Измерение частоты ATmega168 Опции

[oles_k76]

подскажите как правильно определить максимальную входную частоту,
которую необходимо померять(очень точно,посчитав кажый импульс)
за интервал времени сто секунд,
частота опорного генератора 20мгц

[Валентиныч]

Уважаемые, вспомним первоначальную постановку вопроса:

подскажите как правильно определить максимальную входную частоту, которую необходимо померять(очень точно,посчитав кажый импульс)
за интервал времени сто секунд, частота опорного генератора 20мгц

Если я правильно понимаю, человек интересуется способом (как?), позволяющим с максимальной точностью измерить частоту (какую?) за определенный интервал времени.
Зачем ему это нужно, и что он с этими результатами будет делать - вопрос третий.

ИМХО: для измерения макимально возможной частоты нужно минимизировать длительность промежуточных процедур. Например - по возможности исключить потери на вход/выход из прерываний. Это время, как известно, составляет в среднем 4 машинных такта. Плюс 2-3 такта на прочие действия. Какие уж тут 10 МГц на входе, при клоке 20 МГц?
Очевидно, что простой опрос порта (2 такта ) с последующим инкрементом (2 такта для регистра длиннее 1-го байта) + неизбежные прочие "мелочи" (1-2 такта) - это тот минимум, ниже которого не опуститься. Т.е. реально на регистрацию одного события по входу будет тратиться не менее 4-6 машинных тактов. Отсюда вытекает максимальная частота входного сигнала - 4 МГц. На пределе!
Второй вопрос - точность измерения. Здесь она определяется точностью задания "ворот". Относительную точность "клокирования" (в тактах) реализовать не сложно, а вот обеспечить долговременную стабильность частоты расхожего "контроллерного" кристалла весьма и весьма не просто. И далеко не факт, что в течение 100 секунд эта "опора" будет стабильной...
Так что какие уж тут 0,02 Гц? Точнее - о какой достоверности подобных измерений идет речь?
Или я чего-то сильно не понимаю.

P.S. В моем первом посте ошибка - потребная длина регистра, конечно, не 64, а 32 бита. Размахнулся...

[=GM=]

Уважаемые, вспомним первоначальную постановку вопроса.
Если я правильно понимаю, человек интересуется способом (как?), позволяющим с максимальной точностью измерить частоту (какую?) за определенный интервал времени.
Зачем ему это нужно, и что он с этими результатами будет делать - вопрос третий.
ИМХО: для измерения макимально возможной частоты нужно минимизировать длительность промежуточных процедур. Например - по возможности исключить потери на вход/выход из прерываний. Это время, как известно, составляет в среднем 4 машинных такта. Плюс 2-3 такта на прочие действия. Какие уж тут 10 МГц на входе, при клоке 20 МГц?

Действительно, в погоне за исчезающе малой ошибкой потеряли исходный вопрос(:-)...
Прежде всего замечу, что если хочется мерить максимально точно, то на время измерения лучше забыть о прерываниях, или по крайней мере на моменты обработки начала и окончания окна.

Очевидно, что простой опрос порта (2 такта ) с последующим инкрементом (2 такта для регистра длиннее 1-го байта) + неизбежные прочие "мелочи" (1-2 такта) - это тот минимум, ниже которого не опуститься. Т.е. реально на регистрацию одного события по входу будет тратиться не менее 4-6 машинных тактов. Отсюда вытекает максимальная частота входного сигнала - 4 МГц. На пределе!
Второй вопрос - точность измерения. Здесь она определяется точностью задания "ворот"

Попробуем разобраться с червём сомнения, который точит Валентиныча(:-). Для автора топика опишу вгрубе алгоритм измерения методом ворот максимальной частоты 10 МГц, поданной на ножку Т0. Таймер 1 работает в режиме измерения системного клока.

1) Исходное состояние счётчика0 и таймера1 - остановлены и обнулены.

2) Запустим таймер1 и таймер0 двумя командами

Код

    sts    0x81,r12
    sts    0x25,r13

После выполнения инструкций T1=Nнач=2, T0=Mнач=0, в регистрах r12, r13 соответствующие настройки CSij для останова. Все переменные - 32-разрядные.

3) Ждём СТО секунд (делая попутно какие-то вещи и учитывая переносы таймеров в Mкон, Nкон).

4) Остановим таймер1 и таймер0 двумя командами

Код

    sts    0x81,r14
    sts    0x25,r15

После выполнения инструкций T1=Nкон=2'000'000'002, T0=Mкон=1'000'000'000, в регистрах r14, r15 соответствующие настройки CSij для останова.

5) По формуле Fx=Fo*(Mкон-Mнач±1)/(Nкон-Nнач) вычисляем измеренную частоту

Fx=20000000*(1000000000-0±1)/(2000000002-2)=10000000±0.01 Гц.

Никаких чудес, никаких прерываний, частота на входе 10 МГц, точность результата не хуже ±0.01 Гц. Программы умножения 32х32 и деления 64/32 в Сети можно найти на каждом углу(:-). Фактически, мною приведена готовая программа измерения, если вы меня понимаете.

Относительную точность "клокирования" (в тактах) реализовать не сложно, а вот обеспечить долговременную стабильность частоты расхожего "контроллерного" кристалла весьма и весьма не просто. И далеко не факт, что в течение 100 секунд эта "опора" будет стабильной...
Так что какие уж тут 0,02 Гц? Точнее - о какой достоверности подобных измерений идет речь?
Или я чего-то сильно не понимаю.

