【正文】 脈沖數(shù)分頻測頻法(AT 法) : 此法是為了提高 T 法高頻測量時(shí)的精度形成的。其特點(diǎn)在于:測量方法簡單。 在基礎(chǔ)理論和專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上，通過對數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，用十進(jìn)制數(shù)字來顯示被測信號頻率的測量裝置。我們研制的頻率計(jì)以 89c51 單片機(jī)為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點(diǎn)。頻率信號抗干擾性強(qiáng)、易于傳輸 ,可以獲得較高的測量精度。為了提高測量精度，我們又對高低頻再進(jìn)行分段。 電子計(jì)數(shù)法是根據(jù)頻率定義進(jìn)行測量的一種方法 ,它是用電子計(jì)數(shù)器顯示單位時(shí)間內(nèi)通過被測信號的周期個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)頻率的測量。通過 A 倍頻,把待測信號頻率放大 A 倍,以提高測量精度。但在測低頻時(shí)精度較低。用轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇 10ms ,0. 1s ,1s ,10s 四種閘門時(shí)間 ,同時(shí)量程自動(dòng)切換。由于使用了單片機(jī)，使整個(gè)系統(tǒng)具有極為靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展與改進(jìn)。 頻率測量模塊對數(shù)字頻率計(jì)電路各模塊的實(shí)現(xiàn)有以下幾種不同設(shè)計(jì)方案： 對頻率測量模塊有以下四種實(shí)現(xiàn)方法：（1）直接測頻法 直接測頻法是把被測頻率信號經(jīng)脈沖形成電路后加到閘門的一個(gè)輸入端，只有在閘門開通時(shí)間 T（以秒計(jì)）內(nèi)，被計(jì)數(shù)的脈沖被送到十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。（4）高精度恒誤差測頻法 通過對傳統(tǒng)的測量方法的與研究，結(jié)合高精度恒誤差測量原理，我們設(shè)計(jì)里一種測量精度與被測頻率無關(guān)的硬件測頻電路。顯然 Ns 決定于預(yù)置門時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的頻率，其關(guān)系式如下： Ns=Tpr 采用對多個(gè)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)取平均值的方法雖可提高精皮，但如果要達(dá)到賽題要求，測量頻率為 0．1Hz 信號時(shí)，每測一次至少要等待 1000s，顯然是不可取的。有以下幾種方案。LM961 有低輸入失調(diào)電壓和電壓范圍靈活等特點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間最大僅 20ns，輸出電平可與 TTL 電平相匹配。 (1)量化誤差 設(shè)測得頻率為 Fx 被測頻率真實(shí)值為 Fxe 標(biāo)準(zhǔn)頻率為 Fs,在一次測量中預(yù)置門時(shí)間為 Tpr，被測信號計(jì)數(shù)值為 Nx，標(biāo)推頻率信號計(jì)數(shù)值為 Ns . Fx 計(jì)數(shù)的起停時(shí)間都是由該信號的上升沿觸發(fā)的，在 Tpr 時(shí)間內(nèi)對 Fx 的計(jì)數(shù) Nx 無誤差；在此時(shí)間內(nèi) Fs 的計(jì)數(shù)從 Ns 最多相差一個(gè)脈沖，即 |Δet|≤1 ()而 Fx/Nx=Fs/Ns () Fex/Nx=Fs/(Ns+Δet) ()由上式可得 Fx=(Fs/Ns)可以看出 ,實(shí)際閘門與設(shè)定的閘門并不嚴(yán)格相等 ,但最大差值不超過被測信號的一個(gè)周期。1/ N = 177。 脈沖寬度測量理論誤差分析 根據(jù)方案中的脈沖寬度測量方法，分析脈寬測量誤差。設(shè)其占空比為 10％，如果要滿足題日部分要求，由脈沖寬測量相對誤羌公式計(jì)算出的相對誤差應(yīng)小于 1／(10%60106)＝1／6000＝‰實(shí)際精度完全可以超過這個(gè)要求。 圖 測量控制電路 輸入信號處理部分為測量小侍號，需要在輸入端加前置信號處理電路，將小信號放大后送入整形電路. 