7. Приєднайте до другого входу елементу логічного «І» вихід генератора тактових імпульсів (елемент GClock з вкладок Digital Primitives – Stimulus Generators).

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

9. Приєднайте інверсний вихід D – тригера (QB) до входів MR1 та MR2 двійкового лічильника.

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

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

12. Розрахуйте відносну похибку квантування.

13. 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 рази 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 рази 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 рази 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 рази 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

У частотно-вимірювальній техніці основною характеристикою періодичного сигналу є період.

Періодом Т періодичного сигналу називається найменший інтервал часу, через який регулярно послідовно повторюється довільно вибране миттєве значення періодичного сигналу u(t).

3 математичної точки зору це інтерпретується так : період Т – найменший інтервал часу, що відповідає рівнянню u(t+iT)= u(t), де i - будь-яке ціле число.

Принцип дії цифрового періодоміра заснований на квантуванні невідомого періоду сигналу Тx імпульсами зразкової частоти f₀, що їх формує зразкова міра частоти (ЗМЧ).

Структурна схема цифрового періодоміра наведена на рис.11.1, а часові діаграми, що пояснюють принцип його роботи, наведені на рис.11.2.

Рисунок 11.1

Основними елементами приведеної структури є формувач F, пристрій виділення періоду ПВП, генератор зразкової частоти G, схема збігу SW, двійковий лічильник СТ2, перетворювач коду N_T/N_f і цифровий відліковий пристрій. Калібровані за амплітудою і тривалістю імпульси з виходу формувача F надходять на вхід пристрою виділення періоду. ПВП являє собою лічильний тригер Т, на прямому виході якого з імпульсів із частотою f_x формується період Т_x, що вимірюється. Період Т_x у схемі збігу SW квантується імпульсами зразкової частоти f₀.

Протягом кожного періоду Т_x схема SW відкрита одиничним рівнем цього сигналу. Імпульси f₀ із виходу генератора G через відкриту схему SW надходять на вхід лічильника СТ2. У лічильнику після закінчення кожного періоду Т_x формується код

. (11.1)

Рисунок 11.2

Останнє співвідношення є рівнянням перетворення цифрового періодоміра (цифрового частотоміра миттєвих значень), графічне подання (статична характеристика) якого наведено на рис.11.3.

Рисунок 11.3

Значення похибки квантування цифрового періодоміра визначається так

. (11. 2)

Аналіз рівняння похибки квантування (рис.11.4) показує, що можливим шляхом зменшення є збільшення частоти квантування f₀ і вимірюваної величини T_x.

Рисунок 11.4

Збільшення частоти f₀ обмежене швидкодією елементної бази, на якій реалізується частотомір. Тому для зменшення цієї складової похибки для фіксованих T₀ і T_x квантують не один, а декілька періодів невідомої частоти.

Крім похибки квантування в частотомірі миттєвих значень виникає похибка , яка зумовлена неточністю первинного встановлення частоти генератора G, її часовою і температурною нестабільностями, а також похибкою виділення періоду.

Доповнивши структуру періодоміра перетворювачем , в якому виконується операція , одержують схему цифрового частотоміра миттєвих значень.

Знайдемо нижню і верхню межі вимірювань. Нижня межа вимірювань обмежена максимальною ємністю двійкового лічильника і визначається

. (11. 3)

Для визначення верхньої межі вимірювання задамося нормованим значенням похибки квантування і знайдемо f_{x max}:

. (11.4)

Галузь застосування цифрового частотоміра миттєвих значень – вимірювання низьких та інфранизьких частот (до одиниць кілогерц).