2.6. Измерение периода электрических сигналов.

Маркировка приборов для измерения периода начинается с символов 43-. Наиболее эффективен при построении периодомеров метод дискретного счета (рис. 2.25).

Принцип действия электронно-счетного периодомера во многом аналогичен рассмотренному в п.2.5. принципу действия электронно-счетного частотомера. Отличие лишь в том, что здесь логический ключ Кл замыкается не на фиксированную длительность эталонного промежутка времени, а на длительность измеряемого периода Т_х. Пока ключ Кл замкнут, через него на счетчик Сч поступают тактовые импульсы из цепи Г-ДЧ. Чем больше Т_х, тем до большего числа досчитает счетчик Сч, и, следовательно, код на его выходе является цифровым эквивалентом измеряемой величины. В остальном к периодомеру применимы все пояснения, изложенные выше в отношении цифрового частотомера.

a)

б)

Рис. 2.25. Электронно-счетный периодомер:

а) функциональная схема;

б) эпюры напряжений.

Число импульсов, подсчитанное счетчиком Сч,

n = T_x / T₀ = f₀ T_x ,

где f₀ – частота импульсов на выходе делителя частоты ДЧ. Значение f₀ обычно выбирают из ряда: f₀=10^m Гц, где m – целое положительное число. В этом случае число n совпадает со значением Т_х, выраженным в секундах или ее дольных единицах.

Погрешности цифрового периодомера определяются нестабильностью частоты f₀ импульсов на выходе делителя частоты ДЧ и дискретностью квантования Т_х. Как указывалось выше (в п.2.5), при кварцевой стабилизации частоты γ_{f 0}≤10 ^{– 9} . Максимальное же значение относительной погрешности дискретности, равное также ±1/n, для периодомера падает при снижении частоты f_х (что эквивалентно увеличению периода Т_х). Чем меньше Т_х, тем выше надо брать значение частоты f₀, чтобы уменьшить погрешность дискретности.

Цифровой периодомер достаточно легко может быть трансформирован в измеритель временных интервалов ∆t_x, задаваемых короткими импульсами Старт и Стоп. Для этого из его функциональной схемы (см. рис.2.25) следует изъять формирователь Ф1 и триггер со счетным входом Т и ввести триггер с устанавливающим и сбрасывающим входами (RS-триггер), выход которого подключить к управляющему входу ключа Кл и ко входу формирователя Ф2, а на входы S и R подавать импульсы Старт и Стоп соответственно. Аналогично с помощью этой же схемы можно измерять длительность прямоугольных импульсов, совместимых по низкому и высокому уровням с принятым в устройстве, если подавать их непосредственно на управляющий вход ключа Кл и на вход формирователя Ф2. Если совместимости по уровням не наблюдается, то в схему включается дополнительный входной формирователь (преобразователь уровней).

Поскольку в цифровых частотомере и периодомере используются одни и те же функциональные узлы, лишь скоммутированные по-разному, то на практике выпускаются универсальные цифровые измерительные приборы, позволяющие измерять частоту f_х, период Т_х, интервалы времени ∆t_х, отношение частот f₁/f₂ и подсчитывать количество импульсов.

К этому же ряду приборов относятся цифровые хронометры (часы) и таймеры. Цифровой хронометр (часы) (рис. 2.26) предназначен для измерения времени. Его принцип действия сходен с принципами действия периодомера и измерителя временных интервалов. Цепь Г-ДЧ формирует последовательность импульсов частотой 1Гц (этой частоте соответствует период следования ровно 1с). Счетчик Сч1 с коэффициентом пересчета 60 осуществляет подсчет числа секунд, счетчик Сч2 с тем же коэффициентом пересчета – числа минут, счетчик Сч3 с коэффициентом пересчета 24 – числа часов. Текущее состояние всех трех счетчиков отображается на цифровых индикаторах ЦИ1, ЦИ2, ЦИ3.

Рис. 2.26. функциональная схема цифрового хронометра.

Любые часы должны давать пользователю возможность оперативной корректировки их показаний с целью приведения в соответствие с текущим точным временем. Для этого в схеме присутствует узел коррекции УК. Смысл его функционирования сводится к тому, что последовательная цепочка из счётчиков механическими переключателями разрывается, и на входы сначала одного, затем другого и, наконец, третьего счётчика подаются импульсы из цепи Г-ДЧ. Как только текущее состояние корректируемого счётчика достигает потребного значения (контролируется по соответствующему индикатору), то подача импульсов на его вход прекращается. После этого счётчики со скорректированными таким образом состояниями вновь объединяются в последовательную цепочку, но вот подключение ко входу счётчика Сч-1 выхода ДЧ производится не сразу, а синхронно, к примеру, с сигналами точного времени.

Цифровой таймер (рис. 2.27) также предназначен для измерения времени, но не непрерывного , а в виде наперед заданных отрезков. Вначале пользователь внешними механическими переключателями задатчика кода ЗК устанавливает потребную длительность временного промежутка. С подачей управляющего импульса Старт осуществляется запись кода ЗК во входной регистр реверсивного счетчика РС (это второй равноценный способ предварительной установки состояния счетчика импульсов, первый был описан выше при анализе функционирования цифрового хронометра) и взводится триггер Т. Логическая “1” с выхода последнего поступает на управляющий вход генератора Г, разрешая генерацию тактовых импульсов.

Рис.2.27. Функциональная схема цифрового таймера.

Последовательность импульсов пониженной частоты с выхода делителя частоты ДЧ поступает на вычитающий вход счетчика РС, код на выходе которого, контролируемый по индикатору ЦИ, начинает монотонно уменьшаться. Как только счетчик РС досчитывает до нуля, на его выходе переполнения по минимуму появляется одиночный импульс, который сигнализирует об окончании заданного промежутка времени (Стоп) и сбрасывает триггер Т, прекращая тем самым дальнейшую генерацию импульсов. Если частота импульсов с выхода делителя ДЧ равна 1Гц, то время выдержки, задаваемое задатчиком ЗК, измеряется в секундах, если 1кГц, то в миллисекундах и т.д.