Разработка измерителя частот для сетей переменного тока

           movwf   LED1

           movf    Thou,0

           movwf   LED2

           movf    Hund,0

           movwf   LED3

           movf    Tens,0

           movwf   LED4

           movf    Ones,0

           movwf   LED5

           return 
 

   ;----------------------------------------------------------------------;

   ;               Подсчет импульсов таймером 1;

   ;----------------------------------------------------------------------;

   Count_Hz      

        

          clrf    FrLow

          clrf    FrHig

          movlw   .10

          movwf   TTt

          movlw   .176

          movwf   Temp1

          clrf    TMR1H

          clrf    TMR1L

          bcf     PIR1,0

          bsf     T1CON,0

   DelayT100

          movlw   .189

          movwf   Temp2

          decfsz  Temp2,1

          goto    $-1

          decfsz  Temp1,1

          goto    DelayT100

          movlw   .175

          movwf   Temp1

          decfsz  TTt,1

          goto    DelayT100

          movlw   .50

          movwf   Temp3

          decfsz  Temp3,1

          goto    $-1

          bcf     T1CON,0

          movf    TMR1H,0

          movwf   FrHig

          movf    TMR1L,0

          movwf   FrLow

          clrf    SelFr

          return 
 

   ;----------------------------------------------------------------------;

   ;                           Основная программа                              ;

   ;----------------------------------------------------------------------; 
 

   main:

          call ClearVar

          call init               ; initialize ports, set up timer

          call initlcd            ; initialize the LCD

          call Zummer

   Restart

          call  Count_Hz

          btfsc PIR1,0

          btfsc PIR1,0

          btfsc PIR1,0

          call  OutFrDis

          call  Line1

          call  Text1

          movlw .0

          xorwf SelFr,0

          btfsc STATUS,Z

          call  FreqHz

          movlw .1

          xorwf SelFr,0

          btfsc STATUS,Z

         

          goto  Restart 

          end 

4. Результаты  эмуляции программы  в пакете Proteus 7 professional

 

Рисунок 4 – измерение верхней частоты диапазона 

Рисунок 5 – измерение нижней частоты диапазона

     Рисунок 7 – прохождение цифрового сигнала через входной формирователь 

   Рисунок 8 – прохождение гармонического сигнала через входной формирователь

6. Анализ временных  соотношений и оценка погрешностей 

     Разрабатываемый частотомер позволяет измерять частоты с малой и постоянной погрешностью в широком диапазоне. Измеряемый сигнал поступает на вход прибора и преобразуется в периодическую последовательность импульсов, период следования которых Т_х равен периоду исследуемого сигнала. Независимо от этой последовательности формируются первые временные ворота длительностью Δt₁. Они заполняются n импульсами периодической последовательности. Затем число n фиксируется. Отношение Δt₁/n соответствует значению T´_x измеряемой частоты, а величина n/Δt₁ – значению f΄_x частоты. Его отклонение от значения f_x определяется погрешностью дискретности.…………………………………                 

Рисунок 4 – временные диаграммы  работы частотомера  

     Одновременно  формируются вторые временные ворота, такие, что их фронт соответствует  импульсу последовательности, появившемуся сразу после начала первых ворот, а срез – импульсу, возникающему сразу после окончания первых ворот. Таким образом, длительность вторых временных ворот целому числу периодов исследуемого сигнала, т. е. Δt₂=nT_x.

     Фронт и срез образованных ворот синхронизированы с моментами появления импульсов  периодической последовательности, сформированной из исследуемого сигнала, поэтому погрешность округления исключается. Вторые временные ворота заполняются счетными импульсами, число N которых фиксируется.

     Формула для нахождения значения измеряемой частоты получают следующим образом. Число импульсов, попавшие во вторые временные ворота определяется отношением N=nT_x/T_сч=nF_сч/f_x, откуда

      , (6.1)

     где F_сч – частота следования счетных импульсов, значение которой известно.

     Точность  измерения частоты определяется погрешностью дискретности измерения  интервала времени nT_x.

     Можно определить значение относительной погрешности дискретности измерения частоты δ_f. Максимальное значение относительной погрешности дискретности измерения интервала времени Δt₂=nT_x определяется через абсолютную погрешность. Так как этот интервал заполняется счетными импульсами с периодом следования Т_сч, то максимальная абсолютная погрешность Δ₂=±Т_сч. Тогда максимальная относительная погрешность

     δ₂=±Т_сч/Δt₂=±T_сч/nT_x (6.2)

     Равенство Δt₂=nT_x можно представить в виде f_x=n/Δt₂. Тогда в соответствии с правилами вычисления погрешностей косвенных измерений погрешность измерения функции f_x связана с погрешностью измерения аргумента Δt₂.

     δ_f=δ₂

     После подстановки δ₂ из (6.1)

     δ_f=±Т_сч/nT_x=±(f_x/n)Т_сч (6.3)

     При подстановке в (3) вместо f_x/n отношения f'_x/n=1/Δt₁ получается

     δ_f=±Т_сч/Δt₁=±1/(F_счΔt₁) (6.4)

     Формула (6.4) приводит к выводу, что максимальное значение относительной погрешности дискретности измерения частоты изложенным вариантом метода дискретного счета не зависит от значения измеряемой частоты и, следовательно, постоянно во всем диапазоне измерения.

     Необходимая при этом частота дискретизации

     F_сч=1/(δ_fΔt₁), (6.5)

     где δ_f – заданная погрешность дискретности измерения.

     К примеру, при частоте следования счетных импульсов 4 MГц и длительности временных ворот 1 с  максимальное значение погрешности дискретности равно δ_f=±1/4*10⁶=0,25*10^-6=25*10^-6 %.

      В реальном приборе погрешность будет значительно больше так, как на ее значение будут влиять характеристики элементов входного формирователя, отклонения их параметров от наминала, условия эксплуатации и т.д. Экспериментально полученная погрешность не превышает 1%, что отвечает требованию технического задания.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выводы 

     В настоящее время цифровые частотомеры  получили широкое  распространение  не только у радиолюбителей, но и у профессионалов. Лаборатория современного радиолюбителя просто немыслима без частотомера, ведь прибор для измерения частоты – прибор первой необходимости. Это объясняется возрастающей потребностью измерения частоты. Современные частотомеры используются не только как устройства для измерения частоты, но и в качестве цифровой шкалы, а также в качестве составляющих многих других более сложных РЭА.    

     В данном курсовом проекте был разработан простой цифровой частотомер гармонических  и периодических импульсных сигналов на микроконтроллере PIC16F628A с ЖКИ, работающий в диапазоне от 20 до 1000 Гц. Конструкция и настройка прибора настолько проста, что его могут повторить и начинающие радиолюбители.          
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Литература

1. Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. – М.:ООО ” ИД СКИМЕН”, 2002. – 336 с., илл.
2. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник – “Солон”, “Микротех”, 1996 г. –176 с.: ил.
3. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов.                 М.: Солон-Р, 2001. – 334 с.: ил.
4. Контрольно-измерительная техника. Под ред. Б.И. Горбунова. - М.: Высшая школа, 1987 г.
5. Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. Электрорадиоизмерения: Учебник для техникумов. – М.: Радио и связь, 1985 г.
6. Ермолаев Р.С. Цифровые измерительные приборы. Л., «Энергия», 1981г.
7. Попов В.С. Электрические измерения. Учебник для техникумов. – М.: «Энергия», 1984 г.