Masurarea marimilor temporale cu numaratorul universal

MaSURAREA MaRIMILOR TEMPORALE

CU NUMaRaTORUL UNIVERSAL

1. OBIECTIVUL LUCRaRII

- cunoasterea principiului de functionare si a regulilor de folosire a numaratorului universal;

- formarea deprinderilor de folosire a numaratorului universal in efectuarea de masurari a unor marimi temporale;

- efectuarea de masurari de marimi ca: frecventa, perioada, raportul de frecvente, intervale de timp, defazaje s.a.

2. SCURTa DESCRIERE A NUMaRaTORULUI UNIVERSAL

Aparatele numerice pentru masurarea marimilor temporale ca: frecventa, perioada, intervalul de timp, defazajul s.a. sunt in fond numaratoare de impulsuri completate cu elemente conexe in vederea functionarii automate a acestora si cu elemente necesare afisarii numerice a rezultatului masurarii. in aceste aparate marimea de masurat este convertita intr-un numar reprezentand un numar de impulsuri determinat cu ajutorul unui numarator de impulsuri.

Schema bloc simplificata a unui numarator de impulsuri universal pentru masurarea unor marimi temporale este prezentata in figura 1.

Se disting urmatoarele blocuri componente:

- blocul de intrare BI;

- poarta principala PP;

- generatorul de impulsuri GI;

- blocul de numarare, memorare si afisare zecimala BNMAZ;

- blocul de control BC.

Fig.1. Schema bloc simplificata a unui numarator universal.

Blocul de intrare BI indeplineste functia de transformare a semnalului de intrare, care este un semnal periodic, intr-un tren de impulsuri cu o forma si marime dependenta de logica interna a numaratorului. Acest bloc este alcatuit dintr-un atenuator de intrare cu divizor de tensiune pentru a incadra nivelul semnalului intern in limitele admisibile, dintr-un limitator de tensiune cu diode Zener, pentru a asigura protectia blocurilor interne la supratensiuni, dintr-un convertor de impedanta, care sa permita alegerea nivelului optim de triggerare si dintr-un bistabil (trigger) Schmidt, care sa transforme semnalul astfel prelucrat intr-un tren de impulsuri dreptunghiulare.

Unele numaratoare universale au doua blocuri de intrare pentru a putea efectua si masurari ale unor marimi ce exprima dependenta dintre ele: diferenta, raportul s.a.

Poarta principala este un operator SI cu doua intrari: una pentru trenul de impulsuri, iar cealalta pentru comanda inchiderii/deschiderii acesteia. Impulsurile trec prin poarta numai atunci cand intrarea de comanda este pusa pe 1 logic. Comanda poate fi directa - cu un singur semnal logic, sau poate fi facuta prin intermediul unui bistabil comandat prin doua semnale logice: unul pentru inchiderea, iar celalalt pentru deschiderea portii.

Generatorul de impulsuri GI si divizorul de frecventa al bazei de timp DFBT genereaza mai multe trenuri de impulsuri cu frecvente diferite dar cunoscute si foarte stabile in timp. Este vorba de un generator de impulsuri GI cu cristal de cuart cu frecventa de circa 10 MHz, cuplat cu un divizor de frecventa in trepte cu raportul de divizare de la 1 la 10 de la o treapta la alta.

Blocul de numarare, memorare si afisare zecimala este alcatuit dintr-un numarator de impulsuri NI in cod binar, alcatuit din 4-9 numaratoare binare decadale, dintr-un registru tampon si dintr-un dispozitiv de afisare zecimala optoelectronic, dotat cu decodificator corespunzator.

Blocul de control BC asigura coordonarea activitatii tuturor componentelor sistemului in concordanta cu operatia ce se doreste a fi executata: masurarea de frecventa, de perioada, de defazaj s.a. Prin selectorul de mod de lucru SML si unele comutatoare bipozitionale se realizeaza anumite conexiuni interne care fac posibila operatia dorita.

Blocul de control comanda inchiderea/deschiderea portii principale, comanda stergerea continutului numaratorului si registrului, comanda transferul continutului registrului catre afisajul optoelectronic sau catre alt destinatar, comanda avertizarea optica in caz de depasire a domeniului de masurare s.a.

