测频系统测量误差分析及其应用

∴δ ｆｘ ≈ － δ Ｎｓ＝ ± ＝ ± ⑺
由此式可知，测频相对误差δｆｘ与被测信号频 率 ｆｘｅ 的大小无关，即实现了整个测试频段的等精 度测量。闸门时间 Ｔ 越长，标准频率源频率 ｆｘｅ 越 高，测频相对误差δ ｆ ｘ 越小。
比较（６）、（７）两式，在相同的测量精度下，等 精度测频法可通过提高标准信号源频率ｆｘｅ 以缩短 闸门时间 Ｔ，即提高测试速度，如表二所示，所以， 等精度测频较直接测频可实现高速测量。
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科 技 论 坛
中国科技信息 ２００５ 年第 １８ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｓｅｐ．２００５
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间断电源），它伴随着计算机的诞生而出现，是 计算机常用的外围设备之一。实际上，Ｕ Ｐ Ｓ 是一 种含有储能装置，能够解决电压浪涌、电压尖峰、 电压瞬变、电压跌落、持续过压或欠压甚至电压 中断等电网质量问题。根据储电性能，Ｕ Ｐ Ｓ 能够 在断电的情况下维持一定时限的稳定电压输出，为 电子政务系统不间断运转提供能源保障。
Ｗａｎｇ Ｌｉａｎ－ｆｕ （Ｔａｎｇｓｈａｎ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｂｅｉ Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６４００２）
摘 要：在电子测量中，频率是一个基本参量，因此，科学技术对频率测量的精度要求越来越高。现代电子技术使得对频率进行高速、高精度测量成 为可能。本文通过定量分析以单片机为核心测频系统的测量误差，提出：在设计高速、高精度测频系统外围电路时，应合理利用 ＣＰＬＤ、ＦＰＧＡ 两种可编程 ＡＳＩＣ 器 件；并预测了未来测频系统的发展方向。 关键词：相对误差；高精度；高速；ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ａ ｂａｓｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｑｕｉｒｅ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｉｇｈｅｒ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ． Ｍｏｄｅｒｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｍａｋｅｓ ｉｔ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｎ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ， ｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｇｇｅｓｔｓ Ｗｈｉｌｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｆｏｒ ａ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ， ｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｎｅ， ｗｅ ｓｈｏｕｌｄ ｕｔｉｌｉｚｅ ｒａｔｉｏｎａｌｌｙ ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ － ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＡＳＩＣ ｄｅｖｉｃｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｒｅｃａｓｔｓ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｒｒｏｒ； ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ； ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ； ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ
体振荡器稳定性较好，如表一所示。显然，依测量
精度要求选择合适的晶体振荡器后，可以忽略δｆｓ对 测频相对误差的影响，这样测频误差通用公式为：
由式⑸得：δ ｆｘ ≈δ Ｎｘ＝ ± ＝ ± ⑹
由此式可知，闸门时间 Ｔ 越长，被测信号频 率 ｆｘｅ 越高，测频相对误差δ ｆｓ 越小，所以，直接 测频法仅适合高频信号的测量，且延迟时间较长。
表二 测量精度为 １ ０ － ６ 时标准频率与闸门
时间的关系
