频率计测频原理
浅析数字频率计的原理及其应用
浅析数字频率计的原理及其应用作者：杨振羽来源：《武汉科技报·科教论坛》2013年第10期【摘要】随着电子信息产业的发展，信号作为其最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。
传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量范围低，精度低。
因此，随着对频率测量的要求的提高，传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求。
【关键词】数字；频率计；应用一、引言在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。
测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。
电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。
直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。
数字频率计在电子、通讯等领域中的实验、研究开发、生产用途非常的广泛，它可以由逻辑电组成，也可以用单片机控制。
由逻辑电路组成的频率计，结构复杂，组装、调试比较麻烦；由单片机控制的频率计，数据采集、计算、译码及量程的自动转换，都可以由CPU来完成，简化了电路，提高了系统的可靠性。
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。
测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。
电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。
直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。
频率计
第1章绪论1.1研究背景及意义在电子技术领域内，频率是一个最基本的参数，它不仅是各种强弱电信号的物质本质参数之一，还因为频率信号的抗干扰性强、已与传输、可以获得较高的测量精度等特点使各种非电信号，诸如速度、力、图像、音讯等物理量都可以转换为电频率信号。
因此工程中很多测量，如用振弦式方法进行力的测量、时间测量、速度测量速度控制等都涉及到频率测量。
因此，研究频率计具有一定的实用价值。
数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，它的基本功能是测量正弦波信号、方波信号、尖脉冲信号以及其它各种单位时间内变化的物理量。
在测控系统中，测频方法的研究越来越受到大家的重视，多种非频率量的传感信号都要转化为频率量来进行测量，而频率计作为测量频率的仪器被广泛应用于工业生产、实验室、国防等领域。
1.2国内外研究现状由以上所述可见，研究设计一种测量精度高、测频范围广、在更小的空间内实现更多的功能、有灵活的现场可更改性的高精度数字频率计显得越来越重要。
本课题正是针对于此，研究、设计一种频率计，旨在提高频率测量的高精度、及时性等性能指标。
下面就简单的介绍下国内外关于数字频率计的研究现状。
1.2.1从测量原理上分目前频率测量的方法有很多，在进行频率测量时，往往关心的是频率所测量的范围、精度要求以及被测对象的特点。
而测量所能达到的精度，不仅取决于所测的频率源的精度，而且取决于所使用的测量设备和测量方法。
目前测量频率的方法有多种，频率计的种类也各种各样。
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对此测量其它信号的频率。
典型的传统的方法是计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时闸门时间为1秒，闸门时间也可以大于或小于1秒。
闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长；闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受到影响。
(1) 常用的数字频率的测量方法可以分为：1. 直接测量法（以下称M法）M法是在给定的站门事件内测量被测信号的脉冲个数进行换算得出被测信号的频率。
频率计测频原理
1.1 电子计数法测频原理
1.基本原理
根据频率的定义，若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则 该信号的频率为：
（4.2）
门电路复习：
与门
A 1/0
B 1/0
c 1/0
同理“或”门、与非、或非门等也有类似功能。
A 0011
B 0101
C 0001
由图可见：
因此
显示
晶 振
门 控
主 门
控制电路
A
B
C
D
E
1)时基（T）电路
T
两个特点：
(1)标准性 闸门时间准确度应比被测频率高一数量级以上，故 通常晶振频率稳定度要求达10-6～10-10。（恒温糟）
(2)多值性 闸门时间T不一定为1秒，应让用户根据测频精度和 速度的不同要求自由选择。例如：
=100MHz为例，可查知
=10kHz。
100MHz
图4.14 测频量化误差与测周量化误差
1Hz
1KHz
1MHz
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
1
10S
T=1S
0.1S
fc=10MHz
fc=1GHz
fc=100MHz
测频的量化误差
测周的量化误差
f
100MHz
因此，当
02
差产生的测频误差大得惊人 例如，fx= 10Hz，T=1s，则由±1误差引起的测频误差可达10％， 所以，测量低频时不宜采用直接测频方法。
