Измерение периода AVR микронтроллером Опции

[lex_84]

Вопрос заключается в следующем. Необходимо измерить малый период с достаточно высокой точностью, используя микроконтроллер.
Просмотрев литературу на эту тему пришел к выводу, что лучше всего это было бы реализовать с помощью усреднения на некотором интервале времени.
Но к сожалению не нашел алгоритмов расчета среднего значения для микроконтроллеров. Все что удалось мне найти - это алгоритмы для микропроцессоров с ПЗ и ФЗ.
Кто-нибудь мог бы мне посоветовать какие-нибудь интернет-ссылки или литературу на эту тему???

[domowoj]

Вопрос заключается в следующем. Необходимо измерить малый период с достаточно высокой точностью, используя микроконтроллер.

Малый период???
с достаточно высокой точностью???

[Alhen]

что такое ПЗ и ФЗ?

[lex_84]

Малый период???
с достаточно высокой точностью???

Измеряемый период примерно составляет 400 нс и его желательно оцифровать 16 разрядным кодом. Время измерения должно составлять где-то 1-1.5 минуты

ПЗ и ФЗ - вычисления с плавающей запятой и с фиксированной

[zltigo]

Измеряемый период примерно составляет 400 нс и его желательно оцифровать 16 разрядным кодом.

О это волшебное заклинание "AVR!!!!". Не поможет - ну не действует оно всегда и везде. Не действует.
Moderator:
Тему перенес.

[_Pasha]

ПАДАЖДЫТЭ!
167 ГГц тактовой - это есть до фига.
И почему не частоту?
У Вас что, непериодический процесс?

[Amper25]

Вообще то поможет, только криво.

Можно померять интервал времени для 0x2000 измеряемых импульсов. 400нс - это всего лишь 2,5MHz.
Вообщем надо один из 16-битных счетчиков тактировать от внешнего измеряемого сигнала, а саму AVR запустить от 16MHz кварца.
Второй 16-бит таймер тактируем от 16MHz.

Теперь на счетчик 2,5MHz ставим прерывание по переполнению, и записываем в него (0xFFFF - 0x2000). сразу же обнуляем второй таймер.

В момент возникновения прерывания, значение в TIMER2 будет соответствовать количеству периодов 16MHZ, уместившихся в 0x2000 периодов 2,5MHZ измеряемого сигнала.


Только результат может быть неправидльным, тоестьокругленным, если 2,5MHz сигнал имеет джиттер.

[zltigo]

400нс - это всего лишь 2,5MHz.

А с 16бит разрешением это "всего лишь" в шестьдесят пять тысяч пятьсот трицать пять раз больше...
Сколько это будет в Гигагерцах?

[lex_84]

А с 16бит разрешением это "всего лишь" в шестьдесят пять тысяч пятьсот трицать пять раз больше...
Сколько это будет в Гигагерцах?

Если я не ошибся в расчетах - 40

О это волшебное заклинание "AVR!!!!". Не поможет - ну не действует оно всегда и везде. Не действует.
Moderator:
Тему перенес.

Я на форуме не давно. Но правила читал Поэтому тему разместил в этом разделе, т.к. реализацию этого устройства желательно провести на AVR. У которых фиксированная архитектура и команды.

Вообще то поможет, только криво.

Можно померять интервал времени для 0x2000 измеряемых импульсов. 400нс - это всего лишь 2,5MHz.
Вообщем надо один из 16-битных счетчиков тактировать от внешнего измеряемого сигнала, а саму AVR запустить от 16MHz кварца.
Второй 16-бит таймер тактируем от 16MHz.

Теперь на счетчик 2,5MHz ставим прерывание по переполнению, и записываем в него (0xFFFF - 0x2000). сразу же обнуляем второй таймер.

В момент возникновения прерывания, значение в TIMER2 будет соответствовать количеству периодов 16MHZ, уместившихся в 0x2000 периодов 2,5MHZ измеряемого сигнала.
Только результат может быть неправидльным, тоестьокругленным, если 2,5MHz сигнал имеет джиттер.

Спасибо! Идея мне понравилась. Но это было бы слишком просто.
Просто я не правильно сформулировал задачу. Длительность импульса 400 нс, но частота следования 1 Гц. Вот в чем проблема.
Поэтому и нужно осреднение и статистическая обработка.