Вы говорите всё правильно, скажу только, что если уж вы решились мерять 10 МГц с такой точностью, то надо бы поставить опору, соответствующей точности, ну или по крайней мере раскошелиться на термокомпенсированный кварцевый генератор.

Есть относительно дешёвое решение - поочередно проводить измерения и калиброваться от хорошей опоры, это может быть радиосигнал, или GPS. То есть, используя секундные импульсы с GPS, сначала измерили частоту опорного генератора, используя ту же формулу и считая, что входная частота известна, затем измерили входную частоту, подставляя в формулу вычисления измеренную опорную частоту. Единственное существенное ограничение данного решения - кратковременная стабильность опорного генератора (на интервале 100 с) должна быть порядка 1Е-9 или лучше.

[Валентиныч]

Попробуем разобраться с червём сомнения, который точит Валентиныча.

Да нет у меня, по большому счету, никаких сомнений. Просто я в подобных вопросах реалист-скептик, привыкший все считать для наихудшего варианта.
Ваши рассуждения (и не только Ваши, уважаемый GM) в общем верны. Точнее - верны в частном случае. Здесь же речь идет о измерении частоты сигнала одного порядка с частотой клока, и весьма ограниченными аппаратными ресурсами.
Если бы у нас был в наличии таймер длиной 32 бита - никаких возражений не последовало бы.
Но максимум, что мы имеем в AVR - 16 разрядов, т.е. каждые 3,27... мс мы будем вынуждены вываливаться в прерывание по переполнению, тратя на это (фактически - прекращая счет) как минимум 5-6 машинных циклов. Свего за время 100 секунд таких пауз будет более 30 тысяч.
Развейте это мое сомнение, и я сниму шляпу перед Вами.

... если уж вы решились мерять 10 МГц с такой точностью, то надо бы поставить опору, соответствующей точности, ну или по крайней мере раскошелиться на термокомпенсированный кварцевый генератор.

Это не я решил. Более того, я как раз уверен, что этого не получится.
Не сбрасываете со счетов, что вопрос задан в разделе для начинающих, поэтому давайте не будем ориентироваться на прецизионные термокомпенсированные клокеры, которые сами по себе - большая сложность, и уж тем более - на всякие внешние источники синхронизации, типа GPS, и т.д.
Исходим из возможностей "среднеститистической" Меги в руках не очень опытного юзера.
P.S. Сразу скажу - я не считаю себя даже средненьким программером. Скорее - так, ламер-любитель.

[=GM=]

Здесь же речь идет об измерении частоты сигнала одного порядка с частотой клока, и весьма ограниченными аппаратными ресурсами.
Если бы у нас был в наличии таймер длиной 32 бита - никаких возражений не последовало бы.
Но максимум, что мы имеем в AVR - 16 разрядов, т.е. каждые 3,27... мс мы будем вынуждены вываливаться в прерывание по переполнению, тратя на это (фактически - прекращая счет) как минимум 5-6 машинных циклов. Всего за время 100 секунд таких пауз будет более 30 тысяч.
Развейте это мое сомнение, и я сниму шляпу перед Вами

Ну, шляпу снимать не надо, это лишнее(:-). Пока я добрался до работы, вам уже ответили, но вижу всё же у вас остались кое-какие сомнения, так что дополню.

Да, прерывания будут и много, но я не вижу проблем с их обработкой, даже в том случае, когда два прерывания от двух таймеров наложатся во времени. Вы просто упускаете из виду, что раз запущенный таймер работает всё то время, пока его не остановят, следовательно, перерывов в счёте не будет.

И уж если говорить о количестве прерываний по переполнению и о времени обработки, то надо бы говорить о прерываниях от 8-битного таймера0, которые будут следовать каждые 25,6 мкс для входной частоты 10 МГц. Но даже этого времени (примерно 250 команд) с лихвой хватит, чтобы обработать два наложившихся прерывания от обоих таймеров. Даже если любитель будет писать на си(:-).

Конечно, 32-битного таймера нет, да он и не нужен, вместо него прекрасно справляется программная эмуляция двух старших байт. А для таймера0 - даже трёх байт.

Более того, я как раз уверен, что этого не получится.
Не сбрасывайте со счетов, что вопрос задан в разделе для начинающих, поэтому давайте не будем ориентироваться на прецизионные термокомпенсированные клокеры, которые сами по себе - большая сложность, и уж тем более - на всякие внешние источники синхронизации, типа GPS, и т.д.
Исходим из возможностей "среднеститистической" Меги в руках не очень опытного юзера.

Не знаю почему вы говорите. что вопрос задан в разделе для начинающих, разве его передвинули? Оценка точности, приводимая выше, не учитывает погрешности опорного генератора, т.е. я считал, что ΔFo/Fo=0, хотя это не так. Для учёта надо относительную погрешность генератора добавить к относительной погрешности применяемого метода. Где-то я читал (не помню, а искать лень), что кратковременная нестабильность современных кварцевых генераторов на интервале одна секунда достигает 1Е-12, ну пусть будет 1Е-10 на интервале 100 секунд, всё равно наша погрешность (1Е-9) на порядок выше. Так что результат вполне приемлен для радиолюбителя средней руки, я уж не говорю о начинающих. Даже если не применять неких специальных мер к улучшению. В программу можно встроить программную подстройку окна и делать проверку пару раз в год на эталоне, если уж сильно нужна абсолютная точность.

Итак, главным результатом является то, что измерение входной частоты, доходящей до половины тактовой частоты процессора вполне возможно на голом микроконтроллере, с хорошей точностью и недорого.