2.测量低频时，由于±1误
2 电子计数法测量时间
本节介绍时间量的测量主要是指与频率对应的周期、相位及时 间间隔等时间参数，重点讨论周期的测量。
示波器和频率计测量频率,哪个更准？
示波器和频率计测量频率，哪个更准？——兼答“一周一问”之No.002问示波器和频率计测量频率，哪个更准？——兼答“一周一问”之No.002问高学琴深圳市鼎阳科技有限公司一周一问之No.002问示波器测量频率准不准？示波器是否能够分辨出频率分别是74.25MHz和74.1758MHz的两个信号？晶振的频率稳定度要求是5ppm，怎么用示波器测量这个指标？示波器测量频率和频率计测量频率在原理上有什么不同？在电子技术领域中，信号频率的测量是我们经常会遇到的问题，示波器和频率计均可以实现频率测量，那么究竟哪种方法的测量结果更为准确呢？下面我们将就这两种方法的测量原理和区别来做一些说明：一．示波器测频率示波器被称为工程师的眼睛，是时域上观察信号不可或缺的工具。
现在普及的绝大多数是数字示波器。
数字示波器的本质是将待测的模拟信号转换为离散的采样点，点和点通过某种方式相连组成了示波器屏幕上的波形。
根据屏幕上的波形，示波器采用软件编程的“算法”来计算波形的相关参数。
频率是任何一台数字示波器都具有的测量参数，是周期的倒数，表示信号在单位时间（1秒）内变化的次数,通常用f表示，基本单位是Hz，1Hz表示每秒变化一次。
数字示波器测量频率的算法是怎么来的呢? 理解这个算法就理解了示波器测量频率的准还是不准的误差源。
）主流的数字示波器对频率进行测量算法是按周期的倒数来计算的。
先计算出周期，再计算出频率。
示波器计算周期的算法是：计算出信号这个上升沿幅值50%的点到相邻下一个上升沿幅值50%的点之间的时间间隔。
因此，示波器要先获得50%的点。
要得到50%的点，必然需要确定幅值，那么我们就需要理解示波器测量参数的第一算法：确定高电平和低电平峰峰值表示所有采样样本中的最大样本值减去最小样本值，这好理解，在示波器算法中也好实现; 而幅值表示被测信号的“高电平”减去“低电平”。
高电平和低电平分别在哪里？这就需要定义算法。
这个算法的确定将不只是直接影响到“幅值”这个参数值，还将影响到绝大多数水平轴的参数值，如上升时间,下降时间，宽度，周期等，因为水平轴的参数要依赖于垂直轴的参数。
频率计的工作原理
频率计的工作原理：测量波频率的神器频率计是一种用于测量电波频率的仪器，它采用谐振电路作为测量元件，通过对电路谐振点的检测，求出测量信号的频率。
下面我们就来详细了解频率计的工作原理。
频率计的工作原理主要是利用谐振电路的特性进行频率测量。
谐振电路是一个有固定频率的振荡电路，当外界信号的频率等于谐振电路的固定频率时，电路输出信号振幅将得到最大增益，此时电路处于谐振状态。
利用这个特性，可以通过检测电路的谐振点，求出信号的精确频率。
频率计通常采用的是谐振电桥电路或谐振环电路进行测量。
谐振电桥电路是基于电桥原理设计的一种频率计，它由谐振源、比较器和数字显示器等组成。
当输入信号的频率接近谐振源的频率时，比较器将输出电平变化，这个变化的电平可以被计算机控制和数字显示，从而得到输入信号的频率。
谐振环电路也是一种常用的频率计测量电路。
它由一个反馈环路和比较器等组成，当输入信号频率和谐振环电路本身的共振频率一致时，电路将达到共振状态，此时反馈回路的输出电压将达到最大值，经过比较器处理后，数字显示器中将显示出测量信号的频率。
除了上述谐振电桥电路和谐振环电路外，还有锁相环频率计、计数频率计、混频器频率计等不同类型的频率计常用于频率测量。
不同类型的频率计根据应用场景和测量精度的要求，选择不同种类的谐振电路进行频率测量。
在使用频率计测量时，还需特别注意检测范围和精度要求，因为不同频率的信号需要选择不同的测量范围，否则测量结果可能不准确。
此外，还需保持频率计的电源供应稳定，避免外界干扰，以确保测量结果的可靠性和精度。
总之，频率计是一种非常重要的测量仪器，它能够在电子技术领域、通信领域、精密测量领域等多个行业中发挥重要作用。
掌握频率计的工作原理，将有助于我们更好地应用这个神器进行频率测量和信号分析。
频率计
频率计一、频率计的基本原理：频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。
其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T（如右图所示）。
频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。
在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。
主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。
在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。
二、频率计的应用范围：在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。
频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。
正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。
在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。
频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。
在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。
在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。