计算 ｆｘ：ｆｘ＝ ｆｓ （２）
将⑵式的 ４ 个量的绝对误差分别设为ΔＮｓ、Δ Ｎ ｘ、Δ ｆ ｓ、Δ ｆ ｘ，依全微分的概念
Δ ｆｘ ≈ ｄｆｘ＝ ｄＮｘ＋ ｄｆｓ＋ ｄＮｓ
即Δ ｆｘ＝ Δ Ｎｘ＋ Δ ｆｓ － ｆｓ Δ Ｎｓ ⑶
（上接第 ９ ８ 页） 此外，当膜表面附有某些盐类沉淀或受水污染
而附着一些杂质时，会引起和加剧膜的极化。由 极化引起膜堆电阻急剧上升，电耗增加，设备内 部结垢甚至堵塞，从而引起产品下降，甚至会造 成电渗析无法运行。因此研究膜污染和膜清洗对保 证产品质量、降低电耗、维持电渗析器的正常运 行、延长使用寿命都具有很重要的意义。 参考文献： ［１］廖尚志，莫剑雄，水处理技术．１９９５，２１（６）：３１１～３１８ ［２］徐铜文等，水处理技术．１９９８，２４（１）：２０～２５ ［３］徐铜文等，膜科学与技术．２０００，２０（１）：５３～５９ ［４］Ｂａｕｅｒ Ｂ，Ｇｅｒｎｅｒ Ｆ Ｊ Ｓｔｒａｔｈｍａｎｎ Ｈ，Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ．１９８８，６８： ２７９～２９２ ［５］Ｌｉｕ Ｋ Ｊ，Ｌｅｅ Ｈ Ｌ，ＵＳ ｐａｔｅｎｔ ４５８４２４６．１９８６－４－２２ ［６］Ｆｒａｎｃｅｓｃｏ Ｐ，Ｒｏｓｉｇｎａｎｏ Ｓ Ｌ，ＵＳ ｐａｔｅｎｔ ５８４９１６７．１９９８－ １２－１５ ［７］Ｓｉｍｏｎｓ Ｒ Ｇ，Ｂａｙ Ｒ，ＵＳ ｐａｔｅｎｔ ５２２７０４０．１９９３－７－１３ ［８］Ｌｉｕ Ｋ Ｊ，Ｌｅｅ Ｈ Ｌ，ＵＳ ｐａｔｅｎｔ ４５８４２４６．１９８６－０４－２２ ［９］Ｍａｆｅｓ， Ｍａｎｚａｎａｒｅｓ Ｊ Ａ， Ｒａｍｉｒｅｚ Ｐ， Ｐｈｙｓ， Ｒｅｖ Ａ，１９９０， ４２：６２４５６ ［１０］Ｒａｍｉｒｅｚ Ｐ， Ｍａｎｚａｎａｒｅｓ Ｊ Ａ， ＭａｆｅＳ， Ｂｅｒ Ｂｕｎｓｅｎｇｅｓ Ｐｈｙｓ Ｃｈｅｍ．１９９１，９５：４９９ ［１１］Ｎａｒｅｂｓｋａ Ａ， ＷａｒｓｚａｗｓｋｉＡ， Ｊ． Ｍｅｍｅｒ． Ｓｃｉ．， １９９４，８８： １６７１０ ［１２］Ｏｎｓａｇｅｒ Ｌ， Ｊ． Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ．， １９３４，２：５９９ ［１３］Ｓｉｍｏｎｓ Ｒ， Ｎａｔｕｒｅ， １９７９，２８０：８２４１３ ［１４］Ｔｉｍａｓｈｅｖ Ｓ Ｆ，Ｋｉｒｇａｎｏｖａ Ｅ Ｖ，Ｅｌｅｋｔｒｏｋｈｉｍｉｙａ．１９８１，１７： ４４０ ［１５］Ｓｉｍｏｎｓ Ｒ， Ｋｈａｎａｒｉａｎ Ｇ，Ｊ． Ｍｅｍｂｒ． Ｂｉｏｌ．， １９７８，３８：１
前 言
在电子测量技术中，测频是最基本的测量之 一。随着 ＥＤＡ 和 ＩＣ 技术的发展，单片机在测频领 域得到了广泛应用，目前尚需配置外围数字电路。本 文提出配置原则，并预测了未来测频系统的发展方 向。
１ ，测频误差分析
１．１ 测频误差通用公式 我们知道，利用单片机测频，一般都使用了两 个计数器，在实际闸门时间内，分别对标准频率源 及待测信号的脉冲计数，然后算出待测信号的频率。 本文就测量误差推导如下： 设在一次实际闸门时间Ｔ中，计数器对标准信 号的计数值为 Ｎｓ，对被测信号的计数值为 Ｎｘ，标 准信号的频率为 ｆｓ，被测信号的频率 ｆｘ；４ 个量的 准确值分别为 Ｎ ｓ ｅ 、Ｎ ｘ ｅ 、ｆ ｓ ｅ 、ｆ ｘ ｅ 。
则 Ｔ ＝ ＝ ⑴
表 １ 晶体振荡器频率的稳定 晶体振荡器类型 精度 普通 ＰＸＯ １０－４ 室温 ＲＴＸＯ ２．５ × １０－６ 温度补偿 ＴＣＸＯ ５ × １０－７ 恒温 ＯＣＸＯ １０－８ 其次讨论δ Ｎ ｘ 与δ Ｎ ｓ： 无论采取何种补偿措 施，都无法同时消除两个计数器对被测信号和标准 信号的计数（Ｎ ｓ 和 Ｎ ｘ ）误差。 下面就常见测频方法的测量误差进行分析。 １．２ 直接测频法 直接测频法测量频率，实际闸门时间由标准频
１．３ 等精度测频法 等精度测频法测量频率，实际闸门时间由被测
信号决定（Ｔ＝ ，因而保证了 Ｎ ｘ 计数的精确性
（δ Ｎ ｘ＝ ０ ，即 Ｎ ｘ＝ Ｎ ｘｅ）， 而标准频率源计数存在误 差，│Δ Ｎ ｓ │ ＝ １ ，如图二所示。
δ ｆｘ ≈ δ Ｎｘ－
δ Ｎｓ （５）
２ ，硬件设计
２．１ 测频系统的外围电路种类 目前，设计、组装以单片机为核心的测频系 统的外围电路，所用器件有以下几种：通用数字 集成器件ＩＣ、现场可编程门陈列 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ，复杂 可编程逻辑器件 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ 等。 ２．２ 测频系统的正确配置 若要求高精度测频，而对测试速度要求很低， 则只需采用通用ＩＣ组成外围电路，通过适度延长 闸门时间，来提高测试精度。例如：静态测量 Ｒ、 Ｌ 、Ｃ 等电气参量的测频系统。 而实时动态测量要求高速、高精度测频，必 须采用高频标准信号；而单片机受本身时钟频率和 若干指令运算的限制，测频速度较慢，无法满足 高速、高精度的测频要求。