数字频率计设计本科论文.doc

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1、1综述数字计数器是测量信号频率的装置，也可以用来测量方波脉冲的脉宽，通常频率以数字形式直接显示出来，简便易读，即所谓的数字频率计，频率测量对生产过程监控有很重要的作用，可以发现系统运行中的异常情况，以便迅速作出处理。　　传统的频率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号不宜直接采用，频率计基于单片机技术，开发一种数字式频率计数器，该频率计具有操作简单方便响应速度快、体积小等一系列优点，可以及时准确地低频信号的频率。　　频率计的应用范围很广，不仅应用于一

2、般的仪器测量当中，还可应用于工业控制等其它领域。在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。　　在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。　　在计量实验室中，频率计被用来对各种

3、电子测量设备的本地振荡器进行校准。　　在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。对于频率计的设计目前也有专用芯片可以实现，如利用Maxim公司的ICM7240来设计频率计。但由于这种芯片的计数频率比较低，远不能达到在一些场合需要测量很高的频率要求，而且测量精度也受到芯片本身的限制。提出的用AT89S52单片机设计频率计的方法可解决这些问题，实现精度较高、等精度和宽范围频率计的设计。1.1设计概述所谓频率，就是周期性信号在单位时间（1s）里变化的

4、次数。本数字频率计的设计思路是：23根据频率计的测频原理，可以选择合适的时基信号即闸门时间，对输入被测信号脉冲进行计数，实现测频的目的。根据数字频率计的基本原理，本文设计方案的基本思想是分为五个模块来实现其功能，即整个数字频率计系统分为输入电路、闸门、闸门信号产生电路、计数锁存电路和显示电路等几个单元，并分别用单片机对其进行编程，实现了闸门控制信号、计数电路、锁存电路和显示电路等。在进行设计之前，首先搞清楚在什么情况下是测频率，在什么情况下是测周期，其实就是一个选择合适的时基信号的问题。在这个设计中，要在频率计提供的时基信号

5、和输入信号之间做出选择，充当时基信号即闸门时间。当测频率的时候，要以输入信号作为时钟信号，因为输入信号的频率大于频率计提供的基准频率，在频率计提供的基准信号周期内，计算输入信号的周期数目，再乘以频率计基准频率，就是输入信号的频率值了。此时的时基信号为频率计的基准信号。当测周期的时候，要以频率计提供的基准信号作为时钟信号，因为频率计提供的时基频率大于输入信号的频率，在输入信号周期内，计算频率计提供的基准信号的周期数目，再乘以基准信号频率，就是输入信号的周期值了。此时的时基信号为输入信号。1.2设计内容和要求l设计一台数字显示的

6、简易频率计。l设计要求及技术指标：l能实现频率测量、周期测量、脉冲宽度测量；l频率周期测量范围：1HZ~1MHZ，信号为方波、正弦波；幅度为0.1V~5V；l频率周期测量误差：0.1%（以实验室标准频率计为准）；l脉冲测量范围：脉冲宽度不超过100μS，信号为脉冲波，幅度为0.1V~5V；脉冲测量误差：0.1%。l十进制数字显示，显示刷新时间1S~10S连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。l具有自校功能，时标信号频率为1MHZ。1.3设计原理23图1系统结构框图输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三

7、角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路。在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前，由于要求被测信号幅度为0.1V~5V，从来不需要再经过放大衰减处理，所以取消了衰减放大电路的设计。频率测量：测量频率的原理框图如图1.测量频率共有3个档位。被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待闸门信号的到来。闸门信号直接由AT89S52单片机的晶振信号产生，然后通过AD825运算放大器构成的跟随器从而产生10MHZ的闸门信号。被测信号通过闸门，作为

8、计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。233单元电路设计3.1整形电路图2整形电路设计要求能对正弦波和方波进行处理，而且电压为0.1V~5V，故信号需要使用调理电路进行整形。全部转化为矩形波后再送入闸门进行计数。AD825是一个高精度、高速并且低功耗的精