小信號處理部分 電路如圖 所示，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn) LM361 的輸出在零瞬間有些毛刺，在輸出與地間并聯(lián)一只 100Hz 瓷片電容消除了毛刺，且處理后的波形仍較陡峭，本部分電路抗干擾能力也很強(qiáng)。在一片ispLSI 器件中可以完成一個(gè)或多個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，大大降低了電路復(fù)雜度，減少引線信號間的干擾，提高電路的可靠性、穩(wěn)定性。 根據(jù)高精度恒誤差頻率和周期測量原理，本模塊電路按以下方式進(jìn)行工作：經(jīng)整形后被測信號脈沖從 CONTRL 的 FIN 端輸人，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號從 CONTRL 的 FSD 端輸入，CONTRL 的 CLK 輸入端是本模塊電路的工作初始化信號輸入端。CONT1 的設(shè)計(jì)是用 ABEL語言實(shí)現(xiàn)的。START 為本電路的工作使能端，PUL 端輸出如圖中所示 GATE 的輸入端 PUL。例如，在模塊初步設(shè)計(jì)和調(diào)試期間，我們在實(shí)驗(yàn)板上采用直接連線方式，因電路工作不穩(wěn)定而出現(xiàn)了很大的測量誤差。當(dāng) 降為低電平后，由于不能同時(shí)滿足 TR0 和 均為高電平，故 T0 停止計(jì)數(shù)。9．2．電路圖9．2．工作原理 1). 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 的工作方式設(shè)置，由圖可知，T0 是工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下，對輸入的頻率信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，但對工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下的 T0，最大計(jì)數(shù)值為 fOSC/12，由于fOSC＝12MHz，因此：T0 的最大計(jì)數(shù)頻率為 10KHz。 unsigned char temp[4]。 TH0=0。EA=1。x=x/10。TH0=0。timecount=0。與匯編語言相比編程語句大大減少。它是由模塊電路組成，包括各種集成塊、邏輯器件、簡單的電子器件構(gòu)成的簡易數(shù)字頻率計(jì)。在一個(gè)測量周期過程中，被測周期信號經(jīng)過放大、整形后形成特定周期的矩形脈沖被計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)。如果僅采用直接測量的方法，則測量出來的低頻信號誤差較大，不能滿足要求。(4).計(jì)數(shù)器是對計(jì)數(shù)脈沖的高電平進(jìn)行計(jì)數(shù)。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。這就需要一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)高頻脈沖信號作為計(jì)數(shù)信號，并利用待測信號的高電平控制閘門開關(guān)。脈沖信號 IV 和 V 可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS123 產(chǎn)生，他的脈沖寬度郵電路的時(shí)間常數(shù)決定。一是通過選擇外定是原件 CEXT和RT 值來確定脈沖寬度，二是通過正觸發(fā)端（A）或負(fù)觸發(fā)端（B）的重觸發(fā)延長tWQ，三是通過清除端（CLR）的清除使 tWQ縮小。引腳圖見圖十二：圖十二74ls273 簡介74LS273 是 8 位數(shù)據(jù)/地址鎖存器，他是一種帶清除功能的 8D 觸發(fā)器，下面我介紹一下他的管腳圖功能表等資料。由于本設(shè)計(jì)對低頻信號頻率的測量是通過測周期實(shí)現(xiàn)的，即用大測信號的高電平來控制閘門的開關(guān)，得到的脈沖數(shù)經(jīng)過處理在七段數(shù)碼管上顯示的到的是周期數(shù)據(jù)而非頻率，為了得到頻率信號，必須手工計(jì)算。所以在以后的學(xué)習(xí)過程中，我們應(yīng)該更加明確自己的目標(biāo)，在專業(yè)知識的學(xué)習(xí)中得到更大的收獲。但由于時(shí)間有限，設(shè)計(jì)題目對拓展量程范圍的周期測量精度也無具體要求，就沒有進(jìn)行進(jìn)一步的完善與修改。(2).