Question

Опишите реализацию метода дискретного счета в электронно-счетном частотомере применительно к измерению частоты.

Answer 1

Ответ:

Для формирования меток времени предназначен блок образцовых частот (БОЧ) в составе кварцевого генератора с делителями и умножителями частоты. БОЧ позволяет получить импульс временной базы с необходимой длительностью t0 или периодическую последовательность импульсов с калиброванным периодом. Формирование импульса t0, который определяет время измерения и называется временем счета, осуществляется в устройстве управления (УУ). В этом же устройстве вырабатывается импульс сброса для обнуления счетчика и индикатора и сигнал для блокировки селектора. Блокировка селектора необходима для сохранения показаний индикатора на некоторый интервал времени. Селектор открывается на установленный интервал времени t0 и пропускает на счетчик импульсы, следующие с периодом Тх. Полученная информация с помощью дешифратора, входящего в состав индикатора, дешифрируется и отображается на цифровом табло в единицах измеряемой частоты.

Счетные импульсы, сформированные из сигнала Uх, поступают на вход временного селектора. Селектор открыт во время действия импульса длительностью t0, сформированного из сигнала БОЧ. Следовательно, счетчик зафиксирует число импульсов N, которое без учета погрешности дискретности можно определить из формулы t0 = N×T0. Откуда значение частоты будет определяться из соотношения

fx = N / t0.

Источниками погрешности при измерении частоты будут относительная нестабильность частоты кварцевого генератора d0 и погрешность дискретности, равная 1/N. Погрешность дискретности обусловлена тем, что за время измерения счетчик сосчитает только целое количество импульсов, а часть периода будет потеряна в начале и в конце времени счета t0. Наличие делителей частоты в БОЧ позволяет уменьшить погрешность дискретности при измерении низких частот.

При измерении периода переключатель S переводится в положение Tх, а сигнал подается на вход 2. Интервал времени измерения определяется величиной Tх, а счетными являются импульсы, сформированные из частоты кварцевого генератора. Для уменьшения погрешности дискретности частота кварцевого генератора умножается в требуемое число раз. Следовательно, период сигнала можно определить по формуле

, где n – 0, 1, 2, … .

В диапазоне низких и инфранизких частот (при больших значениях Тх и n) интервал времени измерения может быть равен Тх, то есть частота измеряется за один период  сигнала. В этом режиме частотомер является неинтегрирующим. В реальных схемах предусматривается возможность измерения и нескольких периодов Тх с последующим усреднением результатов измерений. Интервал времени измерения регулируется в УУ и может быть равным 10mТх. Тогда .

Относительная погрешность измерения периода определяется по таким же образом, как и для частоты.

Одним из способов повышения точности измерения частоты является переход от измерения частоты к измерению периода. Кроме того, могут использоваться способы умножения измеряемой частоты, нониусный (верньерный) способ растяжки дробно части периода и преобразование частоты fх в напряжение с последующим измерением его с помощью цифрового вольтметра.

С помощью электронно-счетного частотомера можно измерять отношение двух частот. В этом режиме переключатель S ставится в положение f1/f2, сигнал с большей частотой (f1) подается на вход 1, а сигнал с меньшей частотой (f2) – на вход 2. Следовательно, время счета t0 формируется из сигнала с частотой f2, а в качестве счетных используются импульсы, которые формируются из сигнала с частотой f1. Количество импульсов N, которые сосчитает счетчик, будет равно искомому отношению частот.

Основным фактором, ограничивающим диапазон частотомера сверху, является погрешность дискретности. Диапазон частот сверху ограничен быстродействием счетчика и составляет примерно 200 МГц. Для расширения частотного диапазона в сторону ВЧ и СВЧ используются два способа: предварительное деление частоты входного сигнала и преобразование частоты.

Answer 2

Метод дискретного счета (или цифрового счета) является одним из наиболее распространенных способов измерения частоты в электронике. Этот метод основывается на подсчете числа периодов (циклов) сигнала за определенный интервал времени. Ниже приведено описание реализации метода дискретного счета для измерения частоты:

1. Ввод сигнала: Сначала необходимо подключить исследуемый сигнал (сигнал, частоту которого нужно измерить) к входу счетчика.

2. Дискретизация сигнала: Сигнал дискретизируется с использованием аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), чтобы его можно было обработать в цифровой форме. Это делается путем измерения амплитуды сигнала в определенные моменты времени (обычно с высокой частотой дискретизации).

3. Подсчет периодов: Алгоритм счетчика начинает отслеживать изменения уровня сигнала и регистрировать моменты перехода через нулевую амплитуду (например, от положительного к отрицательному и обратно). Эти моменты переходов сигнализируют о завершении одного периода сигнала.

4. Вычисление частоты: После сбора достаточного количества периодов (циклов) сигнала, алгоритм счетчика подсчитывает количество периодов и делит его на известное время измерения (как правило, в секундах). Это позволяет определить частоту сигнала в герцах (Гц).

5. Отображение и вывод результатов: Полученное значение частоты может быть отображено на экране счетчика или передано во внешние устройства для дальнейшей обработки или записи.

Реализация метода дискретного счета обычно предусматривает использование специализированных микросхем или интегральных схем, которые могут автоматически считать периоды сигнала и проводить необходимые вычисления. Счетчики частоты, такие как 74HC4040 или более продвинутые микросхемы, широко используются для этих целей.