1
Dwukanałowy licznik TTL EURO
1.1. Konstrukcja i zasadnicze właściwości
Dwukanałowy licznik TTL EURO został skonstruowany jako uniwersalny
moduł pomiarowy działający pod kontrolą sterownika Eurodriver. Licznik może
być wykorzystany w układach doświadczalnych i pomiarowych
w których zachodzi potrzeba zliczania sygnałów w postaci impulsów TTL.
Wyróżniającą cechą konstrukcji licznika jest to iż posiada on dwa identyczne,
synchronicznie bramkowane tory zliczania co umożliwia wykonywanie
precyzyjnych pomiarów różnicowych lub porównawczych. Istotną cechą
konstrukcji licznika pożądaną w eksperymencie naukowym jest możliwość
bardzo szybkiej zmiany konfiguracji z poziomu programu sterującego, duża
pojemność obu torów zliczania, szeroki i ciągły zakres zmian czasu
bramkowania oraz możliwość szybkiego odczytu i przesyłania wyników zliczeń
pod kontrolą programu. Typowym zastosowaniem modułu jest zliczanie
impulsów z dwu fotopowielaczy w zadanym interwale czasu, bądz
też zliczanie
impulsów w rejestrze A do chwili osiągnięcia zadanego stanu w rejestrze B.
Rysunek 2. Schemat blokowy panelu licznika
Licznik został skonstruowany w postaci modułu dołączonego do
magistrali EURO działającego pod pełną kontrolą programową procesora
sterownika EURODRIVER. Podstawowe procedury programowej obsługi
licznika takie jak inicjowanie określonej konfiguracji, wybór czasu
2
bramkowania, inicjowanie kolejnej operacji zliczania oraz odczyt rezultatu
zliczania zostały umieszczone w pamięci EPROM jako funkcje standardowe
o numerach ???3,4,5. Jednakże gdyby funkcje te okazałyby się niewystarczające
w konkretnym zastosowaniu, użytkownik może określić własny scenariusz
pomiaru w formie procedury dla procesora INTEL 8031 zainstalowanego
w sterowniku EURODRIVER .
Kanal A in
Dzielnik 8 bit Licznik A 32 bity
EURO
Start/Stop
OR
DRIVER
Kanal in
Licznik B 16 bitow
Dzielnik 8 bit
Rysunek 3.
1.2. Podstawowe parametry techniczne:
Dwa niezależne rejestry zliczające A i B o pojemności:
A - 40 bitów, B - 24 bity z odczytem stanu na magistrali EURO.
Maksymalna częstotliwość impulsów wejściowych TTL - 25-30 MHz.
Układ bramkujący kontroluje jednocześnie wejścia obu rejestrow A i B.
Sygnał bramki generowany programowo przy pomocy EURODRIVERA
lub też podawany z zewnętrznego z
ródła na gniazdo Start/Stop.
Możliwość dołączenia dwóch przedwzmacniaczy impulsów o łącznym
poborze prądu do 100 mA +5V i -5V.
Dodatkowe wejście i wyjście TTL odczytywane i sterowane programowo.
Stan gotowości i otwarcia bramki sygnalizowany wskaz
nikami LED.
3
1.3. Szczegóły techniczne konstrukcji licznika
W konstrukcji modułu zostały wykorzystane, zintegrowany port
równoległy INTEL 8255 oraz licznik INTEL 8253 (8254). Impulsy wejściowe
są wstępnie zliczane w dwu jednocześnie bramkowanych 8 bitowych rejestrach
A i B zbudowanych na scalonych licznikach dwójkowych SN74LS92 i dalej
w 16 bitowych licznikach 0, 1 i 2 układu INTEL 8253 (8254). Sygnał
bramkujący oba kanały jest generowany programowo w procesorze
EURODRIVERA Intel 8031 przy wykorzystaniu wewnętrznego zegara
taktującego kontrolowanego kwarcem o nominalnej częstotliwości 11.0592 lub
12 MHz, podzielonej przez stały współczynnik 12.
Przed rozpoczęciem pomiaru moduł licznika powinien być zainicjowany
przez ustalenie trybu pracy portów równoległego 8255, portu timera 8253 oraz
trybu pracy całego modułu. W trybie standardowym liczniki 0 i 2 portu 8253
pracują w modzie 2, jako dwa szeregowo połączone rejestry zliczające 4 starsze
bajty w kanale A, natomiast licznik 1 portu 8253 działający również w modzie
2 zlicza 2 starsze bajty w kanale B. Rejestry 0 i 1 portu równoległego 8255
programowane są jako wejścia przez które odczytujemy stan obu 8 bitowych
liczników wstępnych określających najmłodszy bajt obu rejestrów A i B. Starsze
bity D7 - D4 rejestru 2 wykorzystane są jako wyjścia sterujące trybem pracy
licznika, natomiast bity młodsze D3 - D0 jako wejścia z których można odczytać
jego chwilowy status. Poszczególnym bitom rejestru 2 zostały przypisane
następujące funkcje:
PC7 - wyjście - wizualna indykacja gotowości - żółta dioda LED.
