Обоснование алгоритма решения задачи

Для получения требуемой точности можно подсчитать количество импульсов сетевого напряжения за 10 с. Такой алгоритм не проходит по быстродействию.

Другой способ основан на измерении периода сетевого напряжения и оценке частоты по формуле f = 1/T. Если период измерять в секундах, то получаем значение частоты в герцах. Точность определения частоты зависит от точности измерения периода и точности выполнения операции деления. При использовании микроконтроллеров следует ориентироваться на работу с целыми числами. Типичные погрешности, учитываемые при этом – погрешность дискретизации и погрешность округления.

Будем измерять период сети в микросекундах. Для типового значения частоты 50 Гц период T составляет 20000 мкс. С помощью 16-разрядного таймера, работающего на частоте 1 МГц, можно измерить период до 65 мс, что соответствует частоте порядка 17 Гц. При частоте 99 Гц период равен 10101 мкс, т.е. таймер позволит измерить его с высокой точностью (погрешность дискретизации порядка 0,01%).

Основное рабочее соотношение f .

Для того чтобы работать с целыми числами и гарантировать точность цифры десятых долей герца после выполнения целочисленного деления и округления будем рассчитывать значение частоты по формуле

и после вычисления f в виде трехразрядного десятичного числа добавлять точку перед последней цифрой при выводе информации на табло. Например, при Т=20500 мкс получаем и . На цифровых индикаторах нужно зажечь значение частоты 48.8 Гц.

Выбираем микроконтроллер ATmega16 с кварцем на 8 МГц (время выполнения простейших команд 1/8 мкс). Функциональная схема устройства с распределением функций портов показана на рис.9. Порт РА используется для вывода информации на индикаторную панель. Порт РВ используется для программирования микроконтроллера (например, с помощью интерфейса «пять проводков» он подключается к СОМ-порту персонального компьютера).

Прямоугольные импульсы с частотой сети, формируемые на выходе триггера Шмитта, будем подавать на вход INT0 (вторая линия порта PD). Запустив в основной программе таймер/счетчик Т1 в требуемый режим работы, поручим основные функции по решению задачи подпрограмме внешнего аппаратного прерывания по нарастающему фронту INT0:

· Останов Т1

· Чтение периода (TCNT1L+TCNT1H*256)

· Сброс Т1

· Новый запуск Т1

· Вычисление значения частоты

· Вывод данных на индикаторную панель

Полагаем, что на реализацию указанных действий будет затрачено время не более 10 мс и к началу нового периода микроконтроллер будет готов повторить описанный алгоритм в новой подпрограмме прерываний.