三、频率计厂商介绍：目前，市场上的频率计厂家可分为三类：中国大陆厂家、中国台湾厂家、欧美厂家。
其中，欧美频率计厂家所占有的市场份额最大。
欧美频率计厂家主要有：Pendulum Instruments 和Agilent科技。
Pendulum Instruments 公司是一家瑞典公司，总部位于瑞典首都斯德哥尔摩。
Pendulum 公司源于Philips公司的时间、频率部门，在时间频率测量领域具有40多年的研发生产经历。
频率测量
频率测量设计班级：学号：姓名：指导老师：简介：频率仪器是数字电路中一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延迟。
随着复杂可编程逻辑器件的广泛应用，将使整个系统大大简化。
提高整体性能，它是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。
它不仅可以测量正弦波，方波，三角波，尖脉冲信号和其他具有周期的信号的频率，而且还可以测量他们的周期。
经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪：可以测量电容做成数字电容测量仪;在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪，计价器等。
因此数字频率仪在测量物理量方面有广泛应用，数字式频率计是测量频率最常用的仪器之一，其基本设计原理是首先把待测信号通过放大整形，变成一个脉冲信号，然后通过控制电路控制计数器计数，最后送到译码显示电路里进行显示。
1 频率计的设计原理交变信号或脉冲信号的频率是指在单位时间内，由信号所产生的交变次数或脉冲个数，即fx=N/t. 可以看出测量fx，必须将N或t两个量之一作为闸门或基准，对另一个量进行测量。
在一般数学电路中，对fx的测量是由电路提供标准闸门信号即t= Tz，Tz通常为1s 或它的十倍百倍等，然后对Tz内的被测信号变化的次数进行计数，得到Nx，即可得到fx=Nx/Tz. 对于低频信号，数字电路中采用的是测周期法，即Tx=1/fx=t/N,由电路提供标准时基信号Ts，将被测信号的周期作为闸门，将测量转化为对标准时基信号进行计数Tx=nx * Ts 。
频率计的设计原理实际上是测量单位时间内的周期数。
这种方法免去了实测以前的预测，同时节省了划分频率的时间，克服了原来高频率采用测频模式而低频段采用测周期模式的测量方法存在换挡速度慢的缺点。
通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。
闸门时间也可以大于或小于1秒。
闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的时间隔就越长。
等精度数字频率计
等精度数字频率计测量方式：一、测频原理所谓“频率”，确实是周期性信号在单位时刻转变的次数。
电子计数器是严格依照f ＝N/T的概念进行测频，其对应的测频原理方框图和工作时刻波形如图1 所示。
从图中能够看出测量进程：输入待测信号通过脉冲形成电路形成计数的窄脉冲，时基信号发生器产生计数闸门信号，待测信号通过闸门进入计数器计数，即可取得其频率。
假设闸门开启时刻为T、待测信号频率为fx，在闸门时刻Ｔ内计数器计数值为N，那么待测频率为：fx = N/T假设假设闸门时刻为1s，计数器的值为1000，那么待测信号频率应为1000Hz 或1.000kHz，现在，测频分辨力为1Hz。
图1 测频原理框图和时刻波形二、方案设计2.1整体方案设计等频率计测频范围1Hz~100MHz，测频全域相对误差恒为百万分之一，故由此系统设计提供100MHz作为标准信号输入，被测信号从tclk端输入，由闸门操纵模块进行自动调剂测试频率的大小所需要的闸门时刻，如此能够精准的测试到被测的频率，可不能因闸门开启的时刻快慢与被测频率信号转变快慢而阻碍被测频率信号致使误差过大，被测信号输入闸门操纵模块后，在闸门操纵模块开始工作时使encnt端口输出有效电平，encnt有效电平作用下使能标准计数模块（cnt模块）和被测计数模块（cnt模块），计数模块开始计数，直到encnt 从头回到无效电平，计数模块就将所计的数据送到下一级寄放模块，在总操纵模块的作用下，将数据进行load（锁存），然后寄放器里的数据会自动将数据送到下一模块进行数据处置，最后送到数码管或液晶显示屏（1602）进行被测信号的数据显示。
PIN_84VCCreset INPUTPIN_31VCCtclk INPUTcnt_time 100Signed IntegerParameter Value Typeclken_1kHztclkclrloadencntcnt_eninst4cnt_w idth32Signed IntegerParameter Value Typeclkclrencntout[cnt_width-1..0]cntinst1cnt_w idth32Signed IntegerParameter Value Typeclkclrencntout[cnt_width-1..0]cntinst2cnt_w idth32Signed IntegerParameter Value Typeclken_1kHzclrlock_endata[cnt_width-1..0]regout[cnt_width-1..0]bcnt_reginst3cnt_w idth32Signed IntegerParameter Value