wskazuj
ą
cym na fizyczne uszkodzenie.
♦
Sprawdzi
ć
prawidłowo
ś ć
poł
ą
cze
ń
urz
ą
dze
ń
.
♦
Zał
ą
czenie napi
ę
cia do układu pomiarowego mo
Ŝ
e si
ę
odbywa
ć
po
wyra
Ŝ
eniu zgody przez prowadz
ą
cego.
♦
Przyrz
ą
dy pomiarowe nale
Ŝ
y ustawi
ć
w sposób zapewniaj
ą
cy stał
ą
obserwacj
ę
, bez konieczno
ś
ci nachylania si
ę
nad innymi elementami
układu znajduj
ą
cymi si
ę
pod napi
ę
ciem.
♦
Zabronione jest dokonywanie jakichkolwiek przeł
ą
cze
ń
oraz wymiana
elementów składowych stanowiska pod napi
ę
ciem.
♦
Zmiana konfiguracji stanowiska i poł
ą
cze
ń
w badanym układzie mo
Ŝ
e si
ę
odbywa
ć
wył
ą
cznie w porozumieniu z prowadz
ą
cym zaj
ę
cia.
♦
W przypadku zaniku napi
ę
cia zasilaj
ą
cego nale
Ŝ
y niezwłocznie wył
ą
czy
ć
wszystkie urz
ą
dzenia.
♦
Stwierdzone
wszelkie
braki
w
wyposa
Ŝ
eniu
stanowiska
oraz
nieprawidłowo
ś
ci w funkcjonowaniu sprz
ę
tu nale
Ŝ
y przekazywa
ć
prowadz
ą
cemu zaj
ę
cia.
♦
Zabrania si
ę
samodzielnego wł
ą
czania, manipulowania i korzystania z
urz
ą
dze
ń
nie nale
Ŝ ą
cych do danego
ć
wiczenia.
♦
W przypadku wyst
ą
pienia pora
Ŝ
enia pr
ą
dem elektrycznym nale
Ŝ
y
niezwłocznie wył
ą
czy
ć
zasilanie stanowisk laboratoryjnych za pomoc
ą
wył
ą
cznika bezpiecze
ń
stwa, dost
ę
pnego na ka
Ŝ
dej tablicy rozdzielczej w
laboratorium. Przed odł
ą
czeniem napi
ę
cia nie dotyka
ć
pora
Ŝ
onego.