资源描述：
《时间间隔计数器的研制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、陕西天文台台刊第23卷第2期CSAOPublications2001年2月时间间隔计数器的研制樊战友王大琴李志刚王丹妮胡靖文(中国科学院陕西天文台,陕西省临潼,710600)摘要介绍了一种新研制的时间间隔计数器,并给出了实验结果和误差的定性分析。通过斜坡发生器、高速采样保持、A/D转换和器件时延平衡等电路的使用,该计数器在5MHz频标下可达到较高的测量精度和分辨率,该计数器亦可用于频率的精确测量。关键词时间测量计数器分类号TH7141引言时间间隔计数器,简称计数器(Counter),是
2、用于时间间隔测量的仪器。时间间隔的精[1]确测量是实现高精度时间同步、对比和校频的基本要求。随着科学技术发展,一些应用系统,如大型通信系统、电力系统,特别是高速运动目标的跟踪定位系统,对时间间隔的测量精度提出了越来越高的要求。时间间隔的测量可分为连续测量和单次测量。连续测量用于周期信号的多次测量,然后通过取平均值以达到较高的测量精度;单次测量就是以随机的一次测量为结果,是最基本的测量。本文介绍一种新研制的时间间隔计数器,它基于单次测量,也可用于连续测量以及周期信号的测频和校频。2基本原理时间间隔计数器的测量原理如图1所示。假设要测的是开门脉冲上升沿和
3、关门脉冲上升沿之间的时间间隔,它们可以是周期脉冲也可以是单次脉冲。控制信号决定开门脉冲和关门脉冲是否有效。本文介绍的计数器,只有当控制信号处于高电平时开关门信号才起作用,测量才得以开始。由图1可知待测的时间间隔T可表达如下:T=Cn-1+t1-t2(1)2000-10-25收到原稿,2000-12-14收到修改稿第23卷第2期樊战友等:时间间隔计数器的研制117图1时间间隔计数器测量原理示意图式中,Cn是测量过程中记录的5MHz时钟的脉冲数,t1是开门脉冲和其后第一个时钟脉冲间的时间间隔,t2是关门脉冲和其后第一个时钟脉冲间的时
4、间间隔。由于时钟脉冲是5MHz的脉冲信号,因此对于一般精度要求的测量,只要准确定出Cn值,再乘以200得出的就是要测时间间隔的ns值,此时最大误差为200ns,而对于高精度的测量,不仅要定出Cn值,同时,还要准确定出(1)式的t1和t2值。t1值的测定方法如下:开门信号到来时,立刻起动一个0~5V的斜坡发生器,当此后的第一个时钟脉冲到来时,使采保电路进入保持状态以保持斜坡发生器此时的电压值,然后再做A/D转换,实际电路中我们选用的是10位A/D变换,因此200t1=n1(ns)(2)1023上式中,n1是对应于开门脉冲的A/D转换结果。同理可知:20
5、0t2=n2(ns)(3)1023式中,n2是对应于关门脉冲的A/D转换结果。综上所述可知,开门脉冲和关门脉冲之间的时间间隔T为:n1n2T=(Cn-1)200+200-200(ns)(4)10231023或200T=1023(Cn-1)+n1-n2(ns)(5)10233硬件组成与原理[2]如图2所示,微控制器采用Intel80C196/KC16位单片机,并选用其高速输出口线HSO.0作测量的控制线,HS0.1作计数器的清零线。高速采样保持器件选用AD781。当HS0.0处于高电平时,开门通道开通。开门脉冲起动斜坡电路由0V向+5V线性
6、升高,并开通脉冲计数器电路和关门通道。此后,时钟信号到来时计数器就开始记录脉冲个数,且其第一个脉冲使AD781(1)由采样状态进入保持状态,触发EXT0中断,使单片机进入10位A/D转换,以求出(4)式的n1值。118陕西天文台台刊23卷当关门脉冲到来时,起动斜坡电路(2),由0V向+5V线性升高,此后的第一个时钟脉冲完成最后一次脉冲计数并终止计数。同时还使AD781(2)进入保持状态并引起EXTl中断,使单片机做对应于关门脉冲的A/D转换,以求出(4)式的n2值。开门通道和关门通道开通后,只允许一次脉冲信号通过。要想再
7、次开通必须使HSO.0做一次由低电平向高电平的转变。图2中的斜坡电路(1)和斜坡电路(2)线性度优于5%,为了提高测量精度,在A/D转换后对其非线性进行了软件校正,校正后其线性度可达到0.2%。图2时间间隔计数器硬件框图4软件流程图与功能扩展该计数器除主要用于测定时间间隔外,还可用于频率测量和显示日期时间。具有运行钟功能,并可通过键盘对日期时间设置校正。其软件流程图如图3所示。在主程序中首先对IOC0、IOC1、IOC2控制寄存器和MASK0、MASK1中断控制寄存器初始化,以决定各端口和各功能单元的工作方式。在此主要是选定A/D转换为10位转换模
8、式,采样时间3us,转换时间10us,并开放定时器1和EXT0、EXT1两个外部中断。为了减少