當(dāng) 1 腳為高電平時(shí),11(cp)腳是鎖存控制端,并且是上升沿觸發(fā)鎖存,當(dāng) 11 腳有一個(gè)上升沿,立即鎖存輸入腳 11118 的電平狀態(tài),并且立即呈現(xiàn)在在輸出腳 2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)：圖十三測周期小數(shù)點(diǎn)控制電路由于測周期得到的脈沖計(jì)數(shù)需經(jīng)過處理才能的到正確的數(shù)字，例如待測信號的頻率是 100Hz,用于周期測量的高頻計(jì)數(shù)脈沖為 1MHz，在一個(gè)閘門打開所得的脈沖數(shù)為 10k，而 100Hz 的信號周期為 ，所以，測周期時(shí)應(yīng)保持最高位數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)常亮。連接電路見圖十一：圖十一74LS390 簡介74LS90 功能：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（247。若取 Rext=10kΩ,則 Cext=tw/=?？梢?，這是一個(gè)皮爾斯振蕩電路，晶振為等效電感，容量為 5~35pF 的可變電容起微調(diào)作用，使振蕩器工作在晶振的標(biāo)稱頻率 4MHz 上。ICL8038 的引腳圖如圖三圖三整流電路 由于電子元件的工作電壓通常為 5V 左右的直流電壓，故需要一個(gè)整流電路將 220V 的交流電調(diào)整為 5V 的直流電壓輸出作為電源供給整體電路。(6).譯碼顯示部分是指用集成的譯碼顯示器及數(shù)碼顯示管構(gòu)成的一個(gè)譯碼顯示電路。對于較低頻信號（1Hz～1kHz） ，將高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖接入閘門，通過待測信號控制閘門開關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號做計(jì)數(shù)脈沖，通過測的信號的周期 Tx然后計(jì)算fX=1/Tx得到。拓展部分我們設(shè)計(jì)了超量程報(bào)警單元。（四） 、關(guān)鍵詞：信號頻率測量儀 集成電路 放大整形 鎖存器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 譯碼電路 二、引言 信號頻率測量儀，是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測量周期信號頻率的數(shù)字測量儀器。并進(jìn)行了誤差分析。}P0=dispcode[dispbuf[dispcount]]。TR0=1。}temp[i]=x。x=T0count*65536+TH0*256+TL0。TH1=(655364000)/256。 unsigned char T0count。所以 T1 工作在定時(shí)狀態(tài)下，每定時(shí) 1 秒中到，就停止 T0 的計(jì)數(shù)，而從 T0 的計(jì)數(shù)單元中讀取計(jì)數(shù)的數(shù)值，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)式（2）計(jì)算得出頻率 f 為 （8） 此計(jì)算過程調(diào)用無符號雙字除法程序來實(shí)現(xiàn)。 被測信號經(jīng)過前置處理后，引向測量部分的引線全部采用屏蔽線。 b 將 GATE 的 CNT 端置高電平，表爾進(jìn)入脈沖寬度測量，這時(shí) CONT2 的輸入信號為PULamp。根據(jù) GLB 的結(jié)構(gòu)及我們的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，四位并行二進(jìn)制計(jì)數(shù)器在 ispLSI 中的布線是最優(yōu)的。同時(shí)出被測信號的上升沿打開計(jì)數(shù)器 CONT1，并使標(biāo)準(zhǔn)頻率信號進(jìn)入計(jì)數(shù)器 CONT2； c. 須置門定時(shí)結(jié)束信號把 CONTRL 的 START 端置為低電平。 采用在系統(tǒng)可編程邏輯器件來設(shè)計(jì)測量功能模塊電路。晶體振蕩器采用恒溫晶振，穩(wěn)定度為：107／24 小時(shí)。12V、12v、+5v 穩(wěn)壓電源。1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號周期的計(jì)數(shù)誤差，則脈寬測量相對誤差為 |ΔTwx/Twx|=(1 預(yù)置門時(shí)間信號與閘門時(shí)間信號 預(yù)置門的概念與傳統(tǒng)的閘門的概念是不同的。1 個(gè)字誤差 ,由式 ⑴微分可得: 　dfx= ( NxfodNo)/ N02 () dN0=177。Nx ()根據(jù)相對誤差公式有 |δ|=ΔFxe/Fxe=|FxeFx|/Fxe ()由上式得 ΔFxe/Fxe=|Δt|/Ns ()因?yàn)? |Δe