Разработка PIC-контроллера устройства измерения временных величин сигналов (стр. 5 из 9)

Такое включение позволяет прибору не вносить дополнительное сопротивление при измерениях. Транзистор VT2 включен в стандартном ключевом режиме и предназначен для усиления входного сигнала по напряжению.

Основной элемент PIC-контроллерного устройства измерения временных велечин сигналов — микроконтроллер PIC16F84, осуществляющий счет импульсов, поступающего на вход прибора после усилителя–формирователя, обработку полученных значений и вывод результатов измерения на табло. Частота (в герцах) отображается индикаторами HG1—HG4 в формате X,YZ·10`Е Гц, где X,YZ — десятичное значение частоты сигнала, а Е — порядок.

Микроконтроллер PIC16F84 имеет в своем составе восьмиразрядный модуль таймера (ТМR0), который может использоваться с восьмиразрядным предделителем. Последний функционирует асинхронно, поэтому таймер способен считать частоту сигналов значительно выше частоты генератора микроконтроллера, которая равна 4 МГц. Минимальное время высокого и низкого уровней входного сигнала — 10 нс, что позволяет модулю ТМR0 функционировать от внешнего сигнала частотой до 50 МГц. Предделитель задействован для повышения точности измерений. Так как его предельный коэффициент деления равен 256, максимальная разрешающая способность счетчика составляет 16 двоичных разрядов. Однако полностью содержимое предделителя невозможно считать программно, подобно регистру. Поэтому чтобы обеспечить разрешающую способность измерения 16 разрядов — 8 старших разрядов считываются из ТМR0, а 8 младших — из предделителя.

Измеряемый сигнал через резистор R2 поступает на вывод RA4 DD1, являющийся входом внешнего сигнала (T0CKI) таймера TMR0. Этот вывод соединен с RB0, переключением которого осуществляется управление режимом счета. Перед измерением производится сброс TMR0 (при этом сбрасывается и предделитель).

Для измерения вывод RB0 конфигурируется как вход на точные интервалы времени, что позволяет внешнему сигналу поступать на вход таймера. Отсчет длительности интервалов осуществляется "зашитой" в микроконтроллер программой и выполняется как точная временная задержка. По истечении ее выход, TMR0 прекращает работу, поскольку на RA4 устанавливается низкий уровень, и внешний сигнал перестает поступать на его вход.

Затем считывается накопленное 16–разрядное значение числа периодов входного сигнала: в старшие 8 разрядов записывается содержимое TMR0, а в младшие — предделителя. Для получения значения предделителя выполняется подпрограмма (с этой целью на выводе RA4 командами BSF и BCF переключается выходной уровень, т.е. программно формируется последовательность коротких импульсов). Каждый импульс инкрементирует предделитель и счетчик импульсов N, после чего проверяется содержимое TMR0, чтобы определить, увеличилось ли оно. Если оно возросло на 1, восьмиразрядное значение предделителя определяется по содержимому счетчика импульсов N как 256 — N. Далее 16–разрядное двоичное значение частоты преобразуется в 6–разрядное десятичное, которое округляется до трехзначного, а затем формируется указанный выше экспоненциальный формат для вывода на табло в динамическом режиме. Сканирование индикаторов происходит с частотой примерно 80 Гц. Высокая нагрузочная способность микроконтроллера позволила подключить индикаторы непосредственно к его выводам.

Измерение производиться в два этапа. Сначала формируется интервал времени (программа задержки) длительностью 1 мс, что соответствует области высоких частот. Если полученное значение частоты более 127 (старший байт — значение TMR0 — и старший разряд младшего байта — значение предделителя — не равны 0), оно преобразуется, и результат выводится на индикаторы. После этого цикл повторяется.

Если же значение частоты менее 127, выполняется второе измерение (для низких частот), при котором формируется интервал времени длительностью 0,5 с. Для оптимизации работы микроконтроллера он объединен с циклом вывода результата предыдущего измерения на индикаторы. Значение частоты более 127 преобразуется для индикации, при меньшем показания индикаторов обнуляются (частота входного сигнала — вне диапазона измерений или отсутствует вообще). После этого в обоих случаях полный цикл измерения повторяется.

2 Аппаратно-программные средства

контроля и диагностики устройства

2.1 Аппаратные средства контроля

При помощи данных измерительных приборов возможна полная наладка и подготовка устройства к работе, а также профилактика в дальнейшем

2.1.1 Логический пробник (одноконтактный)

Однокристальный логический пробник – прибор для индикации двоичного состояния элементов дискретных схем (см. рисунок 2.1).

