LABORATORIUM MIERNICTWA

KOMPUTEROWEGO

Ćwiczenie nr 1

Pomiar Częstotliwości

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z techniką cyfrowego pomiaru

częstotliwości sygnałów okresowych.

Opis modułu częstościomierza

Uproszczony schemat blokowy modułu częstościomierza przedstawia rysunek 1.

W układzie można wyróżnić dzielnik częstotliwości mierzonej, dzielący sygnał

wejściowy przez 2, programowalny dzielnik częstotliwości, licznik. Użycie

dzielnika wejściowego umożliwia zastosowanie metody pomiaru okresu do

pomiaru częstotliwości. Programowalny dzielnik częstotliwości pozwala na

wybranie częstotliwości sygnału bramkującego lub częstotliwości zliczanej

przez układ licznika podczas pomiaru okresu. W module możliwy jest wybór

rodzaju sygnału wzorcowego: wewnętrzny 1MHz (wewnętrzny generator

10MHz i dzielnik dzielący przez 10) lub sygnał z magistrali EURO (także

1MHz). Do zliczania impulsów z bramki w module zastosowano 24-bitowy

licznik binarny. Całością steruje się poprzez układ sterujący.

Parametry:

Zakres mierzonych częstotliwości: od 0Hz do ok. 60MHz

Sygnał wejściowy: TTL

Bajt identyfikacyjny: 128 (80h)

1

Stabilność wewnętrznego wzorca czasu:

≈10

-6

Rysunek 1. Schemat blokowy modułu częstościomierza.

Zasada działania częstościomierza

Układ może pracować w jednym z dwóch trybów pracy:

a) bramkowanie sygnału mierzonego sygnałem wzorcowym (pomiar wysokich i

średnich częstotliwości).

b) bramkowanie sygnału wzorcowego sygnałem mierzonym (pomiar małych

częstotliwości).

Bramkowanie sygnałem wzorcowym.

Sygnał z generatora wzorcowego doprowadzany jest do programowalnego

dzielnika częstotliwości, którym wybiera się szerokość bramki. Na wyjściu

dzielnika otrzymuje się odpowiednio sygnały o częstotliwościach : 1MHz,

500kHz, 50kHz, 5kHz, 500Hz, 50Hz, 5Hz, 0.5Hz. Wszystkie przebiegi mają

2

wypełnienie 50%, co daje szerokość bramek odpowiednio: 0.5

µs, 1µs, 10µs,

100

µs, 1ms, 10ms, 100ms, 1s. Przed rozpoczęciem pomiaru zerowany jest układ

licznika, podukład identyfikacji końca pomiaru w układzie sterującym. oraz

liczniki w programowalnym dzielniku częstotliwości wzorcowej. Podczas

pomiaru w momencie pojawienia się zbocza narastającego sygnału wzorcowego

otwierana jest bramka. W czasie gdy bramka jest otwarta układ licznika zlicza

impulsy sygnału mierzonego podzielonego przez dzielnik wejściowy. Sytuacja

ta trwa do czasu pojawienia się zbocza opadającego sygnału wzorcowego.

Wtedy bramka zostaje zamknięta i układ identyfikacji końca pomiaru blokuje

układ sterujący. Następny pomiar możliwy jest tylko po wysłaniu

odpowiedniego sygnału z EURODRIVERa. Po zakończeniu pomiaru może

nastąpić odczyt stanu licznika. Rysunek 2 przedstawia oscylogramy z

najważniejszych punktów układu.

1

2

3

4

Start

Rysunek 2. Oscylogramy dla trybu pracy a

3

Pomiar okresu

W tym trybie pracy podczas fazy zerowania układu nie następuje

zerowanie programowalnego dzielnika częstotliwości wzorcowej. Podczas fazy

pomiaru zbocze narastające podzielonego przez 2 sygnału mierzonego otwiera

bramkę i umożliwia zliczanie przez licznik impulsów wzorcowych z

programowalnego dzielnika. Zliczanie kończy się gdy układ identyfikacji końca

pomiaru wykryje zbocze opadające na wyjściu dzielnika wejściowego.

