10.7.Автоматизация процессов измерения частоты ц интервалов времени
Повсеместное внедрение интегральной микроэлектроники и компьютерной техники выявило тенденцию построения измерителей временных интервалов (ИВИ) и частотомеров. В настоящее время практически отпала необходимость в параллельном развитии двух ранее вполне самостоятельных групп измерительных приборов, таких, как ЭСЧ и ИВИ. Сейчас имеются и разраба-тываются многофункциональные приборы, полностью удовлетворяющие всем требованиям, которые раньше в отдельности предъявлялись к этим измерителям. Так, в последних выпусках измерительных приборов, построенных с использованием микропроцессорного контроллера, функции измерения интервалов времени, периода и частоты реализуются на единой основе.
Упрощенная структурная схема цифрового измерительного прибора с микропроцессорным контроллером представлена на рис. 10.10.
Схема ИВИ содержит следующие блоки: измеритель частоты и интервалов времени, интерполятор, селектор, формирователь, блок регистров, ЦАП, синтезатор частоты (выполнен в виде кварцевого генератора с последующим умножением частоты), микропроцессорный контроллер (МПК), интерфейс, блоки управления и индикации, источник питания. МПК является основой прибора и включает в себя устройство вычислительное управляющее, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), программируемое (постоянное) запоминающее устройство (ПЗУ). Измеритель частоты и интервалов времени содержит усилители-формирователи входных сигналов, делитель частоты, коммутатор, запоминающее устройство и дешифратор, который содержит программу работы прибора с данным блоком.
Селектор измерительного прибора формирует из входного колебания измеряемый интервал времени, а из сигнала опорной частоты кварцевого генератора — эталонный интервал времени, равный измеряемому с точностью до длительности периода сигнала опорной частоты.
Схема интерполятора включает два одинаковых канала и служит для расширения импульсов, отражающих погрешности дискретизации, и последующего их измерения методом счета числа колебаний опорной частоты. Формирователь готовности содержит дешифратор управления селектором и счетчики числа импульсов, а также вырабатывает специальный сигнал, задающий время работы селектора.
Блок регистров содержит основную часть счетчиков, а также дешифратор управления, вырабатывающий сигнал сброса регистров, установки в исходное состояние селектора, приема и выдачи информации. Схема совпадения выдает сигнал в момент переполнения счетчика. Сигнал с выхода схемы совпадения подготавливает окончание времени счета прибора. В данной схеме узел ЦАП предназначен для измерения уровня запуска прибора в режиме ручного управления и для установки требуемого уровня запуска в режиме дистанционного управления прибором.
Блок управления и индикации управляет блоком индикатора и преобразует командные сигналы, поступающие с МПК, в управляющие сигналы прибора. Он также содержит цифровой индикатор и клавиатуру для ввода данных. Интерфейс обеспечивает работу прибора в измерительных системах с каналом общего пользования. Блок питания вырабатывает питающие напряжения. Синтезатор частоты с кварцевым генератором создает стабильные гармонические колебания различной частоты (частотой 5 МГц и т.д.).
Технические характеристики МПК определяются в основном параметрами стандартных современных отечественных или иностранных микропроцессоров и КМОП интегральных микросхем, на которых построено большинство устройств сопряжения. МПК подключается к устройствам памяти непосредственно через приборную магистраль, к другим устройствам измерительного прибора — частично через приборную магистраль и блок управления. В приборе предусмотрен режим самоконтроля, осуществляемый измерением частоты или периода собственного опорного сигнала кварцевого генератора частотой 100 МГц. Для внутренних связей и подключения к внешним устройствам, например к компьютеру, в измерительном приборе имеются три вида цифровых магистралей: шина управления (ШУ), адресная
шина (ШA) и шина данных (ШД).