PC6 - wyjście - bit sterujący na złączach CANNON 9 - do wykorzystania.
PC5 - wyjście - określa tryb bramkowania :
stan Hi - z wewnętrznego z
ródła - EURODRIVER
stan Lo - sterowanie sygnałem zewnętrznym
PC4 - wyjście - nie wykorzystany - aktywny stan Hi.
PC3 - wejście - bit statusu na złączach CANNON 9 - do wykorzystania.
PC2 - wejście - aktualny stan na wejściu kanału 2 - do celów
diagnostycznych.
PC1 - wejście - ditto w odniesieniu do kanału 1.
PC0 - wejście - stan sygnału bramkującego - stan Hi otwarta bramka
stan ten jest również wskazywany czerwoną diodą LED.
Do podłączenia ewentualnych przedwzmacniaczy impulsów oraz w celu
zaimplementowania licznika w bardziej rozbudowanych układach pomiarowych
na płycie czołowej zostały umieszczone dwa równolegle połączone złącza
CANNON 9 na które zostały wyprowadzone następujące sygnały i napięcia:
4
P1 - poziom odniesienia sygnałów sterujących i poziom zero zasilania.
P2 - plus 5 V napięcia zasilania, maksymalne obciążenie do 100 mA.
P3 - Nie wykorzystany
P4 - stan sygnału bramkującego, stan Lo - otwarta bramka.
P5 - stan gotowości, stan Lo - gotowy.
P6 - minus 5 V napięcia zasilania, maksymalne obciążenie do 100 mA.
P7 - zewnętrzny sygnał bramkujący kanał 1, aktywny stan Lo.
P8 - dodatkowy sygnał statusu, do dowolnego wykorzystania.
P9 - dodatkowe wyjście sterujące, do dowolnego wykorzystania.
5
2. Zliczanie impulsów o rozkładzie Poisson a
Rysunek 4. Schemat układu
T - czas trwania impulsu
� - intensywność impulsów wejściowych
� - czas otwarcia bramki
" t - rozdzielczość licznika
Prawdopodobieństwo pojawienia się n impulsów w przedziale czasu � wyraża
się zależnością :
exp
(-��
)
n
P n = ��
( ) ( )
n !
ns = � � - oczekiwana ilość impulsów na wejściu licznika w przedziale czasu �.
Ilość zliczeń wyraża się zależnością :
N = �� exp -� " t + T
( )
[ ]
jeżeli "t << T wtedy
T
N = ns exp�# -ns ś#
ś# ź#
�# #
�
6
Rysunek 5. Zależność ilości zliczeń od oczekiwanej ilości impulsów na wejściu
licznika w przedziale czasu �.
TEST
1 - ustalamy intensywność impulsów wejściowych
� H" 15 impulsów / sekundę
2 - dokonujemy pomiaru N dla różnych wartości T ,
po 50 pomiarów przy � = 10 s
a ) T = 100 �s,
b ) T = 500 �s,
c ) T = 1 ms,
d ) T = 2 ms,
e ) T = 4 ms,
f ) T = 8 ms.
3 - na wejście licznika doprowadzamy sygnał o takiej samej intensywności � ale
nieznanej wartości czasu trwania impulsów T
4 - wyznaczyć czas T z zależności :
� N
T =- ln
ns ns
7
3. Układ pomiarowy i wykonanie ćwiczenia:
Liczniki impulsów są jednym z najczęściej spotykanych elementów
układów pomiarowych. Pomiary częstotliwości i czasu wykonywane przy
pomocy liczników należą w istocie do najdokładniejszych pomiarów jakie
można obecnie zrealizować w nauce i technice. Z tego powodu często układ
pomiarowy konstruujemy tak aby bezpośrednio mierzoną wielkością był czas
lub częstotliwość, które można dokładnie zmierzyć przy pomocy liczników.
Często dla wyeliminowania zakłóceń stosujemy metody różnicowe w których
istotnym warunkiem jest użycie licznika dwu i więcej kanałowego przy
zachowaniu możliwie pełnej symetrii i synchronizmu układu bramkującego.
Zadanie pomiarowe ma zademonstrować kilka typowych konfiguracji
w których wykorzystujemy liczniki. W tym celu został skonstruowany układ
rozdziału sygnałów pomiarowych przedstawiona na rysunku 6.
Wzorzec
kwarcowy
A
4999999.8 Hz
Selektor
Stanowisko
Generator
RC
B
Wzmacniacz
~ 200 kHz
TTL
Licznik
GM
C
Rysunek 6. Schemat układu pomiarowego
8