Typeclken_1kHzclrlock_endata[cnt_width-1..0]regout[cnt_width-1..0]tcnt_reginst5clken_1kHzresetenencntclr_cntlockclr_regload_encntcontrolinst6clken_1kHzresetclearreset_cntinst16被测频率信号输入闸门信号控制器100M标准频率信号计数器被测频率信号计数器100M标准频率数据寄存被测信号频率数据寄存复位模块闸门、计数、寄存的总控制模块clk_100MHztclk1loadclk_100MHzen_1kHzclk_100MHzen_1kHzen_1kHzclk_100MHzloaden_1kHzclk_100MHzclk_100MHzen_1kHzset_f ashion[4]tclk1reset1cnt_numb[31..0]cnt_numt[31..0]两路数据送到下一级进行数据处理2.2理论分析采纳等精度测量法，其测量原理时序如图1所示从图1中能够取得闸门时刻不是固定的值，而是被测信号的整周期的倍数，即与被测信号同步，因此，不存在对被测信号计数的±1 误差，可取得：变形后可得：对上式进行微分，可得：由于 dn=± 1 ,因此可推出：从式（5）能够看出：测量误差与被测信号频率无关，从而实现了被测频带的等精度测量；增大T或提高fs能够提高测量精度；标准频率误差为dfs/fs,因为晶体的稳固度很高，再加上FPGA核心芯片里集成有PLL锁相环可对频率进一步的稳固，标准频率的误差能够进行校准，校准后的标准误差即能够忽略。
数字频率计
摘要在电子技术中, 频率是最基本的参数之一, 在数字电路中，数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。
在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。
在CMOS电路系列产品中，数字频率计是用量最大、品种很多的产品，是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系, 频率是反映信号特性的基本参量之一,频率测量在应用电子技术领域有着重要的地位。
测量的数字化、智能化是当前测量技术发展的趋势。
本文数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。
如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。
因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。
数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。
本次设计选择以集成芯片作为核心器件，设计了一个简易七位数显频率计，以触发器和计数器为核心，由信号输入、放大、整形、计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。
放大整型电路：对被测信号进行预处理；闸门电路：读取单位时间内进入计数器的脉冲个数；时基信号：产生一个秒信号；计数器译码电路：计数译码集成在一块芯片上，记录单位时间内脉冲个数，把十进制计数器计数结果译成BCD码；显示：把BCD码译码在数码管上显示出来。
文中首先对七位数显频率计的整体设计方案进行了分析和论证，并对用Protel99se软件画原理图及PCB图的制作了具体介绍。
关键词：频率，集成电路，Protel99se软件IAbstractIn electronic technology, the frequency is one of the most basic parameters, in digital circuits, digital frequency meter are sequential circuit, it has a memory function by the composition of the flip-flop. In the computer and various digital instruments, they are widely used. CMOS products in the circuit, the digital frequency meter is the amount of the largest varieties of many products, computers, communications equipment, audio, video and other essential areas of research and production of measuring instruments, and with a number of electrical parameters of the measurement program, the measurement results are very closely related to the frequency characteristics of reflected signals, one of the basic parameters, This article is a digital frequency meter with digital display of the equipment under test signal frequency, the measured signal can be sine wave, square wave or other periodic signal change. Such as with the appropriate sensors, can test a wide range of physical quantities, such as the frequency of mechanical vibration, speed, sound