數(shù)字頻率計(jì)學(xué)習(xí)資料

頻率計(jì)是一種對(duì)信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量的儀器，是一種典型的電子測(cè)量?jī)x器。能對(duì)頻率量進(jìn)行測(cè)量的儀器有許多：如模擬頻率表、示波器、數(shù)字頻率計(jì)、微機(jī)化智能頻率計(jì)等。本文將對(duì)數(shù)字頻率計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行探討并設(shè)計(jì)和制作。

一、頻率信號(hào)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)

實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率量測(cè)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(cè)頻法、測(cè)周期法、多周期同步（等精度）測(cè)量法等。

1、頻率/電壓（F/V）變換法

這種方法是將頻率量通過(guò)特定的電子電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓或輸出電流進(jìn)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(lèi)電子電路有VFC32、AD650和LM331等專(zhuān)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(cè)頻率2、直接測(cè)頻法

這種方法的測(cè)量原理是：由于頻率是單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)發(fā)生周期變化的次數(shù)，使得我們可以在給定的單位時(shí)間1S內(nèi)（稱(chēng)為閘門(mén)）對(duì)被測(cè)信號(hào)的脈沖數(shù)計(jì)數(shù)，得到的脈沖個(gè)數(shù)就是被測(cè)信號(hào)的頻率。各種中規(guī)模計(jì)數(shù)器集成電路就非常適合于這種場(chǎng)合的應(yīng)用，如CD4518、CD4017等。其原理框圖和時(shí)序圖如圖1-2所示。

3、測(cè)周期法

雖然直接測(cè)頻法可以測(cè)出單位時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)即頻率，但是對(duì)于較低頻率的信號(hào)其檢測(cè)誤差會(huì)大大增大，例如1.8Hz的信號(hào)，在通過(guò)1秒的閘門(mén)時(shí)間內(nèi)其0.8會(huì)被淹沒(méi)，這是在高檔頻率計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所不允許的。解決這種現(xiàn)象的辦法就是改直接測(cè)頻法為測(cè)周期法。其指導(dǎo)思想是用被測(cè)信號(hào)的周期作為閘門(mén)，在該閘門(mén)時(shí)間內(nèi)允許已知標(biāo)準(zhǔn)的短周期間隔的較高頻率的信號(hào)通過(guò)，通過(guò)數(shù)字電路或微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，通過(guò)閘門(mén)的已知信號(hào)頻率的個(gè)數(shù)越多，其被測(cè)頻率就越低，其原理框圖和時(shí)序圖如圖1-3所示。

1-3（a）測(cè)周期法原理框圖；（b）測(cè)周期法時(shí)序圖

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

4、多周期同步等精度測(cè)量法

由上面的分析我們知道，無(wú)論是直接測(cè)頻法還是測(cè)周期法，都無(wú)法保證閘門(mén)信號(hào)和另一信號(hào)的首尾實(shí)現(xiàn)同步，這就難以保證獲得較高的測(cè)量精度，其誤差在一個(gè)脈沖之內(nèi)。由此，當(dāng)引入多周期同步等精度測(cè)量法時(shí)，可以較好的解決這個(gè)問(wèn)題。

多周期同步等精度測(cè)量法的原理是：電路需引入一個(gè)比被測(cè)信號(hào)頻率高若干倍的內(nèi)部時(shí)基信號(hào)，測(cè)量結(jié)果的誤差范圍便在這一個(gè)時(shí)基信號(hào)范圍內(nèi)。首先由相應(yīng)的控制電路給出閘門(mén)開(kāi)啟信號(hào)（稱(chēng)預(yù)開(kāi)閘門(mén)），此時(shí)計(jì)數(shù)器并不開(kāi)始計(jì)數(shù)，而是等到被測(cè)信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)才真正開(kāi)始計(jì)數(shù)（稱(chēng)真開(kāi)閘門(mén)）。然后，兩組計(jì)數(shù)器分別對(duì)被測(cè)信號(hào)和時(shí)基信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)控制電路給出閘門(mén)關(guān)閉信號(hào)（稱(chēng)預(yù)關(guān)閘門(mén)），此時(shí)計(jì)數(shù)器并不停止計(jì)數(shù)，而是等到被測(cè)信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)才真正停止計(jì)數(shù)（稱(chēng)真關(guān)閘門(mén)）這樣，閘門(mén)時(shí)間是由時(shí)基信號(hào)脈沖的個(gè)數(shù)決定的，因此精確度較高，并且和被測(cè)信號(hào)基本同步，因此，其測(cè)量精確度極高。其時(shí)序圖如圖1-4所示，原理框圖略。