Измерение частоты

[AlexJ]

При измерении частоты популярными сейчас частотомерами на основе всевозможных контроллеров, заметил такую особенность, как нелинейная зависимость погрешности от измеряемой частоты, т.е. если на 1мГц 10Гц, то на 5мГц 70, а на 10 уже 200Гц (или что то в этом духе).
Это все естественно при коррекции ОКГ подстр. кондером, установке соответств.коэфициен тов коррекции, и т.д. В качестве эталона использовал поверенный гроб Ч3-54. Причем такая закономерность наблюдается в различных вариантах FCL-измерит., шкалы Денисова, прибора из Брянского Контура.
Отсюда вопрос: что это, принципиальный вопрос программного преобразования или глюки моих приборов? В былые времена переделал много частотометров и шкал по классич.схеме, ОГ- куча декадных делителей на 531,155, управление, индикация, но там все было честно, как сумеешь сделать ОГ, так и будешь мерить, а здесь???. Просто сегодня, на рынке увидел, свободно продают б/у Гициант-5мГц со старых приборов 250-400р, это все же не китайский 4мГц кварц - основа всех нынешних приборов на PICах, а заменить Ч3-54 чем либо компактным хочется.
Прошу высказаться кто с этим уже сталкивался.

При измерении частоты популярными сейчас частотомерами на основе всевозможных контроллеров, заметил такую особенность, как нелинейная зависимость погрешности от измеряемой частоты, т.е. если на 1мГц 10Гц, то на 5мГц 70, а на 10 уже 200Гц (или что то в этом духе).
Отсюда вопрос: что это, принципиальный вопрос программного преобразования или глюки моих приборов? Прошу высказаться кто с этим уже сталкивался.

Частотомеров и шкал Денисова собрал несколько, а вот отмеченных Вами глюков не заметил, точнее сказать - нечем было проверить. Хорошего частототомера, чтобы проверить, под рукой нет.
Если есть желание, посмотрите здесь:
http://ikarab.narod.ru/index.html
доработки частотомера Денисова (речь идет об устранении неприятного мерцания индикаторов, также введен режим счета 1 сек и 10 сек, т.е. точность до 1 и 0,1 герца).
Для доработки необходимо просто перепрошить процессор, остальное почти без изменения. Сам уже давно хотел свой перепрошить, да все руки не доходят. Так и пользуюсь, без поверки.
Программа полностью переработана. При этом, как утверждает автор, весьма тщательно выверена длительность интервалов времени. При разработке программ для таких целей, это наверное самый сложный вопрос. Например у Денисова счет идет одновременно с выводом на индикаторы, при этом программа имеет много ветвлений. Коррекция времени счета задается включением "пустых" команд (NOP). Возможно где-то имеется ошибка. Теоретически, если нигде ошибок нет, то есть длительность программы между разрешением счета, точно равна 0,1 или 1,0 сек, точность частотомера зависит только от точности кварцевого резонатора.

[EU1ME]

Подобное наблюдается (было в моем FCL) при простейшем формирователе на транзисторе. Добавление логики с триггером Шмидта решило проблему.

[AlexJ]

To Владимир_К
Спасибо за ссылку, как то я ее не встречал, в выходные попробую перепрошить PIC.
Тогда дополнительный вопрос о термостатировании кварца: на сколько будет эфект, если его просто вынести с платы и завернуть в какой либо войлок, или пенопласт, или стоит вообще сделать отдельный опорник и заизолировать его?
Работать на морозе не предполагается, но когда целый день все включено, то температура все равно гуляет, или блаж это?

To Владимир_К
Спасибо за ссылку, как то я ее не встречал, в выходные попробую перепрошить PIC.
Тогда дополнительный вопрос о термостатировании кварца: на сколько будет эфект, если его просто вынести с платы и завернуть в какой либо войлок, или пенопласт, или стоит вообще сделать отдельный опорник и заизолировать его?
Работать на морозе не предполагается, но когда целый день все включено, то температура все равно гуляет, или блаж это?

Мне кажется сначала надо устранить первую проблему, о которой Вы писали выше, а потом уже заниматься термостатом и пр. Перепрошивка даст возможность мерять с точностью до 0,1 гц, а если еще прикупить Гиацинт, вообще должен получиться серьезный прибор, если не будет тех глюков.
А вот влияние формирователя на точность (то о чем говорит Александр выше) я могу проверить, так как у меня есть два варианта частотомера Денисова, с формирователем на 74АС14 и без него. Сегодня попробую подключить одновременно оба к генератору Г4-102 и посмотрю, что каждый будет показывать.