Numaratoarele universale au numeroase utilizari in masurarea marimilor temporale. Dintre acestea cele mai importante sunt urmatoarele:

masurarea frecventei;

numararea (totalizarea) impulsurilor;

masurarea perioadei;

determinarea raportului dintre doua frecvente;

masurarea unui interval de timp;

masurarea defazajului dintre doua semnale periodice;

divizarea frecventei;

masurarea oricarei marimi convertite in frecventa.

Numaratoarele universale sunt aparate de mare precizie. Performantele maxime ale acestor aparate sunt insa conditionate de alegerea optima a rezolutiei in stransa dependenta de timpul masurarii.

Pentru a obtine o rezolutie mare, adica afisarea rezultatului masurarii cu cat mai multe cifre semnificative, este necesar ca poarta principala sa fie deschisa un timp destul de mare, care in unele cazuri poate fi inaccetabil de mare. in astfel de cazuri se poate renunta la rezolutia maxima si se alege o rezolutie mai mica insa la un timp de masurare acceptabil. Prin urmare trebuie realizata o alegere optima a bazei de timp, prin selectorul bazei de timp SBT astfel incat sa se realizeze compromisul intre rezolutie si timpul necesar masurarii.

Numaratoarele universale se folosesc foarte mult in studiul functionarii si depanarii aparaturii de calcul, aparaturii de transmisie radio si TV, aparaturii electronice de masurat s.a.

3. CONtINUTUL Si desfasurarea lucrarii

3.1. Cunoasterea functiilor butoanelor si comutatoarelor numaratorului universal E 0206

Aceasta se va face urmarind schema din figura 2:

Fig.2. Partea frontala a numaratorului universal E 0206.

3.1.1. Selectarea modului de lucru: Frecventa ( F_A ), Perioada ( T_B ), Multiplu N de perioada T_B ( NT_B ), Interval de timp ( T_A-B ), Raport de frecvente ( NF_A / F_B ) se face cu ajutorul comutatorului K cu trei pozitii si al butonului cu revenire S in felul urmator :

- Comutatorul K se pune pe pozitia Functiuni ;

- Butonul S se apasa consecutiv pana cand se selecteaza functia dorita: F_A, T_B, NT_B, T_A-B, NF_A /F_B si Test, aceasta fiind atestata de aprinderea LED-ului asociat functiei.

3.1.2. Selectarea rezolutiei cu care se afiseaza rezultatul masurarii se face cu ajutorul comutatorului K si al butonului S in felul urmator :

- Comutatorul K se pune pe pozitia Rezolutie ;

- Butonul S se apasa consecutiv pana cand se aprinde LED-ul asociat rezolutiei dorite.

Rezolutia se alege printr-un compromis intre durata masurarii si numarul de cifre cu care se face afisarea. Astfel, pentru a afisa cu toate cifrele semnificative ale afisajului este nevoie de un timp de masurare mare, pe cand pentru a afisa cu mai putine cifre semnificative este suficient un timp de masurare mai mic.

3.1.3. Alegerea timpului de reimprospatare a afisajului se face cu ajutorul butonului TIMP AFISARE. Afisarea rezultatului se va face in kHz daca se aprinde LED-ul kHz sau in ms daca se aprinde LED-ul ms.

Pe timpul ciclului de masurare este aprins automat LED-ul POARTA, prin urmare citirea rezultatului se poate face numai la stingerea LED-ului POARTA.

Afisarea se poate face FARA MEMORIE, adica fiecare ciclu de masurare se face de la inceput, sau CU MEMORIE, adica se rectifica ultimul rezultat afisat. Alegerea acestui mod de afisare se face cu ajutorul unei chei bipozitionale amplasate in spatele aparatului.

3.1.4. Alegerea nivelului de trigerare pentru semnalul aplicat la intrarea A si pentru semnalul aplicat la intrarea B se face cu ajutorul butoanelor NIVEL A si respectiv NIVEL B.

3.1.5. Alegerea frontului de trigerare crescator sau descrescator al semnalelor de intrare aplicate se face cu ajutorul cheilor bipozitionale aflate langa butoanele NIVEL A si respectiv NIVEL B.

Alegerea formei de semnal continuu sau numai alternativ se face cu ajutorul a cate unei chei bipozitionale pentru fiecare din cele doua semnale A si B, amplasate pe partea frontala a numaratorului universal.

