7.4.1. Принцип работы устройства.

Генератор опорной частоты 200 МГц формирует максимальную частоту дискретизации, с которой информация с измерительного счетчика (на схеме не показан) выдается в память. Делитель частоты ДЧ формирует дополнительные частоты дискретизации, а мультиплексор МХ определяет, какая частота дискретизации будет выбрана. Он выдает рабочую частоту дискретизации с коэффициентом деления Ki и вспомогательную частоту , которая поступает на вход разрешения счета Е (при лог. «1» счет разрешен, при лог. «0» счет запрещен) счетчика Сч 1, т.е. формируется временное окно . Также вспомогательная частота по спаду сбрасывает счетчик Сч 1.

Код, накопленный счетчиком Сч 1 за время при входной частоте , будет равен . На всех диапазонах, кроме последнего, эта величина равна 100. Минимальная величина, которую может накопить счетчик – 10.

Счетчик Сч 1 считает импульсы на входе С только при наличии логической 1 на входе разрешения счета Е. Если измеряемая частота находится в текущем диапазоне , то и код будет находиться в диапазоне от 10 до 100. Если произойдет переполнение счетчика и на выходе переполнения OV установится уровень лог. «1», то это означает, что выбранная частота дискретизации недостаточна, и необходимо переключиться на более высокую частоту. Если код накопленный счетчиком будет меньше 10, то это означает, что частота дискретизации слишком мала, и необходимо переключиться на более низкую частоту.

Однако в реальных условиях, когда есть влияние помех (колебания температуры, атмосферного давления, влажности воздуха, неинформативные вибрации, воздействие внешних э/м полей), данная схема не будет работать корректно. Помехи могут вызвать случайные выбросы, которые будут зафиксированы счетчиком Сч 1, т.е. не произойдет переключения на более низкую частоту и мы не получим положительного эффекта ФНЧ.

Для уменьшения влияния шумов на принятие решения о выборе частоты дискретизации, я дополнил схему устройством усреднения, построенном на сдвигающем регистре SHFTZ, сумматоре Сумм, регистре RG, логическом элементе &, счетчике Сч 2 и компараторе кода <10.

Устройство усреднения тактируется i-1ой опорной частотой дискретизации . Код , полученный со счетчика Сч 1, поступает в сдвиговый регистр, где делится на величину посредством сдвига вправо на , где Ш – оценка уровня внешних шумов (задается пользователем из определенного диапазона), Ш – целое число. Далее код поступает в сумматор, где складывается с предыдущим кодом и, таким образом, за итераций получим средний код:

Количество итераций ограничивается с помощью счетчика Сч2, в который по входу D записывается код .

Затем производится оценка усредненного кода компаратором кода <10. Если набралось не более 10 импульсов, то можно уверенно говорить о том, что это влияние шума при выбранном пользователем уровне фильтрации шумов и можно снизить частоту дискретизации. Если количество импульсов находится в диапазоне 10-99, то это означает, что верхняя частота сигнала согласуется с выбранной частотой дискретизации.

Рис. 29. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Отмечу, что, на мой взгляд, настройка устройства усреднения требует наличия экспериментальных данных (характерные для метода измерения спектральные характеристики шумов). Это позволит лучше оптимизировать границы диапазонов, и, что еще важнее, величину Ш, характеризующую уровень шумов.

Также предполагается возможность пользователя самостоятельно задать величину частоты дискретизации. Для этого микроконтроллер записывает в счетчик диапазонов Сч3 по входу D код выбранной частоты дискретизации.

Код выбранной текущей частоты дискретизации 3х разрядный и передается в модуль памяти вместе с результатом измерения дистанции.