Zastosowanie dzielnika wejściowego ma wiele zalet, m.in. generuje sygnał

otwierający bramkę, którego czas trwania jest równy okresowi drgań sygnału

wejściowego, ponadto uniezależnia wynik pomiaru od współczynnika

wypełnienia sygnału wejściowego. Najważniejsze oscylogramy dla tego trybu

pracy układu przedstawia rysunek 3.

1

2

3

4

Start

Rysunek 3. Oscylogramy dla trybu pracy b

4

Adresowanie modułu

Adres bazowy = (tylko odczyt) bajt identyfikacyjny

″

+1 = (tylko odczyt) bajt identyfikacji źródła przerwania

″

+2 = nie używany

″

+3 = nie używany

″

+4 = (tylko odczyt) najmłodsze 8 bitów licznika

″

+5 = (tylko odczyt) środkowe 8 bitów licznika

″

+6 = (tylko odczyt) najstarsze 8 bitów licznika

″

+7 = (tylko zapis) bajt sterujący

Opis bajtu sterującego:

5

Program dla DOS-u CZEST.EXE

Program CZEST.EXE służy do obsługi modułu częstościomierza. Pracuje

on w środowisku DOS, w trybie tekstowym i graficznym. Podczas uruchamiania

wymagane jest podanie dwóch parametrów:

1. Numer portu szeregowego (COM) do którego podłączony jest

EURODRIVER.

2. Nazwa pliku z danymi wyjściowymi.

Np.: CZEST.EXE 2 wyniki.dat

Niepodanie parametrów lub podanie złych parametrów (np.: pomylenie

kolejności) uniemożliwia uruchomienie programu.

Po poprawnym uruchomieniu programu, następuje inicjalizacja

EURODRIVERa i poszukiwanie karty częstościomierza. Jeśli karta nie zostanie

znaleziona spowoduje to zakończenie programu. Po znalezieniu karty

zapamiętywany jest adres karty i uruchamiany jest właściwy program obsługi

częstościomierza.

Ta część programu pracuje w trybie graficznym i może być obsługiwana

zarówno z klawiatury jak i przy pomocy myszy. Wygląd panelu sterującego

przedstawia rysunek 5. Jak widać z rysunku panel składa sie z dwóch linii

wyświetlaczy oraz szeregu klawiszy. Wyświetlacz ze wskaźnikami

siedmiosegmentowymi służy do wyświetlania wartości mierzonej

częstotliwości, Natomiast mniejszy wyświetlacz wskazuje liczbę próbek

pomiarowych zapisanych do pliku.

6

Rysunek 4. Wygląd panelu sterującego.

Klawisze:

- „Wyjście” - naciśnięcie tego klawisza powoduje zakończenie programu.

- „1s,100ms,..,1

µs,0.5µs” - wybór częstotliwości wzorcowej (półokresu).

Przyciski działają na zasadzie izostatu. Uwaga : przy wciśniętym klawiszu „f”

klawisz 0.5

µs jest nieaktywny.

- „f , T” - Wybór metody pomiarowej. f - pomiar metodą bramkowania

sygnałem wzorcowym, T - pomiar metodą pomiaru okresu sygnału mierzonego.

Klawisze działają na zasadzie izostatu.

- „Start” - rozpoczęcie pracy częstościomierza. Uwaga : Rozpoczęcie pracy

częstościomierza nie jest możliwe bez wcześniejszego wyboru metody pomiaru i

częstotliwości wzorcowej. Po rozpoczęciu pomiarów klawisz „Start” przestaje

być aktywny.

- „Zapis” - zapis do pliku pojedynczego pomiaru.

Przyporządkowanie przyciskom klawiszy na klawiaturze:

Przycisk Klawiatura

Wyjście ESC

Zapisz F1

Start Spacja

f f

T t

0.5

µs

1

7

1

µs

2

10

µs

3

100

µs

4

1ms 5

10ms 6

100ms 7

1s 8

Format danych w pliku wyjsciowym.

Plik z danymi wyjściowymi jest plikiem typu tekstowego, zawierającego dwie

kolumny: Numer pomiaru i częstotliwość w Hz. Plik bez dodatkowej obróbki

może być stosowany w programie ORIGIN.

Program dla LabVIEW CZEST.exe/CZEST.vi
Program znajduje się na dysku D: w katalogu:
D:\eurolab\

8