数字周期测量仪

第1章 方案的确定

1.1 测频法（M 法）

对周期为T 的周期信号，测频的实现方法是，用一标准闸门信号（闸门宽

度为Tc ）对被测信号的重复周期数进行计数，当计数结果为N1时，其信号周期为：T1=Tc/N1,式中Tc 为标准闸门宽度，N1是由计数器计出的脉冲个数（重复周期数），如图1-1所示。

图1-1 测频法的波形关系图

设在Tc 期间，计数器的精确计数值应为N ，根据计数器的计数特性可知， N1的绝对误差是∆N1=±1,或者N1=N ±1,N1的相对误差为

∆1=()N N N /1-=±1/N.

由N1D 的相对误差可知，N (或N1)的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。因此，在Tc 已确定的情况下，为减小N1的相对误差，可通过增大Tc 的方法来降低测量误差。但是，增大Tc 会使周期测量的响应时间变长。当Tc 为某一确定值时，则有T1= Tc/N1,而T= Tc/N ，故有T1的相对误差：

∆2=()T T T /1-=±1/T.

从上式可知，T1的相对误差与T 成反比关系，即信号周期愈大，误差愈小；而信号周期的愈小，误差愈大。因此M 法适合高频信号的测量，频率愈大，测量精度也越高。

Tc

计数值 N1

被测信号

闸门信号

1.2测周法（T 法）

首先把被测信号通过二分频，获得一个高电平或低电平时间都是一个信号周期T 的方波信号，然后用一个已知周期Tosc 的高频方波作为计数脉冲，在一个信号周期T 的时间内对fosc 信号进行计数，如图1-2所示。

图1-2测周法波形的关系图

若在T 时间内的计数值为N2,则有：

T2=N2*Tosc f2=1/T2=fosc/N2

N2的绝对误差为∆N2=±1（或N2=N ±1）,N2的相对误差为

∆1=()N N N /2-=±1/N ，T2的相对误差为∆2=()T T T /2-=±Tosc /T 。

从T2的相对误差可以看出，周期测量的误差与信号频率成正比，而与高

频标准计数信号的频率成反比。当fosc 为常数时，被测信号频率越低，测量精度也越高。

根据题目要求，被测信号的周期是1ms 到99ms ，其频率范围为10HZ 到

1000HZ ，根据上面分析，测周法适用于高频信号，而被测信号属于低频信号，适用于测周法。

二分频信号

标准计数信号

被测信号

T

N2

第2章 设计原理

2.1数字周期测量仪的组成框图及波形图

被测信号经放大整形电路变成方波，加到门控电路产生闸门信号，在此期间，周期为Ts 的时基信号通过闸门进入计数，当放大整形电路的下降沿到来时，通过逻辑控制电路，使锁存器将计数器所计得的数进行锁存（使显示器显示稳定），同时产生清零脉冲（使计数器每次测量从0开始计数），经过译码器后使显示器能稳定的显示此时的计数器的值。组成框图如图2-1（a ）所示，各信号之间的时序关系如图2-1（b ）所示。

图2-1（a ）周期测量仪组成框图

译码显示电路

锁存器

计数器

闸门电路

逻

辑 控 制 电 路

时基电路

被测信号

Ⅰ Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

放大整形电路

ⅠⅡⅢⅣⅤ

计数

锁存

清零

N

图2-1（b）数字频率计波形图

第3章 芯片介绍

3.1 74LS00介绍

3.1.1. 74LS00管脚分配图

74LS00是2输入4正与非门，其管脚分布如图3-1所示：

图3-1 74LS00管脚分配图

1) 1A ～4A 和1B ～4B ：输入； 2) 1Y ～4Y ：输出； 3)VCC:接电源端； 4)GND:接地端。

3.1.2. 74LS00功能

74LS00所实现的功能为AB Y ，功能如表3-1所示。

表3-1 74LS00功能表

1A 1B 1Y 2A 2B 2Y

VCC 4B

4A

4Y

3B

3A

3Y

1

2

3

4

5

6

7

10

11 12 13

74LS00 四 2 输入与非门

3.2 74LS74介绍

3.2.1. 74LS74管脚分配图

74LS74是双上升沿D 触发器，其管脚分布如图3-2所示：

图3-2 74LS74管脚分配图

1) 1D R 和2D R :异步置0端； 2) 1D S 和2D S :异步置1端； 3）1CP 和2CP:时钟脉冲输入端； 4）1D 和2D:信号输入端； 5）VCC:电源输入端； 6）GND:接地端； 3.2.2. 74LS74功能

74LS74所实现的功能为异步置0、异步置1、置1、置0、保持的功能，功能如表3-2所示。

表3-2 74LS74逻辑功能表

1/RD 1D 1CP 1/SD 1Q 1/Q GND

VCC 2/RD 2D 2CP 2/SD

2Q

2/Q

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

74LS74

双上升沿 D 触发器