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�(shù)字頻率計
閱讀�8671時間�2011-02-27 15:18:08

  �(shù)�頻率�是采��(shù)字電�制成的實�(xiàn)對周期性變化信號的頻率測量。它是數(shù)字電路中的一個典型應�,是計算�、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可或缺的測量儀��

應用

  �(shù)字頻率儀器是�(shù)字電路中一個典型應�,實際的硬件設計用到的器件較�,連線比較復雜,而且會產生比較大的延時。隨著復雜可編程邏輯器件的廣泛應�,將使整個系�(tǒng)大大簡化。提高整體性能� �(shù)字頻率儀是直接用十進制�(shù)字來顯示被測信號頻率的一種測量裝�。它不僅可以測量正選撥、方�、三角波、尖脈沖信號和其他具有周期的信號的頻�,而且還可以測量他們的周期。經過改裝,可以測量脈沖寬度,做成數(shù)字式脈寬測量儀;可以測量電容做成數(shù)字式電容測量儀;在電路中增加傳感器,還可以做成�(shù)字脈搏儀、計價器�。因此數(shù)字頻率儀在測量物理量方面有廣泛應��

原理

  �(shù)字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻�。頻率是單位時間� 1S )內信號�(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的 1S 時間內對信號波形計數(shù),并將計�(shù)結果顯示出來,就能讀取被測信號的頻率。數(shù)字頻率計首先必須獲得相對�(wěn)定與準確的時�,同時將被測信號轉換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別的脈沖信號,然后通過計數(shù)器計算這一段時間間隔內的脈沖個數(shù),將其換算后顯示出來。這就是數(shù)字頻率計的基本原��

  �(shù)字頻率計由四部分組成:時基電�、閘門電路、邏輯控制電路以及可控制的計�(shù)、譯碼、顯示電�。由555 定時器,分級分頻系統(tǒng)及門控制電路得到具有固定寬度T 的方波脈沖做門控制信號,時間基準T 稱為閘門時間.寬度為T 的方波脈沖控制閘門的一個輸入端 B.被測信號頻率� fx,周� Tx,到閘門另一輸入� A.當門控制電路的信號到來后,閘門開啟,周期為Tx 的信號脈沖和周期為T 的門控制信號結束時過閘門,于輸出端C 產生脈沖信號到計�(shù)�,計�(shù)器開始工�,直到門控信號結束,閘門關閉.,單�(wěn)1 的暫�(tài)送入鎖存器的使能�,鎖存器將計�(shù)結果鎖存,計�(shù)器停止計�(shù)并被單穩(wěn)�(tài)清零,在整個電路中,時基電路是關鍵,閘門信號脈沖寬度是否精確直接決定了測量結果是否精�� 因此,可得出�(shù)字頻率計的原理框圖如下:

數(shù)字頻率計的原理框圖

設計

  多周期同步測量法的基本思路是使被測信號與閘門之間實現(xiàn)同步化,從而從根本上消除了在閘門時間內對被測信號進行計數(shù)時的±1量化誤差,使測量精度大大提高。倒數(shù)計數(shù)器就是基于該方法而設計出來的一種具有創(chuàng)新思想的測�、測周期的儀�。它采用多周期同步測量法,即測量輸入多個(整數(shù)個)周期值,再進行倒數(shù)運算而求得頻�。其�(yōu)點是:可在整個測頻范圍內獲得同樣高的測試精度和分辨率�

 ?。ㄒ唬┫到y(tǒng)級方案設�

  在選擇多周期同步等精度測量法的情況下,按照自頂向下的設計方法,可以畫出該頻率計的系統(tǒng)級框�,如�1所示。根�(jù)測周�、頻率的原理,可以將總體框圖分為三個子系統(tǒng):輸入通道(即前置整形電路)該部分主要由模擬電路組成的;多周期同步等精度頻�、周期的測量、控制及功能切換(中間部分),該部分基本上由�(shù)字硬件電路組�;單片機及外圍電路,包括單片�、數(shù)碼顯��

頻率計的系統(tǒng)方框圖

  � 1 頻率計的系統(tǒng)方框�

 ?。ǘ┳酉到y(tǒng)設計

  1.輸入通道的設�。輸入通道是由前置放大器和整形器組成的,所以要對前置放大器的增益和帶寬指標進行估計。為了能準確測量信號,將輸入信號經過一個放大整形電路。其具體實施方案為:將輸入信號經過LM358運放放大,再通過74LS132整形,此時的信號還不能直接送入單片�,這是因為在硬件上CPU對INT0和INT1引腳的信號不能控�,解決這個問題要通過硬件,再配合軟件來解��

  2.預置閘門時間�(fā)生電路設�。閘門時間的確定,可以先由一�555定時器產生一個脈沖信�,將555產生的脈沖信號送入�74LS90十進制計數(shù)器當�,由�74LS90具有�-五進制混合計數(shù)的功能,所以可以用它來實現(xiàn)五進制計數(shù),將74LS90的輸出接�3�8線譯碼器74LS138的輸入端,再將譯碼器的輸出端接上五個發(fā)光二極管,這樣就可以實�(xiàn)硬件上的閘門時間控制。但是考慮到硬件實�(xiàn)上的復雜�,可以通過軟件上來實現(xiàn),就是將五個發(fā)光二極管直接接到單片機的P1口由軟件上來實現(xiàn),通過按鍵來改變它的閘門時間�

  3.數(shù)碼顯示電路的設計。該部分電路是由單向八位移位寄存�74LS164和數(shù)碼管組成�??紤]到精度的問題,取五位計數(shù)�,采用五�74LS164級聯(lián),同時還要顯示頻率和周期的單�,所以還需再級�(lián)一�74LS164,在74LS164的輸出端接六個單位指示燈,分別表示周期頻率的三個不同的單位�(shù)量級,即周期單位s,ms,μs和頻率單位Hz,KHz及MHz。移位寄存器的時鐘信號是由單片機的串行輸出口TXD腳控��

技術指�

  測量 頻率、頻率比、時間間�、周�、上�/下降時間、正/負脈沖寬�、占空比、相�、總�、峰值電�、平均時間間�、時間間隔延�

  分析 自動極限測試、數(shù)學運算(定標、偏置)、統(tǒng)計(最��、平�、標準偏差)。統(tǒng)計功能可適用于全部測量結果或在極限內的測量結��

  測量功能

  頻率范圍 CH1&2:DC-225MHz

  頻率分辨� 12�/s

  測量速度 可達200測量/�

  時間間隔分辨� 150ps

  輸入調節(jié) (CH1&2可獨立選�)

  阻抗、耦合 1MΩ�50Ω,ac或dc

  低通濾波器 100kHz,可切�

  衰減� x1� x10

  外部時基

  基準輸入 10MHz

  觸發(fā) CH1&2

  上升/下降沿觸�(fā),按信號電平的百分數(shù)或電壓設置出�(fā)電平,靈敏讀設置為Low,Med或High�

  閘門和待� 自動、手動(設置閘門時間或分辨率位數(shù))外�;延�

  接口 帶SCPI兼容語言和標準GPIB(IEEE 488.1�488.2)RS-232只講工作方式�

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