數(shù)字頻率計學習資料

頻率計是一種對信號的頻率進行測量的儀器，是一種典型的電子測量儀器。能對頻率量進行測量的儀器有許多：如模擬頻率表、示波器、數(shù)字頻率計、微機化智能頻率計等。本文將對數(shù)字頻率計項目進行探討并設(shè)計和制作。

一、頻率信號測量的基礎(chǔ)知識

實現(xiàn)對頻率量測量的方法有許多種。如：頻率/電壓（F/V）變換法或頻率/電流（F/I）變換法、直接測頻法、測周期法、多周期同步（等精度）測量法等。

1、頻率/電壓（F/V）變換法

這種方法是將頻率量通過特定的電子電路實現(xiàn)對輸出電壓或輸出電流進行控制，使輸出電壓或輸出電流能按照輸入的頻率作某種規(guī)律的變化，以使得可以利用電磁式模擬表頭指示其頻率的大小。常用的這一類電子電路有VFC32、AD650和LM331等專用的集成電路。其原理框圖如圖1-1所示。

圖1-1頻率/電壓變換法或頻率電流變換法測頻率2、直接測頻法

這種方法的測量原理是：由于頻率是單位時間內(nèi)信號發(fā)生周期變化的次數(shù)，使得我們可以在給定的單位時間1S內(nèi)（稱為閘門）對被測信號的脈沖數(shù)計數(shù)，得到的脈沖個數(shù)就是被測信號的頻率。各種中規(guī)模計數(shù)器集成電路就非常適合于這種場合的應用，如CD4518、CD4017等。其原理框圖和時序圖如圖1-2所示。

3、測周期法

雖然直接測頻法可以測出單位時間內(nèi)脈沖的個數(shù)即頻率，但是對于較低頻率的信號其檢測誤差會大大增大，例如1.8Hz的信號，在通過1秒的閘門時間內(nèi)其0.8會被淹沒，這是在高檔頻率計產(chǎn)品設(shè)計中所不允許的。解決這種現(xiàn)象的辦法就是改直接測頻法為測周期法。其指導思想是用被測信號的周期作為閘門，在該閘門時間內(nèi)允許已知標準的短周期間隔的較高頻率的信號通過，通過數(shù)字電路或微型計算機的運算，通過閘門的已知信號頻率的個數(shù)越多，其被測頻率就越低，其原理框圖和時序圖如圖1-3所示。

1-3（a）測周期法原理框圖；（b）測周期法時序圖

由此可見，為了獲得較高的測量精度，在高頻段，宜采用直接測頻法；在低頻段，宜采用測周期法。

4、多周期同步等精度測量法

由上面的分析我們知道，無論是直接測頻法還是測周期法，都無法保證閘門信號和另一信號的首尾實現(xiàn)同步，這就難以保證獲得較高的測量精度，其誤差在一個脈沖之內(nèi)。由此，當引入多周期同步等精度測量法時，可以較好的解決這個問題。

多周期同步等精度測量法的原理是：電路需引入一個比被測信號頻率高若干倍的內(nèi)部時基信號，測量結(jié)果的誤差范圍便在這一個時基信號范圍內(nèi)。首先由相應的控制電路給出閘門開啟信號（稱預開閘門），此時計數(shù)器并不開始計數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時才真正開始計數(shù)（稱真開閘門）。然后，兩組計數(shù)器分別對被測信號和時基信號脈沖計數(shù)，當控制電路給出閘門關(guān)閉信號（稱預關(guān)閘門），此時計數(shù)器并不停止計數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時才真正停止計數(shù)（稱真關(guān)閘門）這樣，閘門時間是由時基信號脈沖的個數(shù)決定的，因此精確度較高，并且和被測信號基本同步，因此，其測量精確度極高。其時序圖如圖1-4所示，原理框圖略。