数字频率计设计课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数
第十组
字
指孙 导红 老军 师老
：师
小 组 成 员 ：
周冯刘 伟广后 麟洪波 （（（ 方电数 案路据
确调分
频 率 计 设
立试析 ）））
计
一、频率测量方法概述
电子计数式测量频率有以下几种方法： （1）脉冲数定时测频法（M法）：记录在确定时间里待测信号的脉冲个数。其特点是：
测量方法简单；测量精度与待测信号频率和门控时间有关，当待测信号频率较低时，误差 较大。 （2）脉冲周期测频法（T法）：在待测信号的一个周期里记录标准频率信号变化次数。 此法低频检测时精度高，但高频检测时误差较大。 （3）脉冲数倍频测频法（AM法）：此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺陷发 展起来的。通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。其特点是待测信号 脉冲间隔减小，间隔误差降低；低频测量精度比M法高A倍，但控制电路较复杂。 （4）脉冲数分频测频法（AT法）：此法是为了提高T法高频测量时的精度而发展起来的。 由于T法测量时要求待测信号的周期不能太短，所以可通过A分频使待测信号的周期扩大 A倍。其特点是高频测量精度比T法高A倍；但控制电路也较复杂。 （5）脉冲平均周期测频法（M/T法）：此法是在闸门时间内，同时用两个计数器分别记 录待测信号的脉冲数M和标准信号的脉冲数。其特点是在测高频时精度较高；但在测低频 时精度较低。 （6）多周期同步测频法：是由闸门时间与同步门控时间共同控制计数器计数的一种测量 方法，待测信号频率与M/T法相同。此法的优点是：闸门时间与被测信号同步，消除了 对被测信号计数产生的±1个字误差，测量精度大大提高，且测量精度与待测信号的频率 无关，实现了在整个测量频段等精度测量。
Cap
C2
47K
104
9018-2
NPN Cap
R2
104
Res2
1K
wk.baidu.com
GND
七、硬件部分设计
波形变换和整形电路：
采用数字芯片（74HC00）实现把正弦波、 三角波、方波等各种波形的正负交替的信号 波形变换成可被单片机接受的TTL/ CMOS 兼容信号。
74HC00A
+5 1
3
2
MC74HC00AN
二、数字频率计种类
1、采用中小规模数字集成电路，用机械式功能转换开关换挡， 完成测量频率、周期以及脉宽等功能的计数器。此种数字频率 计已处于淘汰阶段，由于其自身不具备智能化、自动化，完全 借助于机械示的操作，对一些智能的频率计功能已无法完成， 所以，现在使用这种数字频率计的已经很少。
2、采用现场可编程门阵列（CPLD/FPGA）作为系统控制核 心制成的数字频率计。这种技术是在近几年才发展起来的新技 术，具有很大的发展空间和应用价值。但是其涉及的知识比较 广，应用麻烦。
方案三：系统采用可编程逻辑器件（PLD，如ATV2500）作为信 号处理及系统控制核心，完成包括计数、门控、显示等一系列工 作。
方案四：系统采用单片机STC89C52作为控制核心，门控信号由 STC89C52内部的计数/定时器产生。由于单片机的计数频率上限 较低（24MHZ晶振时约为500KHZ），所以需对高频被测信号进 行硬件预分频处理，STC89C52则完成运算、控制功能。
四、数字频率计设计方案极其论证
方案二的设计思路是非常简单的，电路也不复杂，但由于它采 用的是专用频率计模块设计,不符合我们的设计要求，所以就不 予考虑了。
方案一采用的是中小规模数字集成电路，虽然能够实现频率的 测量，但其功能扩展不易实现，智能化程度也不高，不符合目 前数字频率计的发展要求。
采用方案三，用直接测频方法对低频测量是不现实的，而采用 带有运算器的单片机则可以很容易地解决这个问题，实现设计 要求。也就是采用先测信号的周期，然后再通过单片机求周期 的倒数的方法，从而得到我们所需要的低频信号的测量精度。 另外由于使用了功能较强的AT89C52芯片，使本系统可以通过 对软件改进而扩展功能，提高测量精度，因此我们选用方案四， 采用单片机作为核心控制系统的具体实施方案。