О это волшебное заклинание "AVR!!!!". Не поможет - ну не действует оно всегда и везде. Не действует.
Moderator:
Тему перенес.

Хотя чувствую как бы не пришлось бы применять Пентиум-шментиум или 486 для измерения...

[defunct]

Если я не ошибся в расчетах - 40

Ошиблись - 2.5mHz * 65535 = 163.8 ГГц нереальная частота.

Просто я не правильно сформулировал задачу. Длительность импульса 400 нс, но частота следования 1 Гц. Вот в чем проблема.
Поэтому и нужно осреднение и статистическая обработка.

А можно поинтересоваться зачем измерять его длительность если Вы и так знаете что длительность == 400нс?

Хотя чувствую как бы не пришлось бы применять Пентиум-шментиум или 486 для измерения...

не поможет.
вот простенькая, но резвая CPLD, была бы кстати.

[svs39]

Если я не ошибся в расчетах - 40
Я на форуме не давно. Но правила читал Поэтому тему разместил в этом разделе, т.к. реализацию этого устройства желательно провести на AVR. У которых фиксированная архитектура и команды.
Спасибо! Идея мне понравилась. Но это было бы слишком просто.
Просто я не правильно сформулировал задачу. Длительность импульса 400 нс, но частота следования 1 Гц. Вот в чем проблема.
Поэтому и нужно осреднение и статистическая обработка.
Хотя чувствую как бы не пришлось бы применять Пентиум-шментиум или 486 для измерения...

но в начале ж написано "малый период"!!! Представляю что написали бы в "телесистемах!

[lex_84]

Ошиблись - 2.5mHz * 65535 = 163.8 ГГц нереальная частота.
А можно поинтересоваться зачем измеряться его длительность если Вы и так знаете что длительность == 400нс?

не поможет.
вот простенькая, но резвая CPLD, была бы кстати.

Я не то число написал - это для 14 разрядов

"оцифровать период"- я под этим подразумевал, что период сигнала меняется от 0 до 400 нс.

Насчет CPLD - хороший вариант, но я не знаю таких CPLD которые бы бегали под 163 ГГц

Повторюсь, я ознакомился с теорией этой проблемы и мне представляется, что нужно либо реализовать на CPLD такое извращение, как нониусный метод, либо использовать стат. обработку.
Но примеров практической реализации подобных устройств я не нашел...
И я думаю что стат обработку на МК реализовать проще, чем нониусный метод на ПЛИС.

[_Ivan_33]

использовать прерывания по фронту и спаду сигнала - нада форму импульса... и счетчик тама....

[singlskv]

О это волшебное заклинание "AVR!!!!". Не поможет - ну не действует оно всегда и везде. Не действует.

Автору нужно было указать не AVR а ARM в качестве базовой платформы,
причем желательно LPC(NXP), тогда бы и отношение было более серьезным

Ну а если по серьезному, ну вполне такая задачка, только 16бит для 1-1.5 минуты
выглядит не реалистично,

Я не то число написал - это для 14 разрядов

но и после этой корекции все равно не реалистично
а вот это:

Просто я не правильно сформулировал задачу. Длительность импульса 400 нс, но частота следования 1 Гц. Вот в чем проблема.

убивает всякие идеи на корню, за 1.5 минуты при частоте 1Гц будет всего 90 измерений,
получить из них 14бит не представляется возможным...

[lex_84]

использовать прерывания по фронту и спаду сигнала - нада форму импульса... и счетчик тама....

А какая частота тактирования для микроконтроллера при этом будет не подскажете???

Вах! Для ПК найти алгоритм численных методов не составляет ни какого труда. Тот же самый Рунге Кут. А для микроконтроллеров полный завал
Нашел книжку "Прикладные задачи микропроцессорных систем" Байкова, так она расчитана на МП и арифметику с ПЗ и ФЗ.

[defunct]

"оцифровать период"- я под этим подразумевал, что период сигнала меняется от 0 до 400 нс.

Тогда вам надо мерять мощность импульса.
Пропустить импульс через интегратор - затем мерять напряжение каким-нибудь не очень шустрым, но точным АЦП. Из мощности (при условии что импульс прямоугольный) легко расчитать длительность. При таком подходе AVRка с 1Mhz тактовой вполне справится.