frequency, as well as piece-rate products and so on.The design of the main choice of integrated chips as the core devices, we designed a simple digital frequency meter 7 to flip-flop and counters at the core, by the signal input, amplification, shaping, counting, data processing and data display function module group into. Cosmetic surgery to enlarge the circuit: The pre-processing of measured signals; gate circuit: read per unit time the number of pulses into the counter; time base signal: 1 seconds generated signal; Counter Decoder: Decoding count on a single chip integrated , recording the number of pulses per unit time,Count the results of the decimal counter to BCD code; show: the BCD code decoding in the digital tube display. Protel99se use of schematic and PCB drawing maps for the details.Keywords: Frequency, Intergrated circuit, software Protel99II目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第一章引言 (1)1.1课题的目的及意义 (1)1.2国内外发展现状及研究概况 (1)1.3设计的主要技术指标与参数 (2)1.4设计的主要内容 (2)第二章方案的比较与论证 (3)2.1测量方法分析 (3)2.2误差分析 (4)2.3方案的选择与确立 (5)第三章总体电路设计 (6)3.1电路的组成及工作原理 (6)3.1.1电路的组成 (6)3.1.2频率计的工作原理 (6)3.2原理方框图 (8)3.3电路工作各部分原理 (9)3.3.1计数显示电路 (9)3.3.2放大分频整形电路 (10)3.3.3秒脉冲发生电路和控制电路 (11)3.3.4 测晶振电路 (13)3.3.5电源供电电路 (14)3.4整体电路原理图 (15)第四章各部分芯片介绍 (16)4.1MC14543的介绍 (16)4.2 MC14553的介绍 (18)III4.3 HCF4033的介绍 (20)4.4 CD4060的介绍 (21)4.5 CD4017的介绍 (22)4.6 AD829的介绍 (24)第五章Protel99SE的介绍 (26)5.1 Prote l的发展 (26)5.2 Protel99SE的简介 (26)5.3原理图设计步骤 (27)5.4 PCB板图的设计 (28)5.5 PCB版图 (31)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录原件明细表 (35)IV第一章引言1.1课题的目的及意义数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，是一些科研生产领域不可缺少的测量仪器，被测信号可以是正弦波，方波，三角波或其它周期性变化的信号。
频率时间间隔测量原理
频率时间间隔测量原理
频率时间间隔测量原理是通过测量事件发生的时间间隔来计算出事件的频率。
该原理适用于各种领域，如物理学、电子学、计算机科学等。
在物理学中，频率是指单位时间内事件发生的次数。
通过测量事件的时间间隔，我们可以计算出事件的频率。
例如，假设我们想测量一个摆动钟的频率，我们可以开始计时，然后记录摆钟完成一次摆动所经过的时间。
通过将这个时间除以一秒，我们就可以得到摆钟的频率。
在电子学中，频率是指电信号的周期性变化。
通过测量电信号的时间间隔，我们可以计算出电信号的频率。
例如，在无线电中，我们可以通过测量电磁波的周期性变化来计算出无线电波的频率。
在计算机科学中，频率是指计算机处理指令的速度。
通过测量计算机执行指令的时间间隔，我们可以计算出计算机的时钟频率。
例如，我们可以通过测量计算机执行一条指令所需的时间来计算出计算机的时钟频率。
频率时间间隔测量原理是基于时间的。
通过测量一系列事件的时间间隔，我们可以计算出事件的频率。
这个原理在许多领域都有广泛的应用，可以帮助我们了解事物的运动规律、电信号的变化规律以及计算机的性能等。
等精度测频原理(共10张PPT)
第8页，共10页。
• 计数器1和计数器2分别用来给频标和被测 数字脉冲计数，设在同步门控制结束时计 数器1计数N1，计数器2计数N2，若频标频 率为F1，被测频率为Fx，则有公式： Fx/N2=F1/N1；…………………（1） Fx＝（F1/N1）* N2……………（2）
直接测频法的实现
采用直接测频法进行频率测量，具体要求：
• 闸门时间固定为1s 直接测频法的测量准确度与被测信号的频率有关。
（分频得到），闸门信号
是一个的方波； 在闸门有效（高电平）期间，对输入的脉冲进行计数；
显示的频率是2s更新一次，且显示的内容是闸门下降沿时锁存的值。 计数器1和计数器2分别用来给频标和被测数字脉冲计数，设在同步门控制结束时计数器1计数N1，计数器2计数N2，若频标频率为F1，被测频率
