ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА РЕАЛИЗАЦИИ


При выборе метода построения частотомера следует руководствоваться следующими принципами:

· схема должна обеспечивать требуемую скорость обмена;

· она должна быть экономичной (средства требуемые на реализацию);

· частотомер должен быть простым для реализации;

· для уменьшения времени измерения необходимо выбирать самую высокую частоту тактового генератора и, следовательно, быстродействующие счетчики.

Существует несколько способов реализации поставленной задачи.

цифровое измерение частоты

Обычно цифровое измерение частоты сводится к подсчету ко­личества импульсов входного сигнала в течение заданного ин­тервала времени (временного окна). Этот метод иллюстриру­ется рис.1. Однако он имеет существенные недостатки. Если длительность временного окна выбрана постоянной, то диапазон измеряемых частот будет невелик, и, что еще более важно, точность измерения частоты будет существенно зави­сеть от самой частоты. Очевидно, что при низкой входной частоте эта погрешность будет очень большой, так как коли­чество сосчитанных импульсов будет мало.

Другой метод измерения частоты — косвенный: измеряется период входного сигнала, для чего подсчитывается количест­во импульсов образцовой частоты в течение периода (рис.2), и затем вычисляется обратная ему величина. И этот метод имеет свои недостатки. Здесь противоположная ситуа­ция: если частота входного сигнала велика, то точность изме­рения периода, а значит, и частоты, будет низкой, так как количество сосчитанных импульсов будет мало.

Измерение периода сигнала

Чтобы обеспечить требуемую точность измерения частоты (пе­риода) входного сигнала во всем частотном диапазоне, пред­лагается измерять длительность заданного количества перио­дов входного сигнала, а затем вычислять частоту по формуле:

F = fM/N, где f —- частота опорного тактового генератора, М — количество периодов входного сигнала, N — количество периодов тактового генератора (рис.3). Задавая величину М и получая величину N, мы вычисляем F. При этом, так как относительная погрешность измерения обратно пропорцио­нальна N, то, выбирая М и, следовательно, N, мы можем обеспечить заданную точность измерения. Алгоритм выбора здесь не очень сложен, и за несколько циклов измерения мож­но определить частоту с нужной погрешностью. Для этого мы вполне можем использовать компьютер, оставив на долю аппаратуры УС только подсчет импульсов тактового генератора в течение времени поступления задан­ного количества импульсов входного сигнала.

подсчет импульсов тактового генератора

Один из вариантов алгоритма сводится к тому, что сначала производится измерение длительности одного периода вход­ного сигнала, а затем (если необходимо) количество измеряе­мых периодов входного сигнала увеличивается во столько раз, чтобы погрешность подсчета импульсов тактовой частоты была ниже заданной. При этом потребуется 1, 2 или макси­мум 3 цикла измерения. Другой вариант алгоритма (адаптив­ный) состоит в том, что в первом цикле данного измерения берется то число периодов входного сигнала, которое было получено в предыдущем измерении (то есть здесь мы счита­ем, что частота входного сигнала не изменяется очень быст­ро, что справедливо в большинстве случаев). При этом доволь­но часто бывает достаточно только одного цикла измерения.

Используя такой метод измерения частоты мы можем обеспечить заданную точность измерения.

При реализации данного метода очевидно, что в структурной схеме устройства необходимо наличие:

· буфер шины управления;

· буфер шины данных;

· селектор адреса;

· схема формирования управляющих сигналов;

· генератор тактовых импульсов;

· счетчик входной частоты;

счетчик тактовых импульсов