Файл: Lab_10.doc

9

Вінницький національний аграрний університет

Кафедра механізація сільського господарства

ОСНОВИ МЕТРОЛОГІЇ ТА ЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ

М е т о д и ч н і в к а з і в к и

Лабораторна робота № 2

Дослідження принципу дії та основних метрологічних характеристик вимірювального каналу частоти середніх значень в середовищі програмного забезпечення Micro-Cap

Виконали

Студенти групи 31-ЕЕС

Герман Тарас

Марчук Віталій

Вінниця, 2014

ХІД РОБОТИ

1. Дослідження принципу роботи каналу частоти середніх значень.

1. Запустіть програму Micro-Cap (Micro-Cap.exe).

2. Розмістіть на робочому полі двійковий лічильник (елемент 74HC93 з вкладок Digital Library – 74xx42 – 93-).

3. Приєднайте до P0BAR входу лічильника вихід елементу логічного «І» з 2 входами (елемент And2 з вкладок Digital Primitives – Standard Gates – And Gates).

4. Приєднайте до входів елементу логічного «І» виходи генераторів тактових імпульсів (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

5. Задайте період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до першого входу елемента логічного «І» у відповідності до Вашого варіанту (табл.1).

Таблиця 1 – Результати вимірювань

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота	100N	200N	300N	400N	500N	600N	700N	800N	900N	1000N

---

Увага!!! Для завдання періоду тактуючому генератору необхідно відкрити меню генератора (подвійним натисканням лівої клавіші його зображенні у робочому полі) та задати у стрічках Param:ZEROWIDTH= та Param:ONEWIDTH= значення, що рівні половині значення, заданого в таб. 1.

1. Задайте період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до другого входу елемента логічного «І», у двадцять більший в порівнянні з періодом, приведеним в табл.1.

2. Приєднайте до виходу тактуючого генератора, що під’єднаний до другого входу елемента логічного «І» елемент логічного «НЕ» (елемент Inverter з вкладок Digital Primitives – Standard Gates – Inverters).

3. Приєднайте вихід логічного елемента «НЕ» до входів MR1 та MR2 двійкового лічильника.

4. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

5. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

6. Розрахуйте відносну похибку квантування.

7. Зробіть висновки за результатами пункту 1.

1. Дослідження впливу частоти вхідного сигналу на точність каналу частоти середніх значень.

   1. Збільшіть період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до першого входу елемента логічного «І» у 1,5 разів в порівнянні з заданим для Вашого варіанту значенням (таб. 1).

   2. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

   3. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

   4. Розрахуйте відносну похибку квантування.

   5. Зменшіть період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до першого входу елемента логічного «І» у 1,5 разів в порівнянні з заданим для Вашого варіанту значенням (таб. 1).

   6. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

   7. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

   8. Розрахуйте відносну похибку квантування.

   9. Зробіть висновки за результатами пункту 2.

2. Дослідження впливу частоти сигналу квантування на точність каналу частоти середніх значень.

   1. Збільшіть період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до другого входу елемента логічного «І» у 1,5 разів в порівнянні з пунктом 1.

   2. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

   3. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

   4. Розрахуйте відносну похибку квантування.

   5. Зменшіть період сигналу тактуючого генератора, що під’єднаний до другого входу елемента логічного «І» у 1,5 разів в порівнянні з пунктом 1.

   6. Пронумеруйте виходи елементів схеми (меню Опции – Отображать на схеме – Номера узлов), та зніміть зображення робочого вікна.

   7. Відобразіть та зніміть зображення часових діаграм роботи схеми (меню Анализ – Анализ переходных процессов).

   8. Розрахуйте відносну похибку квантування.

   9. Зробіть висновки за результатами пункту 3.

3. Зробіть загальні висновки за результатами виконання лабораторної роботи.

---

---

Теоретичні відомості

Принцип дії цифрового частотоміра середніх значень засновано на підрахунку кількості імпульсів невідомої частоти f_x за зразковий часовий інтервал t₀, який формується зразковою мірою часу.

Структурну схему цифрового частотоміра середніх значень наведено на рис.4.2, а часові діаграми його роботи – на рис.10.1.

Рисунок 10.1

Структурна схема частото­міра містить такі основні блоки. Зразкову міру часу ЗМЧ (Т – RS – тригер, SW2 – схема збігу, G – генератор зразкової частоти, ПЧ – подільник частоти, що формує зразковий часовий інтервал t₀).

А також вона містить двійковий лічильник СТ2, який підраховує кількість імпульсів невідомої частоти f_x за зразковий інтервал часу t₀, схема збігу SW1, де здійснюється квантування зразкового часового інтервалу імпульсами невідомої частоти, формувач імпульсів F, який із вхідних синусоїдних сигналів формує прямокутні імпульси, калібровані за амплітудою і тривалістю.

Рисунок 10.2

Вихідне положення. RS-тригер Т і тригери двійкового лічильника СТ2 знаходяться у стані логічного «0». Рівнем логічного нуля закриті схеми збігу SW1 і SW2. Тому імпульси вимірюваної частоти f_x не поступають на вхід лічильника СТ2, а імпульси зразкової частоти f₀ – на вхід подільника частоти ПЧ.

Вимірювання. За командою "Пуск" тригер Т приймає стан логічної одиниці і таким чином відкриває схеми збігу SW1 і SW2. Імпульси, які проходять із частотою f_x через формувач F і відкриту схему SW1, надходять на вхід двійкового лічильника СТ2, який здійснює їх підрахунок. В цей самий момент часу через відкриту схему SW2 імпульси f₀ із виходу генератора G зразкової частоти надходять на вхід подільника частоти, коефіцієнт ділення якого розраховують з урахуванням забезпечення потрібного часового інтер­валу t₀.

Після закінчення формування зразкового часового інтервалу подільником частоти заднім фронтом імпульсу t₀ (точка 3) тригер Т встановлюється у стан логічного нуля, схеми збігу SW1 і SW2 закриваються і в лічильнику СТ2 фіксується код N. Кількість імпульсів невідомої частоти, які підраховує двійковий лічильник за час t₀, визначається так:

---

, (10.1)

де - моменти початку та закінчення зразкового часового інтервалу.

Зразковий часовий інтервал формується в подільнику частоти і визначається таким добутком

, (10.2)

де - коефіцієнт ділення подільника частоти;- період імпульсів зразкової частоти.

Тоді остаточне рівняння перетворення цифрового частотоміра середніх значень матиме вигляд:

. (10.3)

Подане співвідношення є рівнянням перетворювання частотоміра, оскільки воно характеризує, яким чином пов'язані між собою вихідна N_F і вхідна f_x величини. Статична характеристика цифрового частотоміра середніх значень лінійна (рис.10.3).

Рисунок 10.3

У цифровому вимірювальному приладі за умови постійної абсолютної похибки в діапазоні зміни вимірюваної величини межа допуску основної похибки нормується у вигляді максимальної зведеної похибки

. (10.4)

З урахуванням цього, рівняння похибки квантування цифрового частотоміра середніх значень подамо у вигляді

. (10.5)

Аналіз наведеного рівняння показує, що похибка квантування суттєво залежить від вимірюваної величини (рис.10.4).

Під час вимірювання низьких частот похибка велика, і тому область застосування таких частотомірів – вимірювання середніх частот (>1000 Гц). Крім того, похибка квантування залежить також

---