目前通常采用单片机 与 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ ／ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 配合的方法设计测频系统，以发 挥单片机的灵活性和 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ ／ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的高速性， ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ 尽管都是可编程 ＡＳＩＣ 器件，但两者 有不同特点，应用时要正确选择。 （１ ）Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ 适合完成组合逻辑，而 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 更 适合完成时序逻辑，即适合于触发器丰富的结构。
３ ，结束语
本文从三个层面提出园区网的优化策略，从目 前华南理工大学网络优化的实施情况看，效果比较 明显。网络优化涉及面很多，还有很多问题未涉及 到，还需进一步完善，希望能对园区网优化有一定 的参考价值。
参考文献 ［１］ 邝剑萍．电信级ＩＰ网络优化策略及建议．世界电信 网络电子周刊．２００３ ［２］ Ｍａｒｋ ＭｃＧｒｅｇｏｒ． Ｃｏｍｐａｎｉｏｎ Ｇｕｉｄｅ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｏｕｔｉｎｇ． Ｃｉｓｃｏ Ｐｒｅｓｓ．２００１
科 技 论 坛
中国科技信息 ２００５ 年第 １８ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｓｅｐ．２００５
测频系统测量误差分析及其应用
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｅｒｒｏｒ ｆｒｏｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ 王连符 唐山职业技术学院 ０６４００２
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络设备的配置除一般网络连通性配置外还应考虑： 安全性配置：增加网络设备本身的访问控制以
提高安全性。关闭不必要的服务端口。 管理性配置：增加针对网络设备本身的远程管
理配置包括 Ｗ Ｅ Ｂ 、Ｔ Ｅ Ｌ Ｎ Ｅ Ｔ 、Ｓ Ｎ Ｍ Ｐ 。 监控性配置：增加针对网络内部流量的监控配
置包括 Ｍ Ｉ Ｒ Ｒ Ｏ Ｒ 、Ｓ Ｆ Ｌ Ｏ Ｗ ／ Ｎ Ｅ Ｔ Ｆ Ｌ Ｏ Ｗ 等。
３ 、空气调节设备 在电子政务系统中，运作的服务器和网络设备 都对温度很敏感。而且大部分设备在运转期间都是 高发热，高噪音的。所以采用空调装置对温度进行 调节是必不可少的。如果是较大的电子政务系统，最 好能够设立专门的机房，提供硬件设备一个恒温恒 湿的环境。并设置专人对机房进行维护看管。 以上这些设施的具体配置情况，设备的型号、大 小、数量的选择，可根据电子政务系统的大小而定。
六、结束语
构建电子政府系统是一个系统性的工程，无论 是设计、选型，还是具体设备的购买、配置，都 要注意系统兼容和搭配的问题。
如某个电子政务系统的数据吞吐量设计方案为 １ ０ ０ Ｍ ／ ｓ ，则在网络层，要注意选用支持速率为 １ ０ ０ Ｍ ／ ｓ 的光纤或是双绞线，交换机也必须是 １００Ｍ／ｓ 或 １００Ｍ／ｓ 自适应的，在硬件平台搭建上， 也必须配合相应处理能力的网卡和 Ｃ Ｐ Ｕ 。否则， 如果在选用某一设备时性能不够，则易形成瓶颈， 如性能过高，则易提高造价，形成浪费。
率源决定（Ｔ ＝ ），因而保证了 Ｎ ｓ 计数的精确
性（δ Ｎ ｓ＝ ０ ，即 Ｎ ｓ＝ Ｎ ｓｅ）；而待测信号的计数存 在误差，│Δ Ｎ ｘ │ ＝ １ ，如图一所示。
由式⑸得：δ ｆｘ＝－
δ Ｎｓ＝－（１＋ δ Ｎｓ）－
２ δ Ｎｓ ＝－ δ Ｎｓ＋２ δ Ｎｓ２－３ δ Ｎｓ３＋… ∵│δ Ｎ ｓ │《１
设 ４ 个量的相对误差分别为δ Ｎｓ、δ Ｎｘ、δ ｆｓ、δ ｆｘ， 联立⑴、⑶两式［对⑶式两边分别除以
ｆｘｅ，且 ｆｘｅ＝ ｆｓｅ］
δ ｆｘ＝源自文库
δ Ｎｘ＋
δ ｆｓ
－
δ Ｎｓ ⑷
首先讨论δｆｓ，δｆｓ产生的原因是由于标准频 率源的不稳定造成的。单片机的标准频率源通常是
由晶体振荡器产生的频率信号分频后获得的，而晶
参考文献： ［１］何振，周伟．电子政务信息资源共建共享的信息 安全问题分析．档案时空．２００５，４ ［２］孙洪林，王显义．建设高效安全的电子政务系 统．办公自动化．２００５，３ ［３］宋扬，李国辉．关于电子政务建设的几点反思． 商业研究．２００５，７ ［４］管强，张申生．基于Ｗｅｂ服务的电子政务应用集 成研究．计算机工程．２００５，６