数字频率计设计报告.doc

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1、数字频率计设计报告电子信息学院王家华2010301430004邹仁亭2010301430003肖伟2010301430001-20-摘要在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案，测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量显得更为重要。频率测量的方式通常是对方波信号进行沿判断或电平判断，再对相应的方波脉冲进行计数从而实现频率测量，因此频率测量的精度比一般其他物理量的精度要高很多。数字频率计是近代电子技术领域的重要工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器（测量系统通过转换电路将所需测量的量转换为频率）从而通过测频率来提高精度

2、的。本设计的数字频率计是基于超低功耗MSP430单片机来测量信号的频率，通过计数器计数，并用十进制数显示出来，它具有精度高，测量速度快，读数直观等优点。关键词：频率测量;数字频率计;单片机;计数器;显示；-20-目录一，设计要求及功能设计方案1,设计任务要求及相关指标2,功能设计二，频率测量方案的比较选择与理论分析1，频率测量方法2，方案的比较选择与理论分析3，方案的选择确定三，系统总设计方案及总体框图四，单元模块电路与程序设计1，稳压源模块2，放大整形模块3，数据测量计数模块4，程序设计模块五，测试结果分析1，稳压模块测试2，放大整形电路测试3，频率

3、精度测试六，实验过程遇到的问题及解决方法1，电压不匹配2，161计数器计数不准确3，自动换挡模块效果不够理想-20-4，不能满足小信号输入时的要求一，设计要求及功能设计方案1,设计要求1.1基本要求（1）频率测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤10-3;（2）周期测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤10-3；（3）十进制数字显示测量结果。1.2发挥部分（1）频率测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤1

4、0-5（2）周期测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差≤10-5；（3）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。2，功能设计方案-20-（1）能够测量正常的方波频率，误差≤10-5；（2）能够将正弦波放大整形为适合测量的方波并准确测量；（3）能正确的以十进制数显示出测量频率；（4）可以实现多次测量；（5）可实现高低频率的自动切换测量;二，频率测量方案的比较选择与理论分析1，频率测量方法1.1,直接测频法根据频率测量的定义，在确定的闸门时间T内，利用计数器记录待测信号的周期数N，从而计算出待测信号的频率f

5、x=N/T，原理如图2-1所示。此方案对低频信号的测量精度很低，较适合高频信号的测量。1.2，测周法以待测信号为门限，用计数器记录在此门限内的高频标准时钟脉冲数M，用计数器记录在此门限内的脉冲数N，由式fx=M/N确定待测信号的频率（原理如图所示）-20-。当选定高频时钟脉冲而被测信号频率较低时，可以获得很高的精度，而当被测信号频率过高时，由于测量时间不足会有精度不够的问题，所以此方案适用于低频信号的测量。测周法原理图1.3，等精度测频法此方案和测周法很相似，但其测量时间并不是被测信号的一个周期，而是人为设定的一段时间。如图所示，闸门的开启和闭合由被测

6、信号的上升沿来控制，测量精度与被测信号频率无关，因而可以保证在整个测量频段内的测量精度保持不变。相关计数法同时使用两个计数器分别对待测信号频率fx和标频信号fm在设定的精确门内进行计数，fx的上升沿触发精确门。若两个计数器在精确门内对fx和fm的计数值分别为M和N，待测信号的频率为：fx=Mfx/N。-20-等精度测量原理图此方法和直接测量法不同的是，计数器真正开始计数的时刻不是预置闸门的开始时刻。这样计数器1对待测信号计数，计数由待测信号的上升沿控制，计数值M为整数，不存在误差。计数器2对标频信号计数，这样计数值N为非整数，故会存在±1的误差。另外，

7、标频信号由晶振提供，故不存在误差。具体实现方法DQCLK闸门脉冲Fx计数器与门运算单元MfxFm计数器与门fm时钟发生器N2，方案的比较选择与理论分析2.1方案比较与理论分析-20-直接测频法：此方案电路简单，软件容易实现，为满足实验要求精度，较适合高频信号的测量，对低频信号测量精度很低。理论分析：设开启其闸门时间为1S，计数值为N，则fx=N。但对其计数时会出现±1的误差，故要达到10-5精度要求，必须使频率≥10k。但是，当给入方波经过软件试验后所测得的大量数据未能达到要求的精度，此外低频段要用测周法测量，直接测频法会给其频率的上限太高因而无法实现

8、（测周法分析将会详细介绍）。故不能选用直接测频法。测周法：此方案是用于测量频率较低的信号，频率