数字频率计的设计论文

数字频率计系统设计

一、论文选题的目的和意义

数字频率计是计算机、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。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，计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。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尤为重要。测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动等优点，是频率测量的重要手段之一。

为了实现智能化的技术，测频实现宽领域，高精度的频率计，一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计中去。单片机数字频率计以其可靠性高，体积小，价格低，功能全等优点，广泛的应用于各种智能仪器中，这些智能仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化传统仪器中的开关和按钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要按的键，省掉了很多繁琐的人工操作，而采用lcd液晶显示器能够清楚明了的显示出测得的实验数据。

二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势

研究现状：随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。对于抵挡产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性能搞，低价格。而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，搞稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。

由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断地增加。在测试通讯、微波器件或产品时，通常都是较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的或含有未知频率分量的、频率固定的或变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。为了能正确地测量不同类型的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能。微波计数器一般使用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频放大器等。虽然所有的微波计数器都是用来完成技术任务的，但制造厂家都有各自的一套复杂的计数器的设计、使得不同型号的计数器性能和价格会有所差别，比如说一些计数器可以测量脉冲参数，并提供类似于频率分析仪的频幕显示，对这些功能具有不同功能不同规格的众多仪器。我们应该视测试需要正确的选择，以达到最经济和最佳的应用效果。

发展趋势：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实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。现如今，数字频率计已经不仅仅是测量信号频率的装置了，用它还可以测量方波脉冲的脉宽。在人们的生活中频率计也发挥着越来越重要的作用，比如用数字频率计来监控生产过程，这样可以及时发现系统运行中的异常情况，以便给人们争取时间处理。

除此之外，它还可以应用于工业控制等其它领域。在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量是频率较低，误差较大。频率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，无法实时的跟踪捕捉到被测信号的频率变化。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引用范围。

在传统生产制造企业中，频率计被广泛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的频率变化，用于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，还可以用来对电台的跳帧信号进行分析。

对于频率计的设计目前也有专用芯片可以实现，如利用MAXIM公司的ICM7240来设计频率计。但由于这种芯片的计数频率比较低，远不能达到在一些场合需要测量很搞的频率要求，而测量精度也受到芯片本身的限制。提出的用AT8C52单片机设计频率计的方法可以解决这些问题，实现精度较高、等精度和宽范围频率计的设计。

三、论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术路线

本设计主攻方向为以电子测量中的测频法、测周法、测相差法为基本原理，以相关计数法测频为主要实现手段，以设计高频宽低误差的时间测量系统为目标。

目的在于设计出一个高频宽（0.1Hz~20MHz），低误差（误差精度为）的时间参

数测量系统。具体实现功能和技术指标如下：

（1）频率测量

a）测量范围信号：方波、正弦波

幅度：0.5～5 V

频率：0.1Hz～10MHz

b）测试误差≤0.01%（最大闸门时间≤10s）

（2）周期测量（技术指标及要求同频率测量）

（3）周期脉冲信号占空比测量

a）测量范围频率：1Hz～15kHz

幅度：0.5～5V

占空比变化范围：10%～90%

b）测试误差≤1％

（4）小信号放大和整形电路

其中，频率测量、周期测量应实现电路实模型及相应软件的设计和调试，对于周期脉冲信号占空比测量应完成仿真电路设计。

四、毕业论文（设计）的进度安排

第一阶段（2月21号~3月11号）：阅读指定的电子测量的教材，详细了解时间参数测量的原理和误差来源，对论文中所涉及的各种测量方案以及测量的实现难点着重研读，打下理论基础。查找相关资料，基本形成总体设计的框架。

第二阶段（3月12号~3月22号）：选择测量方案，设计出基于电子计数器实现的频率测量系统，了解电子计数器的特性和设计中应注意的事项。

第三阶段（3月23号~4月15号）：熟悉和掌握微处理器彷真平台的应用环境，搭建设计电路，编写测试软件完成对电路的功能与指标的测试和优化。

第四阶段：（4月16号~4月26号）在优化系统设计的同时撰写毕业设计论文。

第五阶段：（4月27号~5月18号）完成毕业设计论文的撰写，上交指导教师和评阅教师，反馈意见后修改论文。

第六阶段：（5月19号~5月25号）检查和修改论文以达到规范化的要求，准备答辩。

五、毕业论文（设计）应收集的资料及主要参考文献

[1]. 蒋焕文、孙续. 电子测量（第二版）. 中国计量出版社. 1998.5；

[2]. 刘国林、殷贯西. 电子测量 . 机械工业出版社. 2003.1

[3]. 孙焕根 . 电子测量与智能仪器 . 浙江大学出版社. 1992