[Дмитрий М]

Тоже интересовался подобным вопросом ( изготовление ЦШ к СВЧ генераторам) и получается, что именно счёт МП вызывает трудноустранимую погрешность. То есть счёт МП с обслуживанием прерываний и прочее. В промышленном МП частотомере типа Ч3-64 счёт ведётся всё равно на декадах жёсткой логики, а МП снимает с выходов делителей код результата и потом его обрабатывает по программе. Похоже, что это связано не только с частотными проблемами прямого счёта МП старых выпусков, а как раз с проблемами программного счёта и обслуживания сторонних прерываний.

Тоже интересовался подобным вопросом ( изготовление ЦШ к СВЧ генераторам) и получается, что именно счёт МП вызывает трудноустранимую погрешность. То есть счёт МП с обслуживанием прерываний и прочее.

Если говорить об частотомерах Денисова, например, то это не так. Никакие прерывания там не задействованы. Практически все время процессор занят выводом результата на дисплей, периодически проверяя, нет ли переполнения счетчика. Причем время между проверками переполнения выбрано жестко и таким, что за это время может произойти только ОДНО переполнение, при самой максимальной частоте, подаваемой на вход. При меньшей частоте переполнения может и не быть. Дальше процессор добавляет единицу в память (практически это получается такая же декада, точнее не декада, так как каждый разряд счетчика считает до 256). Если переполнения нет, происходит ветвление программы, обычно выполняются холостые команды, чтобы длительность ветвей программы была точно такой же.
Таким образом задача программиста состоит в том, чтобы установить длительность всех ветвей программы и общего цикла (между открытием ключа на прохождение счетных импульсов на вход), равным заданному, например 0,1 или 1,0 сек. Вот тут легко допустить ошибку. Работа это довольно кропотливая. Конечно при отладке программы, например В MPLab, выводится число циклов, что облегчает эту задачу, однако, например у меня, терпения на это не хватило.
Вторая проблема - определение числа, которое записано в предделителе процессора. Прочитать его непосредственно нельзя. Для этого на его вход подаются импульсы до тех пор, пока на выходе не появится импульс переполнения. Таким образом определяется число, которое записалось в предделителе, который является младшим регистром счетчика. Вот что-то пока я не разобрался точно, как эти импульсы досчета туда проходят.
Например, для подачи импульсов измеряемого сигнала на вход, снимается ноль с входа (посмотрите на схему, кажется 4-я и 3 нога процессора. Они закорочены между собой и если на одной процессор выставит 0, то понятно, что на вход импульсы поступать не будут. Для разрешения счета 0 снимается. Вроде так и при досчете: выставив на выходе одной ноги 1 потом 0, это равносильно подаче на счетчик одного импульса. А если за это время туда пролезет измеряемый сигнал?? Ведь получится, что вместо одного, на счетчик пройдет несколько? Короче тут я не разобрался.
Следующая проблема возможно связана с длительностью фронта импульса запрещающего и разрешающего счет. Способен ли процессор обеспечить так, чтобы при запирании входного порта (запрете счета) и наоборот, ни один лишний импульс не прошел на вход, или наоборот - не был пропущен счетчиком, так как вход еще не разблокирован. Если тактовая частота процессора 4 мгц и быстродействие процессора соответствующее (я имею ввиду длительность фронта импульса на выходе порта, запрещающее счет), а счетчик считает значительно быстрее (мой экземпляр например считает до 45 МГЦ при напряжении о,5 вольта). Не здесь ли проблема?
Кстати, улучшение формы входных импульсов, по сообщению коллег (например Александра) повышает точность. Это косвенно также подтверждает, что проблема может быть связана с входным "клапаном".
Представим себе следующее: счетчик считает до частоты, скажем 30 мгц (0,03 мксек), а вход открывается или закрывается импульсом с длительностью фронта 0,1 мксек. Можно ли в этом случае утверждать, что на вход поступит именно N импульсов? Для нормально работающего частотомера это выполняется. Разница может быть в 1 единицу, если не приняты специальные меры (синхронизация сигналом).
В описанном случае, наверняка будет погрешность, зависящая от частоты. На малой частоте период сигналов соизмерим или меньше фронтов запрещающего сигнала и счет будет точным. На большой частоте это уже под вопросом. Короче, мне кажется, что управление быстродействующим счетчиком со стороны значительно более медленного процессора не есть хорошо.
Все это конечно теоретические рассуждения, надо экспериментировать.