[lex_84]

Автору нужно было указать не AVR а ARM в качестве базовой платформы,
причем желательно LPC(NXP), тогда бы и отношение было более серьезным

Ну а если по серьезному, ну вполне такая задачка, только 16бит для 1-1.5 минуты
выглядит не реалистично,
но и после этой корекции все равно не реалистично
а вот это:

убивает всякие идеи на корню, за 1.5 минуты при частоте 1Гц будет всего 90 измерений,
получить из них 14бит не представляется возможным...

Очень может быть что придется использовать ядро ARM Изначально я и хотел использовать Только хотелось бы подешевле
Насчет 90 измерений. Это же приближенные значения.
Т.к. я еще не нашел подходящего алгоритма, то макс. время измерения точно не известно. Но хотелось бы по быстрее.
На ПЛИС получалось 5 минут при 14 битах разрешения. Но там была очень сложная схема и пришлось от нее отказаться.

Может тогда лучше мощность импульса мерять?
пропустить импульс через LowPass фильтр (LC) - и мерять напряжение каким-нибудь не очень шустрым, но точным АЦП. Из мощности (при условии что импульс прямоугольный) легко расчитать длительность.

Идея довольно интересная. Мне такой принцип измерения нигде не встречалался раньше.
Я думаю, что при такой длитетельности и частоте АЦП будет измерять шумы, да и фильтр будет какой-то монстр наверно.

[defunct]

Я думаю, что при такой длитетельности и частоте АЦП будет измерять шумы, да и фильтр будет какой-то монстр наверно.

Да нет, все не так скверно как вы думаете.
импульс заряжает конденсатор - и одновременно дергает MK (за какой-нить INT). МК меряет напряжение на конденсаторе до тех пор пока оно не упадет практически до нуля. Считает мощность. Выводит рез-тат и спит до прихода сл. импульса.

Другим способом длительность в пределах 0..400нс будет гораздо проблемотичней измерить. Например как вы собирались определить импульсы длительностью в единицы нс?

[lex_84]

Да нет, на самом деле все довольно просто.
импульс заряжает конденсатор - и одновременно дергает MK (за какой-нить INT). МК меряет напряжение на конденсаторе до тех пор пока оно не упадет практически до нуля. Считает мощность. Выводит рез-тат и спит до прихода сл. импульса.

Любопытная идея.
Но пожалуста какой-нить пример примения, потому что измерения времени все-таки точнее, чем измерение мощности. Не понятно насколько реализуемо.
Какую погрешность будут вносить конденсатор (который далеко не идеальный) и АЦП???

[singlskv]

Очень может быть что придется использовать ядро ARM Изначально я и хотел использовать Только хотелось бы подешевле

насчет АРМ это была шутка
при том избытке времени(1сек) на каждое измерение вам подойдет любой мк,
а считать при этом можно хоть в ФЗ хоть в ПЗ

Насчет 90 измерений. Это же приближенные значения.

А вот с этого момента по-подробнее, Вам что нужно, разрешающая способность в 16(14)бит
или точность в 16(14)бит ?

На ПЛИС получалось 5 минут при 14 битах разрешения. Но там была очень сложная схема и пришлось от нее отказаться.

Ну на мк Вы быстрее и не получите, хотя если Вы уточните задачку то может чего-нить и
можно придумать...

[defunct]

Но пожалуста какой-нить пример примения, потому что измерения времени все-таки точнее, чем измерение мощности. Не понятно насколько реализуемо.

Не на таких времянках. единицы нс будет гораздо проблемней измерить, чем мощность, следовательно и точность измерения интервала будет хуже.
Пример применения можете посмотреть в appnote Analog-to-Digital Conversion Utilizing the
AT89CX051 Microcontrollers.

ипульс подается на кондер нагруженный резистором (интегратор).
кондер медленно разряжается (растягивает импульс) в это время вы неспешно снимаете показания.

По идее мощность можно измерить и без АЦП - достаточно только компаратора.

Какую погрешность будут вносить конденсатор (который далеко не идеальный) и АЦП???

