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)

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 wypełnienie 50%, co daje szerokość bramek odpowiednio: 0.5μs, 1μs, 10μs, 100μs, 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.

Rysunek 2. Oscylogramy dla trybu pracy a

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.

Rysunek 3. Oscylogramy dla trybu pracy b

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:

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.

Rysunek 4. Wygląd panelu sterującego.

Klawisze:

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

- „1s,100ms,..,1μs,0.5μs” - wybór częstotliwości wzorcowej (półokresu). Przyciski działają na zasadzie izostatu. Uwaga : przy wciśniętym klawiszu „f” klawisz 0.5μs 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
0.5μs	1
1μs	2
10μs	3
100μs	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\

2

8

---