• 在闸门有效（高电平）期间，对输入的脉 为Fx，则有公式：
另外还必须有同样的八个BCD码来对输入的频率进行计数，在闸门下降沿的时候，将后者的值锁存到寄存器中。 另外还必须有同样的八个BCD码来对输入的频率进行计数，在闸门下降沿的时候，将后者的值锁存到寄存器中。
冲进行计数； 在闸门有效（高电平）期间，对输入的脉冲进行计数；
第4页，共10页。
被测频率通过一个拨动开关来选择是使用系统中的数字时钟源模块的时钟信号还是从外部输入一个信号进行频率测量。 Fx/N2=F1/N1； Fx/N2=F1/N1； 可见，测量精度与预置门时间无关，主要由F1的频率稳定度来确定，测量精度基本上近似于频标的稳定度。 直接测频法的测量准确度与被测信号的频率有关。 当拨动开关为高电平时，测量从外部输入的信号，否则测量系统数字时钟信号模块的数字信号。 当拨动开关为高电平时，测量从外部输入的信号，否则测量系统数字时钟信号模块的数字信号。 预置门电路内部包括一个同步门电路，用来实现被测频标与被测频率的同步，提高测量精度，减少基本误差。 直接测频法的测量准确度与被测信号的频率有关。 在闸门有效（高电平）期间，对输入的脉冲进行计数； 在闸门信号的下降沿时刻，锁存当前的计数值，并且将所有的频率计数器清零。 Fx/N2=F1/N1； 计数器1和计数器2分别用来给频标和被测数字脉冲计数，设在同步门控制结束时计数器1计数N1，计数器2计数N2，若频标频率为F1，被测频率 为Fx，则有公式： 显示的频率是2s更新一次，且显示的内容是闸门下降沿时锁存的值。 计数器1和计数器2分别用来给频标和被测数字脉冲计数，设在同步门控制结束时计数器1计数N1，计数器2计数N2，若频标频率为F1，被测频率 为Fx，则有公式： 当拨动开关为高电平时，测量从外部输入的信号，否则测量系统数字时钟信号模块的数字信号。
频谱分析仪的工作原理
频谱分析仪的工作原理
频谱分析仪是一种用于测量信号频谱特性的仪器。
它能够将一个信号分解成不同频率成分，并显示在频谱图上。
频谱分析仪的工作原理基于傅里叶变换。
傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
在频谱分析仪中，输入信号首先经过一个采样器进行采样，将模拟信号转换为数字信号。
然后，采样得到的数字信号进一步经过一个高速数字转换器（ADC）进行模数转换。
接下来，数字信号被送入快速傅里叶变换（FFT）算法。
FFT 算法能够将时域信号转换为频域信号，并计算出信号的频谱信息。
这些频谱数据随后被传输到显示器或计算机上，以产生频谱图。
频谱图是频谱分析仪显示的主要结果。
它将信号的频率表示为水平轴，将信号在每个频率上的能量表示为垂直轴。
频谱图能够清晰地显示信号的频率分布情况，包括频谱的峰值、宽度和相对大小等特征。
频谱分析仪在许多领域中得到广泛应用，如无线通信、音频处理、振动分析和故障诊断等。
通过对信号频谱的测量和分析，频谱分析仪能够帮助工程师和科研人员了解信号的特性，并进行相应的信号处理和优化。
频率计的工作原理
频率计的工作原理
频率计是一种用于测量信号频率的仪器。
它的工作原理基于信号周期的测量。
当信号源输入到频率计中时，经过放大、滤波等处理，信号会被转换成一个方波信号。
频率计通过计时器来测量方波信号的周期，并根据周期的倒数来计算信号的频率。
具体来说，频率计的计时器会根据方波信号的上升沿和下降沿的变化来计算方波信号的周期。
计时器在每个周期开始时开始计时，在周期结束时停止计时。
通过测量多个周期的时间，计时器可以计算出平均周期，然后根据平均周期的倒数即可得到信号的频率。
为了提高频率计的精度和稳定性，通常会采用一些增强技术，如自动增益控制、数字滤波等。
自动增益控制可以根据输入信号的幅度变化来调整放大倍数，以保证测量的准确性。
数字滤波则可以通过滤除噪声和杂散信号，使测量结果更加稳定和可靠。
总之，频率计是通过测量信号的周期并计算频率来实现对信号频率的测量。
它利用计时器来测量信号周期，并通过增强技术提高测量的准确性和稳定性。
第四章-频率和相位的测量
• 本章主要介绍测量频率的方法，以及电子 数字频率计的结构与原理。用电子数字频 率计测量频率，是今后测量频率的主要手 段，也是频率计的发展方向。
• 相位计和整步表是电力系统运行中常用仪 表，本章对其作一般性介绍，以供相关专 业使用。
第一节 频率的测量方法
一、工频的测量
1、用电动系频率表测量工频
李沙育图形或混频后的频率求得被测频率。
差拍法 混频法
李沙育图形测频 率
2.无源测量法
• 无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接 用被测信号进行测量如文氏电桥测频率 和谐振回 路测频率。
( R1
1
jX
C1
)
R4
( 1/
R2
1
jX
C2
)
R3
1 f X 2πRC
文氏电桥测频率
fX
1 2π LC
k1IUC0 cos (
L 1/ C0 R2 (L 1/ C0 ) 1
^
M 2 k2II2 cos(90 ) cos(II2 )
k2 IU
R0 R0 R2
I2
sin
1
R2 (L 1/ C)
• 由于两个力矩方向相反，当平衡时两者相等。联
立可得:
3.量化误差：
• 计数闸门开启时间不刚好是被测信号周期的整数 倍，而且脉冲到达时刻不刚好是闸门开启时刻， 因此在相同的开启时间内，可能会有正负一个数 的误差。
量化误差示意图
计数闸门开启时 间不刚好是被测信号 周期的整数倍造成的 量化误差。
在时间 T 内脉冲个 数为7.5,测出数可能为 6。
计数开始不刚好是第 一个脉冲到达时刻，造 成的量化误差。
考核题 数字频率计设计资料
4.锁存器 采用八D触发器74LS273(2片)， 作用：将计数器1s结束时所计得的数进行锁存，使 显示器上能稳定地显示此时计数器值。图见P.244.