Уж точно меньше чем МК который будет пытаться синхронными узлами измерить сигнал, превосходящий его частоту тактирования.

[lex_84]

насчет АРМ это была шутка
при том избытке времени(1сек) на каждое измерение вам подойдет любой мк,
а считать при этом можно хоть в ФЗ хоть в ПЗ
А вот с этого момента по-подробнее, Вам что нужно, разрешающая способность в 16(14)бит
или точность в 16(14)бит ?

Ну на мк Вы быстрее и не получите, хотя если Вы уточните задачку то может чего-нить и
можно придумать...

Не совсем шутка Все-таки я пытаюсь сейчас реализовать схему ПЛИС+МК. Была надежда что с помощью ARM удастся обойтись без ПЛИС, но не получилось.

ФЗ и ПЗ?! Что это за МК которые считают десятичные числа и имеют в составе команд команду DIV??? Это уж какой то слишком хитрый алгоритм получается

Если уточнить требования к системе. 14-16 бит разрешающей способности. Хотелось бы чтобы младшие биты были адекватны измеряемому периоду.
Макс. значение периода 400 нс, а мининимальное, если снова не наврал 24 пс (для 14 бит)

Не на таких времянках. единицы нс будет гораздо проблемней измерить, чем мощность, следовательно и точность измерения интервала будет хуже.
Пример применения можете посмотреть в appnote Analog-to-Digital Conversion Utilizing the
AT89CX051 Microcontrollers.

ипульс подается на кондер нагруженный резистором (интегратор).
кондер медленно разряжается (растягивает импульс) в это время вы неспешно снимаете показания.

По идее мощность можно измерить и без АЦП - достаточно только компаратора.
Уж точно меньше чем МК который будет пытаться синхронными узлами измерить сигнал, превосходящий его частоту тактирования.

Да в этом что то есть. Но требует всестороннего исследования.
Это получается аналоговая интерполяции вместо цифровой.
Спасибо за идею.

[singlskv]

ФЗ и ПЗ?! Что это за МК которые считают десятичные числа и имеют в составе команд команду DIV??? Это уж какой то слишком хитрый алгоритм получается

А для вас что принципиально что команда деления будет выполняться не
1 такт а 1000 ? учитывая что у Вас между делениями как минимум 1сек ?

Если уточнить требования к системе. 14-16 бит разрешающей способности. Хотелось бы чтобы младшие биты были адекватны измеряемому периоду.
Макс. значение периода 400 нс, а мининимальное, если снова не наврал 24 пс (для 14 бит)

ну тогда для 14бит это просто фикция и никакие

Все-таки я пытаюсь сейчас реализовать схему ПЛИС+МК. Была надежда что с помощью ARM удастся обойтись без ПЛИС, но не получилось.

ПЛИС Вам здесь не помогут, на нескольких сотнях измерений такое не получить.

[lex_84]

А для вас что принципиально что команда деления будет выполняться не
1 такт а 1000 ? учитывая что у Вас между делениями как минимум 1сек ?
ну тогда для 14бит это просто фикция и никакие
ПЛИС Вам здесь не помогут, на нескольких сотнях измерений такое не получить.

Кстати подобные устройства существуют и без ПЛИС на одних МК, но к сожалению открытых программ для них я не встречал.

[singlskv]

Кстати подобные устройства существуют и без ПЛИС на одних МК, но к сожалению открытых программ для них я не встречал.

Ага, и при удлиннении импульса на 24 пс они точно показывают ровно на 1 отсчет больше
И все это на нескольких сотнях измерений ...
Ню-ню... удачи...

[Леонид Иванович]

Задача очень непростая. Делал на AVR + ПЛИС измерение интервалов с точностью 100 пс. Не могу сказать, что всё хорошо получилось. Довольно много проблем. Использовал принцип аналоговой растяжки импульса и преобразования растянутого интервала в код с помощью счетчика на ПЛИС. Перед каждым измерением аналоговый интерполятор калибровался с помощью сигнала образцовой длительности.

[singlskv]

Задача очень непростая. Делал на AVR + ПЛИС измерение интервалов с точностью 100 пс. Не могу сказать, что всё хорошо получилось. Довольно много проблем. Использовал принцип аналоговой растяжки импульса и преобразования растянутого интервала в код с помощью счетчика на ПЛИС. Перед каждым измерением аналоговый интерполятор калибровался с помощью сигнала образцовой длительности.