3、采用单片机为系统控制核心的数字频率计。优势：体积小， 所用芯片少，测量范围广，易于扩展功能，智能化、自动化强 度高，便于控制。因此采用单片机技术设计数字器件已逐渐成 为主流。
三、数字频率计的发展趋势
发展趋势之一：从以前的模拟器件设计数字 频率计逐步转变为数字芯片设计数字频率计。
发展趋势之二：在功能上从以前的仅实现单 一频率测量扩展到还能测量周期、占空比、 脉宽等各种参数指标。
P 3.0
发展趋势三：频率计虚拟化。随着计算机的 普及，利用计算机做显示和操作平台的虚拟 仪表，也越来越被广泛运用。
四、数字频率计设计方案极其论证
方案一：系统测频部分采用中小规模数字集成电路，完成频率计 测量功能。
方案二：采用专用频率计模块实现频率测量。由频率计专用模块 （如ICM7216）构成，它的特点是结构简单，量程可以自动切换。
七、硬件部分设计
闸门时基电路：采用数字芯片（74LS08） 实现对数字信号的控制。
74HC00A 1
3
74LS08A 1
2
3
P3.1 2
MC74HC00AN
SN74LS08N
七、硬件部分设计
分频电路 ：采用数字芯片（74LS393）用 于扩展单片机的频率测量范围并为实现单片 机频率测量和周期测量使用统一的输入信号。
波等多种波形信号的频率值。
七、硬件部分设计
放大电路：采用两个NPN三极管（9018） 级联方式实现对待测信号的放大,降低对待
测信号的幅度要求。
R1 Res2 47K
C4 Cap 104 GND
L1
Inductor
+5
100uH
R4 Res2 4.7K
C3
C1
9018-1
R3
Cap
NPN
Res2
104
五、 频率测量原理
直接测频法
放大整形
时间闸门
计数器
显示
控制过程
晶体振荡
分频器（时基）
频率计算:f=N/t N为脉冲个数，t为时间基准
六、系统设计
本次采用单片机设计的数字频率计主要实现 以下几个功能：
（1）用LCD1602的液晶显示HZ、KHZ、 MHZ三个频段的待测脉冲信号的频率值。
（2）频率测量范围从1HZ～50MHZ。 （3）能测量正弦波，方波，三角波，锯齿
第十组
字
指孙 导红 老军 师老
：师
小 组 成 员 ：
周冯刘 伟广后 麟洪波 （（（ 方电数 案路据
确调分
频 率 计 设
立试析 ）））
计
一、频率测量方法概述
电子计数式测量频率有以下几种方法： （1）脉冲数定时测频法（M法）：记录在确定时间里待测信号的脉冲个数。其特点是：
测量方法简单；测量精度与待测信号频率和门控时间有关，当待测信号频率较低时，误差 较大。 （2）脉冲周期测频法（T法）：在待测信号的一个周期里记录标准频率信号变化次数。 此法低频检测时精度高，但高频检测时误差较大。 （3）脉冲数倍频测频法（AM法）：此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺陷发 展起来的。通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。其特点是待测信号 脉冲间隔减小，间隔误差降低；低频测量精度比M法高A倍，但控制电路较复杂。 （4）脉冲数分频测频法（AT法）：此法是为了提高T法高频测量时的精度而发展起来的。 由于T法测量时要求待测信号的周期不能太短，所以可通过A分频使待测信号的周期扩大 A倍。其特点是高频测量精度比T法高A倍；但控制电路也较复杂。 （5）脉冲平均周期测频法（M/T法）：此法是在闸门时间内，同时用两个计数器分别记 录待测信号的脉冲数M和标准信号的脉冲数。其特点是在测高频时精度较高；但在测低频 时精度较低。 （6）多周期同步测频法：是由闸门时间与同步门控时间共同控制计数器计数的一种测量 方法，待测信号频率与M/T法相同。此法的优点是：闸门时间与被测信号同步，消除了 对被测信号计数产生的±1个字误差，测量精度大大提高，且测量精度与待测信号的频率 无关，实现了在整个测量频段等精度测量。
Cap
C2
47K
104
9018-2
NPN Cap
R2
104
Res2
1K
wk.baidu.com
GND
七、硬件部分设计
波形变换和整形电路：