5.扩展电路 采用74LS138、74LS151、74LS90、74LS92、 74LS74实现频率测量范围扩展并实现量程自动转 换。图见P.246.
定位，单位指示灯自动显示。
二、测频原理
在一定时间间隔T内测得某个周期性信号 的重复变化次数为N，则其频率可表示为f=N/T, 当T=1s时，计数脉冲个数为N,则f=NHz。
数字频率计组成框图
译码显示器
逻
锁存器
辑
控
制
计数器
电
路
闸门电路
时基电路
放大整形
三、数字频率计的电路设计
1.放大整形电路 把正弦波、三角波、整形成矩形脉冲，由
3DG100组成放大器，74LS00与非门构成施密 特触发器。图见P.244. 2.时基电路
产生一个标准信号，高电平持续时间为1S， 作为闸门信号。
由555构成多谐振荡器。图见P.244.
3.逻辑控制电路 用以产生锁存信号和清“0”信号，由
74LS123单稳态触发器产生,Cext、Rext是定时 电容和定时电阻，决定信号脉冲宽度，图见
考核题 数字频率计设计
一、设计要求(P248) 频率范围： 1Hz ~ 10KHz,10KHz ~ 100KHz,100KHz ~ 1MHz 频率准确度： f X 2103
fX
被测信号幅度 U Xm (0.2 ~ 5)V (正弦波、方波、三角波） 显示工作方式：4位十进制数显示，小数点自动
三－八译码器74LS138
八选一数据选择器74LS151
数字频率计
数字频率计数字频率计是采纳数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。
频率计重要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。
其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。
通常说的，数字频率计是指电子计数式频率计。
目录优点用途重要构成基本原理优点用途在电子技术领域，频率是一个最基本的参数。
数字频率计作为一种最基本的测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。
很多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度等通过传感器转换成信号频率，可用数字频率计来测量。
尤其是将数字频率计与微处理器相结合，可实现测量仪器的多功能化、程控化和智能化.随着现代科技的进展，基于数字式频率计构成的各种测量仪器、掌控设备、实时监测系统已应用到国际民生的各个方面。
重要构成频率计重要由四个部分构成：输入电路、时基（T）电路、计数显示电路以及掌控电路。
输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。
而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。
在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。
所以在通过整形之前通过放大衰减处理。
当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。
当输入信号电压幅度较小时，若前级输入衰减为零时不能驱动后面的整形电路，则调整输入放大的增益，被测信号得以放大。
时基和闸门电路：闸门电路是掌控计数器计数的标按时间信号，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器的个数就是由闸门信号决议的，闸门信号的精度很大程度上决议了频率计的频率测测量精度。
当要求频率测量精度高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。
时基信号可由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基按时间。
被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号。
计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。
数字频率计
二 、数字频率计的设计实例（一）、.频率计测量的工作原理数字频率计是用于测量信号频率的电路。
测量信号的频率参数是最常用的测量方法之一。
实现频率测量的方法较多，在此我们主要介绍三种常用的方法：时间门限测量法、标准频率比较测量法、等精度测量法。
（1） 时间门限测量法在一定的时间门限T 内，如果测得输入信号的脉冲数为N,设待测信号的频率为f x ，则该信号的频率为 TNf x =改变时间T ，则可改变测量频率范围。
此方法的原理框图如图2-1所示，时序波形图如图2-2所示。