Tot pe partea frontala a numaratorului se afla Afisajul cu sapte cifre semnificative, alcatuit din LED-uri, bornele pentru aplicarea semnalului A si respectiv B precum si comutatorul COM / SEP cu ajutorul caruia, la cele doua intrari, se aplica acelasi semnal (COM) sau semnale diferite (SEP).

Pe partea din spate a numaratorului se mai afla comutatorul START / STOP al portii principale care se pune pe pozitia START in cazul cand este selectata functiunea Totalizator de impulsuri ( NT_B ).

3.2. Efectuarea de masurari

Semnalele supuse masurarii sunt generate de catre unul sau doua generatoare de semnal si aplicate in functie de caz la intrarea A, respectiv la intrarea B a numaratorului. Schema de conexiuni este prezentata in figura 3.

3.2.1. Masurarea frecventei se face astfel :

- Se alege modul de lucru F_A ;

- Se conecteaza la intrarea A un tren de impulsuri sau un semnal sinusoidal provenind de la un generator de semnal ;

- Se alege timpul de afisare din butonul TIMP AFISARE ;

- Se urmareste rezultatul afisat in kHz ;

- Se alege rezolutia si timpul de afisare astfel incat afisarea rezultatului sa se faca cu cat mai multe cifre semnificative dar sa nu dureze prea mult si reimprospatarea rezultatului sa se faca in mod convenabil ;

- Se compara rezultatul afisat cu indicatia generatorului de semnal;

- Se efectueaza mai multe masurari.

Fig.3. Schema de conexiuni a numaratorului E 0206 cu doua generatoare de semnal.

3.2.2. Masurarea perioadei

- Se alege modul de lucru T_B ;

- Se conecteaza la intrarea B un tren de impulsuri sau un semnal sinusoidal provenind de la un generator de semnal ;

- Se alege timpul de afisare din butonul TIMP AFISARE ;

- Se aleg rezolutia si timpul de afisare ca si in cazul precedent ;

- Se urmareste rezultatul afisat in ms ;

- Se compara rezultatul afisat cu perioada semnalului aplicat la intrare.

Se foloseste relatia T = 1 / f.

- Se efectueaza mai multe asemenea masurari.

3.2.3. Masurarea raportului de frecvente NF_A / F_B

- Se alege modul de lucru NF_A / F_B;

- Se aplica la intrarea A semnalul cu frecventa mai mare;

- Se aplica la intrarea B semnalul cu frecventa mai mica;

- Se alege timpul de afisare din butonul TIMP AFISARE;

- Se urmareste rezultatul afisat pentru N=1, 10, 10²;

- Se compara rezultatul afisat cu cel calculat pe baza frecventelor indicate de cele doua generatoare de semnal;

- Se repeta masurarea altor rapoarte de frecventa.

3.2.4. Totalizarea impulsurilor

- Se aplica la intrarea A un tren de impulsuri;

- Se pune comutatorul POARTA de pe panoul dorsal pe pozitia START;

- Se asteapta acumularea unui anumit numar de impulsuri;

- Se trece comutatorul POARTA pe pozitia STOP;

- Se citeste numarul afisat.

3.2.5. Masurarea intervalului de timp pe un semnal

- Se alege modul de lucru T_AB si poarta pe pozitia INT;

- Se aplica semnal sinusoidal la intrarea A;

- Se aleg nivelul si panta de trigerare pentru punctul inceputului intervalului de timp;

- Se aleg nivelul si panta de trigerare pentru punctul sfarsitului intervalului de timp;

- Se aleg rezolutia si timpul de afisare dorite;

- Se urmareste rezultatul afisat;

- Se repeta aceste operatii pentru alte nivele si pante de trigerare.

3.2.6. Masurarea multiplului N de perioada T_B

- Se aleg modul de lucru NT_B si poarta pe pozitia INT;

- Se aplica un tren de impulsuri la intrarea B;

- Se alege rezolutia N=1, 10, 10², 10⁴ pe rand;

- Se urmareste rezultatul afisat.

iNTREBaRI DE CONTROL

1. Prezentati si comentati structura de baza a unui numarator universal.

2. Ce este si la ce foloseste baza de timp a numaratoarelor universale?

3. Care este rolul blocului de control BC din cadrul structurii unui numarator universal?

4. Din ce se compune si cum functioneaza blocul de numarare, memorare si afisare zecimala BNMAZ?

5. Ce marimi pot fi masurate cu numaratorul universal?