采用数字芯片（74HC00）实现把正弦波、 三角波、方波等各种波形的正负交替的信号 波形变换成可被单片机接受的TTL/ CMOS 兼容信号。
74HC00A
+5 1
3
2
MC74HC00AN
二、数字频率计种类
1、采用中小规模数字集成电路，用机械式功能转换开关换挡， 完成测量频率、周期以及脉宽等功能的计数器。此种数字频率 计已处于淘汰阶段，由于其自身不具备智能化、自动化，完全 借助于机械示的操作，对一些智能的频率计功能已无法完成， 所以，现在使用这种数字频率计的已经很少。
2、采用现场可编程门阵列（CPLD/FPGA）作为系统控制核 心制成的数字频率计。这种技术是在近几年才发展起来的新技 术，具有很大的发展空间和应用价值。但是其涉及的知识比较 广，应用麻烦。
方案三：系统采用可编程逻辑器件（PLD，如ATV2500）作为信 号处理及系统控制核心，完成包括计数、门控、显示等一系列工 作。
方案四：系统采用单片机STC89C52作为控制核心，门控信号由 STC89C52内部的计数/定时器产生。由于单片机的计数频率上限 较低（24MHZ晶振时约为500KHZ），所以需对高频被测信号进 行硬件预分频处理，STC89C52则完成运算、控制功能。
四、数字频率计设计方案极其论证
方案二的设计思路是非常简单的，电路也不复杂，但由于它采 用的是专用频率计模块设计,不符合我们的设计要求，所以就不 予考虑了。
方案一采用的是中小规模数字集成电路，虽然能够实现频率的 测量，但其功能扩展不易实现，智能化程度也不高，不符合目 前数字频率计的发展要求。
采用方案三，用直接测频方法对低频测量是不现实的，而采用 带有运算器的单片机则可以很容易地解决这个问题，实现设计 要求。也就是采用先测信号的周期，然后再通过单片机求周期 的倒数的方法，从而得到我们所需要的低频信号的测量精度。 另外由于使用了功能较强的AT89C52芯片，使本系统可以通过 对软件改进而扩展功能，提高测量精度，因此我们选用方案四， 采用单片机作为核心控制系统的具体实施方案。
3、采用单片机为系统控制核心的数字频率计。优势：体积小， 所用芯片少，测量范围广，易于扩展功能，智能化、自动化强 度高，便于控制。因此采用单片机技术设计数字器件已逐渐成 为主流。
三、数字频率计的发展趋势
发展趋势之一：从以前的模拟器件设计数字 频率计逐步转变为数字芯片设计数字频率计。
发展趋势之二：在功能上从以前的仅实现单 一频率测量扩展到还能测量周期、占空比、 脉宽等各种参数指标。
P 3.0
发展趋势三：频率计虚拟化。随着计算机的 普及，利用计算机做显示和操作平台的虚拟 仪表，也越来越被广泛运用。
四、数字频率计设计方案极其论证
方案一：系统测频部分采用中小规模数字集成电路，完成频率计 测量功能。
方案二：采用专用频率计模块实现频率测量。由频率计专用模块 （如ICM7216）构成，它的特点是结构简单，量程可以自动切换。
七、硬件部分设计
闸门时基电路：采用数字芯片（74LS08） 实现对数字信号的控制。
74HC00A 1
3
74LS08A 1
2
3
P3.1 2
MC74HC00AN
SN74LS08N
七、硬件部分设计
分频电路 ：采用数字芯片（74LS393）用 于扩展单片机的频率测量范围并为实现单片 机频率测量和周期测量使用统一的输入信号。
波等多种波形信号的频率值。
七、硬件部分设计
放大电路：采用两个NPN三极管（9018） 级联方式实现对待测信号的放大,降低对待
测信号的幅度要求。
R1 Res2 47K
C4 Cap 104 GND
L1
Inductor
+5
100uH
R4 Res2 4.7K
C3
C1
9018-1
R3
Cap
NPN
Res2
104
五、 频率测量原理
直接测频法
放大整形
时间闸门
计数器
显示
控制过程
晶体振荡
分频器（时基）
频率计算:f=N/t N为脉冲个数，t为时间基准
六、系统设计
本次采用单片机设计的数字频率计主要实现 以下几个功能：
（1）用LCD1602的液晶显示HZ、KHZ、 MHZ三个频段的待测脉冲信号的频率值。
（2）频率测量范围从1HZ～50MHZ。 （3）能测量正弦波，方波，三角波，锯齿