Порядок расчета структуры

1. По заданному значению _ = _КВ + _ГОЧ определяем абсолютную погрешность квантования:

.

2. Задаемся погрешностью квантования _КВ=10ⁿ  _КВ. Здесь n – любое целое (положительное или отрицательное) число или нуль.

3. Уточняем значение относительной погрешности квантования:

.

4. Определяем емкость СИ:

.

5. Определяем число двоично-десятичных счетчиков, входящих в состав СИ:

n_CТ = ENT[lg(N₀)].

6. Определяем f₀ по формуле

.

7. Задаем погрешность ГОЧ

_ГОЧ = _  _КВ.

8. Исходя из значения _ГОЧ предъявляем требования к элементной базе ГОЧ.

Вариант реализации функциональной схемы ЦПМЗ представлен на рис. 3.7.

В данной схеме формирователь импульсов выполнен на базе компаратора DA1, включенного по схеме триггера Шмита. В качестве ФП используется D-триггер DD2.1, БУ выполнен на базе D-триггера DD2.2, а селектор С  на элементе DD1.2. Кроме того, в схеме используются вспомогательные элементы, которые требуются при начальном сбросе схемы: DD1.1 – для сброса ФП; DD1.3 – для блокировки записи в регистр данных с выхода СТ во время сброса триггера DD2.1 и самого СТ.

Такая организация позволяет вывести на ЦОУ в начале работы нули.

Во время начального сброса в течение времени ₁ = R1C1 на R-вход триггера DD2.1 с выхода элемента DD1.1 поступает сигнал низкого уровня. Уровень "0" – с выхода цепи сброса R1, C1 поступает на S-вход триггера DD2.2, устанавливая его в "1" и тем самым сбрасывая СТ. Через элемент DD1.3 уровень "0" поступает на тактовый вход регистра RG. По окончании ₁ на инверсном выходе DD2.1 и на нижнем по схеме входе DD1.3 будет присутствовать "1". На выходе DD1.3 тоже установится "1". Во время перехода DD1.3 из "0" в "1" произойдет запись кода с выхода СТ в регистр RG. Поскольку СТ к этому времени уже сброшен, в RG запишутся нули, которые отобразятся на ЦОУ.

Рис. 3.7. Функциональная схема ЦПМЗ

Работа схемы осуществляется следующим образом. При подаче на вход схемы сигнала f_X, на выходе триггера Шмита DA1 формируются прямоугольные импульсы. И если на R-входе триггера DD2.1 высокий уровень, первый же передний фронт импульса с выхода DA1 установит на прямом выходе DD2.1 логическую единицу. В результате импульсы с частотой f₀₁ или f₀₂ (зависит от положения ключа SA1) через селектор DD1.2 пойдут на счетчик СТ.

Следующий передний фронт импульса с выхода DA1 установит на прямом выходе DD2.1 логический нуль, а на инверсном – "1". Данная "1" через DD1.3 произведет запись кода N_X с выхода счетчика CT в регистр. При установке "1" на инверсном выходе DD2.1 тактируется триггер DD2.2. В результате на его прямом выходе установится "1", которая сбросит СТ. На инверсном выходе DD2.2 будет "0" в течение времени ₂ = R4C2. Этот "0" будет удерживать DD2.1 в сброшенном состоянии на время ₂. Время ₂ определяет время индикации прибора.

По окончании времени ₂ на инверсном выходе триггера DD2.2 установится "1", и триггеру DD2.1 будет разрешена работа, после чего повторится описанный выше процесс преобразования периода T_X в код N_X.

3.2.2. Цифровой периодомер средних значений

Цифровые периодомеры средних значений (ЦПСЗ) применяются при измерении малых значений периода сигнала для того, чтобы не использовать высокочастотный ГОЧ. Решение об использовании схемы ЦПСЗ принимается, если расчетная частота ГОЧ f₀ > 100 МГц.

Принцип действия ЦПСЗ основан на формировании и последующем квантовании импульса, длительность которого пропорциональна не одному, а нескольким m периодам входного сигнала. Таким образом, результат измерения

N_X = mT_X f₀,

где m = 10ⁿ, причем n = 1, 2, ….

Один из вариантов реализации структурной схемы ЦПСЗ приведен на рис. 3.8.

Работа структуры осуществляется следующим образом. Входной формирователь ВФ преобразует входной сигнал с частотой f_X в последовательность прямоугольных импульсов такой же частоты.

Рис. 3.8. Структурная схема ЦПСЗ

При отсутствии сигнала "запрет" формирователь периода ФП по переднему фронту импульса с выхода ВФ устанавливает на своем выходе логическую "1", которая разрешает прохождение импульсов частоты f₀ с выхода ГОЧ через селектор С на счетчик импульсов СИ. Этот же импульс с выхода ВФ является первым счетным для делителя частоты ДЧ с коэффициентом деления m.

Далее ДЧ подсчитывает количество импульсов с выхода ВФ. На выходе ФП все это время удерживается высокий логический уровень. По приходу m = 10ⁿ импульсов ДЧ устанавливает на выходе сигнал "конец mT_X" низкого уровня. Этот сигнал запрещает прохождение импульсов с выхода ГОЧ через селектор С.

На выходе СИ фиксируется код N_X, пропорциональный числу импульсов частоты f₀, прошедших на счетчик за время mТ_Х, равное 10ⁿ периодам входного сигнала.

По заданному фронту импульса с выхода ДЧ блок управления БУ выдает на ФП и ДЧ сигнал "запрет", во время действия которого ФП и ДЧ не реагируют на входные сигналы. Кроме того, БУ выдает на регистр Рг сигнал "запись", по которому код N_X записывается в регистр и выводится на цифровое отсчетное устройство ЦОУ. Затем БУ выдает на СИ сигнал "сброс", и схема переходит в режим индикации показаний. Как только БУ снимет сигнал "запрет", по первому же переднему фронту с выхода ВФ повторится описанный выше процесс измерения.

Порядок расчета и составляющие погрешности измерения в ЦПСЗ те же, что и в ЦПМЗ.