频率计和占空比测量电路的设计

频率计和占空比测量

引言：

随着科技的进步和发展，微处理器的性能逐渐提高，因此现在的频率计设计大部分是采用单片机来实现。因为处理器的工作频率很高，所以测量精度很高，误差比较小。但是由于采用单片机来实现的话还要软件的结合，因此对于编程能力较差的我采用纯硬件电路来实现。

占空比是脉冲信号的一个基本参数，不论在脉冲信号设计中，还是在脉冲信号的应用中，都需要知道脉冲的占空比，不同的应用情况对占空比的要求也不相同，因此准确快速地测量出脉冲占空比也就十分必要。测量占空比的方法主要有示波器比较法，单片机计算法，平均值转换法等，示波器比较法简单易行，但不能直接准确快速的飞鼠读数，单片机法虽然直接准确的显示出数值，但需要软件硬件配合，设计比较麻烦；平均值转换法电路简单，但需要将脉冲信号转换成平均值电压再进行A/D转换，而其他的一些测量方法虽然能克服上述方法的缺点，但是具体测量应用时却受到一些限制，于是，本文提出了一种全数字式的调频计数测量法。

一．频率计设计思路：

众所周知，频率就是周期的倒数，因此就是信号在单位时间内的脉冲数。所以要测脉冲数必然要用到计数芯片，要显示脉冲数就要用到数码管，还有锁存和译码器。又因为计数时间是一秒，所以555芯片来实现单稳态触发时间为一秒的触发信号。

二．芯片介绍：

1．4518计数芯片-----------------功能图：

2. 4511译码器

功能图：

三．功能模块

1.触发信号模块

2.4518计数模块

3.4511锁存模块

4.数码管显示模块

5.信号控制输入模块

补充：

以上的电路是正对时钟信号的频率测量，对于正弦信号和三角波信号的测量，都可以把其转化为时钟信号后在测量即可。

四．整体模块图

五.占空比测量电路设计

对于占空比的测量，我想大家最先想到测量方式就是用示波器，这很简单但是不方便，比较流行的是用单片机的中断功能。后通过软件编程即可实现，对于单片机外围电路设计比较简单，所以受到很多人都很青睐，但是还是那句老话对于编程能力较差的我只能通过纯硬件来实现。

六．设计思路

我们知道占空比就是信号正脉宽除以周期即：

D=T1/T (其中T1为正脉宽的时间，T为信号周期) 因此只要信号通过相应的处理即可变成正脉宽为T的信号，后利用一个基准信号使得其在正脉宽为T的时间下产生脉冲数100,在正脉宽为T1的时间产生脉宽数为M，此时M即为D。

七．芯片介绍：

双JK触发器 74109

芯片图：

功能图：

（其他用到的芯片上面都有叙述）

八．功能模块

1.信号处理模块

2.信号控制模块

（计数模块和数码管显示模块和上面一样）九．整体模块图

十．实验数据

1).频率计测量结果分析

根据以上测量原理和设计方案，在电路仿真proteus中进行电路搭建，经过过仿真验证测量电路能够按照预先设计的方案进行对信号的频率测量，在0~99999的频率信号作用下，其数码管上显示出的计数值分别为如下表所示：

2）.占空比测量

对于信号占空比的测量，也是在proteus仿真中进行，经过仿真验证测量电路能够按照预先设定的方案对脉冲信号占空比进行测量，油信号源在1Hz~10kHz，幅度为5v，脉冲上升时间和脉冲下降时间均为1ns，占空比为1%~99%进行抽样测量，调节频率可调振荡测量数据如

下表所示：

3）误差分析：

1.给定的待测信号其占空比本身就存在一定误差

2.仿真是得到计数脉冲信号是由待测信号与测量高频脉冲信号通过

与门进行相与操作得到，有时会在计数脉冲序列两端形成1个或者2个附加信号的尖脉冲信号，使计数值稍微变大。

3.门电路的传输延时等所带来的测量电路的固有误差。

十一．总结

对于频率计的设计我个人认为准确度比较高，一般误差不会超过0.005，唯一的缺点就是倘若要测高频的话要等到时间比较长，不会像理想效果就是直接显示，没有计数过程。

而占空比电路的设计我觉得精度也是可以保证就是测量不方便，首先视觉效果不好，低频还好，如果是高频的话基准信号的频率比较难调，不知道计数何时能达到100，所以不太可行。还有就是操作比较麻烦，你还要去调才能测，这样给使用者带来很大不便。