Задача логического пробника – упростить проверку логических схем, давая пользователю возможность наблюдать логические уровни без настройки и калибровки, которые необходимы при измерениях с помощью осциллографов.

Очень важным достоинством логических пробников является возможность работы с различными ИС. Это очень удобно при эксплуатации вычислительных систем, где, как правило, используются различные комплексы ИС.

Важное качество пробника – это четкость и однозначность показаний.

Основные преимущества логических пробников – компактность, возможность работы в труднодоступных местах, питание от источника проверяемого логического устройства, удобство работы.

Рисунок 2.1 — Логический пробник (режим запоминания одиночных импульсов)

2.1.2 Осциллограф (С1-65А)

Осциллограф – это контрольно-измерительный прибор для измерения параметров сигналов.

Осциллографы компонуют с другими измерительными приборами для повышения их эффективности при эксплуатации, например с мультиметром, приставкой для подсчета логических переключений, цифровым индикатором для отсчета значений напряжений и временных параметров.

1. Основные сведения:

1.1 Осциллограф универсальный С1 - 65А предназначен для исследования формы электрических сигналов путем визуального исследования и измерения их амплитуды и временных параметров.

1.2 Осциллограф может эксплуатироваться в следующих условиях:

а) температура окружающего воздуха от 243 К ( - 30 С) до 323 К (+50 С);

б) относительная влажность окружающего воздуха до 98% при температуре до 308 К ( +35 С);

в) атмосферное давление 100

4 кПа.

1.3 Осциллограф удовлетворяет требования ГОСТа 22261 – 76 и

22737 – 77.

По точности воспроизведения формы сигнала, точности измерения временных интервалов и амплитуд осциллограф С1 – 65А относится ко II классу ГОСТа 22737 – 77.

2. Техническиеданные:

2.1 Рабочая часть экрана осциллографа:

по горизонтали – 80 мм ( 10 делений)

по вертикали – 64 мм (8 делений)

2.2 Минимальная частота следования развертки, при которой обеспечивается наблюдение исследуемого сигнала на наиболее быстрой развертки , не более 50 Гц.

2.3 Нормальный диапазон амплитудно-частотной характеристики тракта вертикального отклонения находиться в пределах от 0 до 10 МГц. При коэффициенте отклонения 0,005 В/дел. – от 0 до 7 МГц.

2.4 Время нарастания переходной характеристики тракта вертикального отклонения в положениях 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; переключателя V/дел. не превышает 8 нс; в положении 0,005 переключателя V/дел. не превышает 10 нс; в положениях 0,01; 0,02; 0,05; не превышает 7 нс.

2.5 Неравномерность переходной характеристики (отражения, синхронные наводки) после времени установления 3

, от считываемого от точки на фронте ПХ, расположенной на уровне 0,1, не должна превышать 1,5%.

2.6 Параметры входа канала вертикального отклонения:

а) входное сопротивление 1

0,03 МОм;

б) входная ёмкость, параллельная входному сопротивлению, не превышает 25 пФ

в) входное сопротивление с выносным делителем 1: 10 10

1 МОм с ёмкостью, параллельной входному сопротивлению, 10 2 пФ;

г) вход закрытый и закрытый.

2.7 Коэффициент отклонения устанавливается одиннадцатью ступенями от 0,005 до 10V/дел. с плавной регулировкой коэффициента отклонения относительно калиброванного положения не менее чем в 2,5 раза.

2.8 Нелинейность отклонения не превышает 10%

2.9 Пределы перемещения луча по вертикали не менее

64 мм.

2.10 Допускаемое суммарное значение постоянного и переменного напряжения исследуемого сигнала на закрытом входе усилителя вертикального отклонения (УВО) 300 В.

2.11 Максимальная допускаемая амплитуда исследуемого сигнала не превышает:

а) при работе без выносного делителя 60 В

б) при работе с выносным делителем 300 В.

2.12 Минимальное значение исследуемого сигнала, при котором обеспечивается класс точности осциллографа, не более 15 мВ.

2.13 Минимальная длительность исследуемого временного интервала , при которой обеспечивается класс точности осциллографа, не более 35 нс.

2.14 Предел допускаемой основной погрешности измерения напряжения не превышает

5% в нормальных условиях применения и 6% в рабочих условиях применения.

2.15 Значение коэффициента развертки: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50 мкс/дел.; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50 мс/дел.

2.16 Предел допускаемой основной погрешности измерения временных интервалов во всем диапазоне развертки ( кроме растянутой ) при размере изображения по горизонтали не менее двух делений не превышает

5% в нормальных условиях применения и 6% в рабочих условиях применения.