Курсовая с практикой на тему Цифровой частотомер (диапазон 0-10^8 Гц)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 6

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 8

1.1 Общие сведения о частоте 8

1.2 Метод дискретного счета 9

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 11

2.1 Выбор метода измерения и составление структурной схемы 11

2.2 Оценка погрешностей 18

2.3 Разработка принципиальной схемы цифрового частотомера 25

2.4 Алгоритм измерения частоты частотомером 28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: 33

Введение:

Частотомер — это радиоизмерительный прибор, который используется для определения частоты периодического процесса и частот гармонических со-ставляющих спектра сигнала.

Современные частотомеры классифицируются следующим образом [4]:

1) По конструкции частотомеры делятся на стационарные, переносные и щитовые.

2) По области применения частотомеры делятся на два класса средств из-мерений: радиоизмерительные и электроизмерительные приборы. В состав электроизмерительных приборов входят электронно-счетные, аналоговые, вибрационные, а также частично конденсаторные. К радиоизмерительным приборам относятся электронно-счетные, гетеродинные, резонансные и кон-денсаторные частотомеры.

3) По методу измерения частотомеры делятся на приборы сравнения и приборы непосредственной оценки.

4) По физическому смыслу измеряемой величины частотомеры делятся на аналоговые частотомеры (для измерения частоты синусоидальных колебаний), приборы для измерения частоты дискретных событий (конденсаторные и элек-тронно-счетные), а также приборы для измерения гармонических составляю-щих (вибрационные, гетеродинные, резонансные).

Среди электронных приборов для измерения электрических величин цифровые приборы занимают важное место в силу ряда причин, одной из та-ких является неограниченная точность.

Целью данной работы является исследование принципа работы и устрой-ства цифрового частотомера.

Для достижения цели необходимо решить ряд задач:

— рассмотреть физическую величину – частоту, ее характеристики и прин-ципы измерения.

— изучить устройство прибора и принцип функционирования;

Цифровой частотомер — это частотомер, при помощи которого можно измерять период и частоту электрических сигналов различной формы, а также длительность импульсов и отношение частот двух электрических сигналов.

Заключение:

Современные требования к измерительным приборам, главными из кото-рых: являются высокая точность, большая разрешающая способность, темпе-ратурная и временная стабильности, могут быть удовлетворены преимуще-ственно за счет применения цифровых способов обработки и представления информации.

Регулировка радиоаппаратуры, получение требуемых параметров не-возможны без применения измерительных приборов различного назначения.

Частотомеры универсальные – измерительные приборы, предназначен-ные для измерения частоты аналоговых синусоидальных колебаний, гармони-ческих составляющих сигнальных спектров (гетеродинных, резонансных, виб-рационных), а также дискретных сигналов (электронно-счётных, конденсатор-ных) [4].

Данные устройства могут не только измерять частоту сигналов, но и сравнивать их форму. В зависимости от конструкции частотомеры бывают щи-товыми, переносными и стационарными.

В данной курсовой работе был спроектирован цифровой часто-томер с диапазоном измерения от 0 до 108 Гц.

Основные характеристики прибора измерения:

— предел измеряемой частоты до 108 Гц;

— допустимая погрешность измерений ± 0,000004 Гц;

— чувствительность – 0,01 Гц.

Принцип действия данного аппарата основан на измерении частоты в со-ответствии с ее определением, т. е. на счете числа импульсов за интервал вре-мени.

Одним из перспективных путей в разработке электронно-радиоизмерительной аппаратуры является группировка определенной части приборов в комплексы с максимально возможным числом общих блоков, например блока питания, отсчетного устройства, блока обработки информации и т. п. В измерительных комплексах можно применять как аналоговую, так и цифровую обработку и вывод информации. Цифровые измерительные прибо-ры до недавнего времени не имели широкого распространения из-за большей сложности, стоимости, габаритных размеров и массы. Применение современ-ной элементной базы, включающей в себя микросхемы средней и большой сте-пени интеграции, позволяет измерительным приборам по стоимости, габарит-ным размерам и массе приблизиться к аналоговым.

Фрагмент текста работы:

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Общие сведения о частоте

Частота (период) является одним из важнейших параметров периодиче-ски изменяющегося напряжения или тока (в общем случае сигнала). Она харак-теризует число повторяющихся циклов сигнала в единице времени и может быть определена как величина, обратная длительности периода повторения сигнала . Единицей частоты служит герц – Гц. Она соответствует частоте такого сигнала, у которого период повторения равен одной секунде [2].

Гармонический сигнал, являясь простейшим периодическим колебанием, характеризуется угловой частотой , связанной с частотой соотношением .

Непостоянство значения частоты во времени оценивается ее относитель-ной нестабильностью, определяемой отношением изменения частоты за интер-вал времени к некоторому мгновенному ее значению, выбранному на этом интервале:

.

Подобным соотношением можно оценить относительную погрешность формирования (или установки) частоты, а также погрешность измерения часто-ты, при этом значение будет отражать отклонение установленного или из-меренного значения частоты от действительного ее значения.

В настоящее время широко используют осциллографические методы из-мерения частоты и метод дискретного счета. Метод дискретного счета широко используется в цифровых измерительных приборах частоты, времени, напря-жения и др.

1.2 Метод дискретного счета

В основе метода дискретного счета лежит определение (подсчет) числа циклов периодического сигнала в течение некоторого счетного устанавливае-мого интервала времени. Этот метод позволяет решить и обратную задачу, т.е. измерения временных интервалов путем определения числа специально сфор-мированных счетных импульсов на измеряемом интервале времени [7].

Допустим, имеется интервал времени , последовательность коротких импульсов с периодом следования или частотой . Эти импульсы называют заполняющими, а частоту – частотой заполнения . Число им-пульсов, попавших во временной интервал, равно .

Рисунок 1.1 — Метод дискретного счета

Соответствие между этими параметрами можно записать в виде выраже-ния:

.

По значению судят о результате измерения. При этом одна из двух других величин – измеряемая, неизвестная, эту величину будем обозначать с индексом « », вторая должна быть известна и определяться параметрами ча-стотомера. Ее будем обозначать с индексом « ».

Использующие метод дискретного счета цифровые частотомеры в первую очередь выполняют измерение частоты периодических колебаний, так-же интервалов времени между характерными мгновенными значениями повто-ряющихся сигналов. Кроме того, они позволяют измерять отношение двух сравниваемых частот, могут выполнять роль счетчиков импульсов, применять-ся в качестве делителей частоты, служить источником напряжений высокоста-бильной частоты.