用时间门限测量方法测量时，电路实现起来较容易，但对产生的时间门限要求精度较高，测量的时间误差最大是正负一个待测信号周期，即x f /1t ±=∆。
图2-1 测频原理图图2-2 测频时序波形图（2）标准频率比较测量法用两组计数器在相同的时间门限内同时计数，测得待测信号的脉冲个数为N 1、已知的标准频率信号的脉冲个数为N 2，设待测信号的频率为f x ，已知的标准频率信号的频率为f 0；由于测量时间相同，则可得到如下等式：21N f N f x = 从上式可得出待测信号的频率公式为： 021f N N f x =标准频率比较测量法对测量产生的时间门限的精度要求不高，对标准频率信号的频率准确度和稳定度要求较高，标准信号的频率越高，测量的精度就越高。
该方法的测量时间误差与时间门限测量法的相同，可能的最大误差为正负一个待测信号周期，即x f /1t ±=∆。
测量时可能产生的误差时序波形如图2-3所示。
（3）等精度测量法以上介绍的两种测量频率的方法实现电路容易，但是，测量的精度与待测信号的频率有关，待测信号频率越高，测量的精度就越高，反之，测量精度越低。
为了提高测量低频时的精度，使得测量的高、低频率精度都一样，一般采用等精度测量法。
上面介绍的两种方法都是在闸门门限的控制下来实现计数器的计数开始和结束的。
当闸门门限的上升沿到来时，计数器计数开始，当闸门门限的下降沿到来时，计数器计数结束。
频率计实现原理
1 引言 为了实现智能化的电子计数测频,实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是运用单片机测量频率 口芯片以及分频电路实现频率的自动分频。根据计数值、分频系数,求出周期 T,得到待测频率。 2 C51 语言使用中几个关键问题 在数字频率计中,没有采用常用的汇编语言,全部软件用 C 语言编程。8051 单片机的 C 语言编译器简称 C51。 一个名为 main 的主程序。 (l)用＃i nclude 在 C 语言源程序中包含库文件。例如:＃i nclude〈reg51.h〉 例如:sfr TMOD=OX89; (3)对于片外的 I/O 扩展,用“#define',语句进行定义。如:#define PORT A XBYTE[0xffc0];
频率计实现原理
1、测频原理 若某一信号在 T 秒时间里重复变化了 N 次，则根据频率的定义可知该信号 的频率 fs 为：fs=N/T 通常测量时间 T 取 1 秒或它的十进制时间。 （1）、时基 T 产生电路： 提供准确的计数时间 T。 晶振产生一个振荡频率稳定的脉冲， 通过分频整形、 门控双稳后，产生所需宽度的基准时间 T 的脉冲，又称闸门时间脉冲。 注意：分频器一般采用计数器完成，计数器的模即为分频比。 （2）、计数脉冲形成电路： 将被测信号变换为可计数的窄脉冲，其输出受闸门脉冲的控制。 （3）、计数显示电路： 对被测信号进行计数，显示被测信号的频率。计数器一般采用多位 10 进制 计数器；控制逻辑电路控制计数的工作程序：准备、计数、显示、复位和准备下 一次测量。其中十进制计数器要求具有计数使能端 CNTEN、复位端 CLR、进位输 出端 CO。 2、具体实现： 具体实现步骤如下 1)、测频控制逻辑电路（以 1 秒为例）：图 5－2 为逻辑控制的一种参考的时 序关系，具体实现时可以和参考时序不一致； 2） 产生一个 1 秒脉宽的周期信号：由于实验箱上没有 1Hz 的时钟，所有必须 通过其他时钟获得， 具体实现一般可利用计数器通过对某一个频率分频得到（要 求输入频率为 1Hz 的整数倍）。 3） 对计数器的每一位计数使能进行控制：可以利用低位的十进制计数器的溢 出信号作为高位的十进制计数器的时钟输入信号。
频率计原理
频率计原理
频率计是一种用来测量信号频率的仪器，它根据电磁感应原理工作。
频率的定义是指在单位时间内某个事件或者信号的周期性重复次数。
在频率计中，典型的实现方式是使用计时器和一个稳定的参考信号源。
具体实现时，频率计会将待测信号输入到一个计数器中，并开始计时。
当计数器计满一定的计数值之后，计数器会停止计时，并将结果存储在寄存器中。
同时，参考信号源本身也会启动计时器，并用相同的方式测量时间。
随后，通过比较待测信号和参考信号源的计时结果，频率计可以计算出待测信号的频率。
由于参考信号源是一个稳定的频率源，所以将待测信号与参考信号源的频率进行比较，就可以得到待测信号的频率。
需要注意的是，频率计常常使用数字技术，如微处理器或者FPGA来实现计数器和计时器的功能。
这样可以提高精度和准
确性，并且可以通过数字处理进行更多的信号分析和处理。
同时，为了提高测量精度，频率计通常会对信号进行采样，并采用适当的滤波和处理技术来降低噪声和干扰。
总结起来，频率计利用计数器和参考信号源来测量待测信号的周期性重复次数，并通过计时结果的比较来计算出待测信号的频率。
通过数字技术的应用和适当的信号处理，可以实现高精度和高准确性的频率测量。