sotrud.ru 1




Лабораторная работа № 3

ТЕМА: ИИС на примере контроллера SSJKS4. Измерение частоты сигналов.
ЦЕЛЬ: Практическая работа с контроллером SSJKS4. Измерение частоты входных сигналов.
Ход работы:
Измерение частоты (Fxx) внешних сигналов с оптического датчика (оборотов двигателя).

В частотоизмерительной технике основополагающей характеристикой периодического сигнала является период. Периодом T периодического сигнала называют наименьший интервал времени, через который регулярно последовательно повторяется произвольно выбранное мгновенное значение u(t) периодического сигнала. Частота f периодического сигнала – физическая величина, значения которой представляют обратные значения периода этого сигнала. Соотношение между значениями частоты и периода определяется известной формулой (4)



Рис.29

Измерение периода периодического сигнала представляет частный случай общей задачи измерения интервалов времени. Обычно измеряемый интервал Tx задан двумя импульсами (рис.29,а): опорным (So) и интервальным (Si). По отношению к периоду периодического сигнала моменты положений опорного и интервального импульсов на оси времени – это моменты двух соседних переходов исследуемого сигнала через нулевой уровень с производной одинакового знака, например положительного (пересечения оси времени снизу вверх).


На рис.29 представлены несколько примеров организации счётных импульсов. Следует отметить, что при различных способах их формирования, период следования (Tx) счётных импульсов остаётся неизменным.

Сигналы TTL-уровня Us1-Us3, поступающие непосредственно на вход измерительной системы, можно формировать каскадом с использованием компаратора или транзистора в ключевом режиме.

Кроме 8-ми аналоговых входов, в контроллере предусмотрен 9-ый вход (разъём XR4.3) для контроля импульсных сигналов.

Входной каскад представлен на рис.30. Резисторы R2`, R4 включены как базовый делитель входного напряжения, диод VD3 шунтирует отрицательную полуволну входного сигнала.



Рис.30

Контроллер производит измерение частоты входных сигналов в диапазоне - 0,45 Hz …65 kHz, амплитудой ±3V…±10V или импульсов TTL - уровня.

Программное обеспечение контроллера позволяет произвести измерение частоты тремя способами:

- измерение временного интервала Tx между опорным (So) и интервальным (Si) импульсами в диапазоне 0,45 Hz…100 Hz.

- измерение количества импульсов So(i) за эталонный интервал времени Tэт в диапазоне 100 Hz…65 kHz (для Tэт = 1сек). Обычно за Tэт принимают ряд значений: 1сек,100ms,10ms,1ms.

- измерение временного интервала Tx по осциллограмме, с учётом времени замера одного кадра [T/del_Nps] и числа точек в кадре [Oscillator_points];

1 и 2-ой способы измерения частоты основаны на применении аппаратного таймера-счётчика (TC1) микропроцессора AT90S8515. После очередного замера, 2-х байтный код, соответствующий частоте входного сигнала, передаётся в PC и выводится на панель [Rotation_panel].

На рис.31 приведена схема для исследования. В лабораторной установке применена оптическая пара светодиод (VD1) и фотодиод (VD2) ИК-диапазона. В качестве исполнительного механизма применён электрический двигатель постоянного тока типа ДПМ-30H2-04. На валу двигателя закреплена металлическая пластина ( l = 30mm; h = 10mm). При вращении вала двигателя, пластина периодически перекрывает оптический канал оптопары, что соответствует единичному импульсу на один оборот.


Регулировка оборотов, а также реверс двигателя осуществляется программируемым источником напряжения U1 (кнопками <+> / <–>), расположенным на передней панели стенда SSJKS1.



Рис.31

Пример электрического интерфейса фотоприёмника изображён на рис.32. Фотодиод VD2 (ФД256) включен в базовый делитель R2/R4 транзистора VT1. При отсутствии излучения, генерируемого светодиодом VD1 (в случае перекрытия оптического канала), транзистор VT1 закрыт, и выходной сигнал в контрольной точке X1 соответствует уровню лог.”1”. При наличии излучения, транзистор VT1 открывается и на выходе формируется сигнал, соответствующий лог.”0”. При закрытом транзисторе VT1, подпитывающий резистор R3 обеспечивает уровень лог. “1”. Контрольная точка X1 подключена непосредственно ко входу [2] DD1 CPU, который является внешним входом таймера-счётчика TC1 микропроцессора AT90S8515.



Рис.32

Для проведения коммутаций необходимо использовать монтажную схему печатной платы контроллера, помещённую в описании ЛР№ 1 “ИИС на примере контроллера SSJKS4. Интерфейс. Цифровое осциллографирование”, рис.7.

- подключите питание контроллера SSJKS4 через разъём XR3.

- подключите оптопару (VD1/VD2) к разъёму XR4 контроллера.

- контрольную точку X1 контроллера SSJKS4 (см. монтажную схему рис.7, ЛР№ 1) подключите к 1-му аналоговому каналу Ch1 (XR6.7). 2-ой свободный канал Ch2 (XR6.6) рекомендуется подключить к общему проводу.

- для измерения оборотов двигателя и частоты внешнего сигнала включите кн.[Rotation].

- изменяя напряжение программируемого источника U1 (кнопками <+> / <–>), заполните данные для значений [Fxx] и [ω], согласно вариантов табл.2.


Табл.2


Номер варианта, №

U1, (V)

Fxx, (Hz)

(практич.)

ω, (об/мин)

Tимп,

(ms)

Fxx, (Hz)

(расчётн.)

7

8.0

54

3260









Для записи осциллограммы импульсов с оптического датчика произведите соответствующие установки: [ADC_mode / A_8bit], [Regime / Oscillator], [ADC_mux / Ch1].

- используя кнопку “CYCL” произведите запуск цикла измерения.

В окне [T/del_Nps] индицируется значение временного интервала (ms), в течение которого контроллер производил замер данного кадра. Окно [Oscillator_points] содержит число точек (пикселов) в кадре.

- на панели [T/Del_Nps] выберите [51,5 ms].

- остановив процесс измерения кнопкой “STOR”, сохраните полученное изображение в формате *.bmp, для соответствующего варианта (см. пример рис.33).

Для данного замера [T/del_Nps] = 51,5 ms, [Oscillator_points] = 448 points.



Рис.33

Вывод: в ходе лабораторной работы была измерена частота сигналов. Чстота была определена экспериментально с помощью контроллера SSJKS4, а также определена аналитически используя осциллограмму следования импульсов. Абсолютная погрешность между экспериментально измеренной частотой и рассчитанной составляет 0,053 Гц, что является приемлемым для данного случая.