Интересно, раcтяжка импульса была чисто аналоговой или цифровые(читай статистические)
методы тоже применялись ?

[lex_84]

Задача очень непростая. Делал на AVR + ПЛИС измерение интервалов с точностью 100 пс. Не могу сказать, что всё хорошо получилось. Довольно много проблем. Использовал принцип аналоговой растяжки импульса и преобразования растянутого интервала в код с помощью счетчика на ПЛИС. Перед каждым измерением аналоговый интерполятор калибровался с помощью сигнала образцовой длительности.

Согласен с вами, что задача сложная.
В принципе, если не использовать конверторы "время-код" в интегральном исполнении, то остается только вариант с предварительным аналоговым преобразованием.
Либо производить растяжку импульса, либо преобразовать длительность импульса в амплитуду напряжения, в ток или заряд конденсатора. Но любое решение получается схематически довольно сложным.
Интересно было бы посмотреть на подобные схемы
Любопытно у кого-нибудь получалось реализовать на ПЛИС какие нибудь экзотические методы, типа нониусного и т.п???

[=GM=]

Интересно было бы посмотреть на подобные схемы

Посмотрите в сторону ТС500А, может помочь.

[domowoj]

lex_84

А интересно зачем это нужно ? И зачем такая точность?(если не секрет)

А любое преобразование в аналог и обратно влечет за собой увелич. погрешности.

[lex_84]

lex_84

А интересно зачем это нужно ? И зачем такая точность?(если не секрет)

А любое преобразование в аналог и обратно влечет за собой увелич. погрешности.

http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=48005

Типа того

[XVR]

Согласен с вами, что задача сложная.
В принципе, если не использовать конверторы "время-код" в интегральном исполнении, то остается только вариант с предварительным аналоговым преобразованием.
Либо производить растяжку импульса, либо преобразовать длительность импульса в амплитуду напряжения, в ток или заряд конденсатора. Но любое решение получается схематически довольно сложным.
Интересно было бы посмотреть на подобные схемы

Читал (очень давно) в журнале 'Приборы и техника эксперимента' очень интересный способ решения данной задачи (без CPLD и даже без MCU). Длинна импулься считалась обычным образом (на счетчиках), хвост импульса, не уместившийся в период тактовой частоты, скармливался отдельной схеме досчета. Схема состояла из 2х линий задержек (на кусках коаксиального кабеля). Задержки были больше периода тактовой частоты (из 1й части), и слегка отличались (на единицу измерения). Импульс подавался на вход обеих линий задержки, выходы их объединялись по логическому и, и снова заводились на вход обоих линий задержки. На выходе, после лог. и, получался задержанный и укороченный на разницу времен задержек импульс, который снова отправлялся по кольцу. Схема считала количество оборотов импульса по кользу из ЛЗ.

В некоторых FPGA есть встроенные настраиваемые цифровые ЛЗ (в Spartan III например)

[Леонид Иванович]

Аналоговая. Интегратор, на время импульса включаем большой зарядный ток, затем включаем маленький разрядный. Измеряем длительность процесса разряда.


Если Вы про синхронизируемый с GPS генератор, то в такой задаче точность измерения интервала ни к чему. Сигнал 1PPS имеет большой джиттер, точность может достигаться только путем длительного накопления (до 24 часов).

[lex_84]

Аналоговая. Интегратор, на время импульса включаем большой зарядный ток, затем включаем маленький разрядный. Измеряем длительность процесса разряда.
Если Вы про синхронизируемый с GPS генератор, то в такой задаче точность измерения интервала ни к чему. Сигнал 1PPS имеет большой джиттер, точность может достигаться только путем длительного накопления (до 24 часов).

Но ведь задачи бывают разные
Вообще я не совсем правильно понял ТЗ. Точность такая требуются (для подстройки частоты VCXO), но время измерения может варьироваться в широком диапазоне (с длительным накоплением).
И вся сложность заключается в разработке алгоритма управления для VCXO. А измеритель получается довольно простым.
Спасибо всем кто откликнулся!