数字式频率计的设计与实现文献综述

 2021-11-07 10:11

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文献综述

一、数字式频率计的实际应用

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方案、测量结果都有十分密切的关系。测量频率的方法有多种,其中数字频率计具有精度高、使用方便、测量迅速,便于实现测量过程自动化等优点。在数字电路中,数字频率计属于时序电路,它主要由具有记忆功能的触发器构成,在计算机及各种数字仪表中,都得到了广泛的应用,是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器[5]。

二、数字式频率计的研究现状

由于当今社会的需要,对信息传输和处理的要求不断提高,对频率的测量的精度也需要更高更准确的时频基准和更精密的测量技术。而频率测量所能达到的精度,主要取决于作为标准频率源的精度以及所使用的测量设备和测量方法。目前,测量频率的方法有直接测频法、内插法、游标法、频差倍增法等等。直接测频的方法较简单,但精度不高。频差倍增法和周期法是一种频差倍增法和差拍法相结合的测量方法,这种方法是将被测信号和参考信号经频差倍增使被测信号的相位起伏扩大,再通过混频器获得差拍信号,用电子计数器在低频下进行多周期测量,能在较少的倍增次数和同样的取样时间情况下,得到比测频法更高的系统分辨率和测量精度,但是仍然存在着时标不稳而引入的误差和一定的触发误差[4]。

因为软件实现比硬件实现具有容易修改的特点,修改源代码比修改印制电路板上的几条连线来的简单。故基于微处理器的电路往往比传统电路设计具有更好的灵活性。单片机就是属于这类的设计电路,单片机因其功能独特和廉价应用广泛。在国内开发出了充电器、空调控制器、电子定时器以及各种智能仪表等实用产品。频率计也是单片机的一种重要的应用,价格低廉且有实际意义。虽然使用逻辑分析仪也可以很好的测量信号的频率等,但是其价格比较昂贵。实现测量的自动化、智能化、数字化已经成为各类仪表设计的方向,而由单片机控制的,全自动的,数字显示的频率计就符合这个设计理念。

三、频率计原理

采用单片机进行频率测量通常有直接测频法和测周法。直接测频法是在固定时间内对被测信号整形为方波信号后对其重复周期进行计数,当计数结果为N时,其频率为f=N/T,T为测量的采样时间;测周法则是对被测信号整形后采用单片机对信号周期进行测量,当测量周期为T,则f=1/T。直接测频法适用于高频信号测量,测周法适用于低频信号测量,但两者都不能兼顾高低频率同样精度的测量要求[7]。

等精度频率测量法又称多周期同步测频法,他最大的特点就是在整个被测频率范围内都能达到相同测量精度,等精度测量方法测量精度与预置门宽度和标准频率有关,而与被测信号频率大小无关[1]。它测量的实际门控时间不是一个固定值,而是一个与被测信号有关的值,刚好是被测信号的整数倍。在闸门信号的控制下,使用两个计数器分别对被测频率和标准频率进行计数,然后将计数结果进行相关计算得出被测信号的频率。图1即为等精度测量原理图[15]。

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