畢業(yè)設(shè)計(論文)-基于單片機的電子計數(shù)式頻率計-資料下載頁
2025-06-06 14:27本頁面
【正文】 七．理論誤差分析 7． 1 頻率測量的誤差 采用計數(shù)法測量頻率，誤差主要來源于三部分：觸發(fā)誤差、計數(shù)誤差及閘門時間誤差。由于模擬通道有抑制干擾特性及采用硬件觸發(fā)電路，故觸發(fā)誤差較小可忽略。誤差表達式： （ d f / f） max ＝ 177。（ | d N / N |＋ | d t / t |） 其中 N為計數(shù)值， t為閘門時間。閘門時間相對誤差 d t / t 主要取決于晶振的頻率穩(wěn)定度，選擇合適的石英晶體和振蕩電路，誤差一般可達到 10－ 6，對于 d N / N 部分，無論閘門時間長短，計數(shù)法測頻總存在 177。 1 的量化誤差，所以 21 d N / N ＝ 177。 ( 1 / N ) ＝ 177。 （ 1 / f t ） 此式說明頻率愈高，閘門時間愈長，相對誤差愈小。因為只有在 f大于中介頻率時才直接測頻率，所以極限情況，當(dāng) t ＝ 1 s ， f 為中介頻率（ 1kHz）時，有最大相對誤 差 10－ 3。 7． 2 周期測量的誤差 測周期誤差來源與測頻時相同，忽略觸發(fā)誤差，誤差表達式為 （ d T / T ） max ＝ 177。 （ | d N / N | ＋ | dτ 0 /τ 0 | ） 其中 d N / N 為量化誤差， dτ 0 /τ 0 為晶體振蕩器的穩(wěn)定度 G。 顯然，在同樣大小的被測周期條件下，時標信號周期τ 0 愈小，則量化誤差愈小。當(dāng)被測周期 T 加以倍乘擴展后，上式可寫為 （ d T / T ） max ＝ 177。 （ |τ 0 / n T | ＋ | G | ） 與測頻時相同， T 為 1ms 時有最大相對誤差 10－ 3。 7． 3 中介頻率值的計算 對于同一信號用直接測量頻率 八．系統(tǒng)指標測試 系統(tǒng)整體電路如圖 xxx 所示。 測試條件： 室溫，實驗室環(huán)境，被測系統(tǒng)預(yù)熱 5 分鐘。 設(shè)計與測試使用的儀器： 數(shù)字儲存示波器 xxx 低頻函數(shù)信號發(fā)生器 xxx 高頻正弦信號發(fā)生器 高精度頻率計 晶體管毫伏表 PC 機， 586dx80， 512ddr 內(nèi)存 WILLAR ME300B 型 MCS－ 51 編程器 DT9203 型數(shù)字萬用表 22 指標測試 1．頻率測試 用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生 到 10MHz 的信號，用標準頻率計測得標準頻率；再用設(shè)計的頻率計測出頻率，求出誤差。 標準輸入頻率 / Hz 本儀器測量值 / Hz 本儀器測量誤差 1 5 10 50 100 500 1,000 5,000 10,000 50,000 100,000 500,000 1,000,000 5,000,000 10,000,000 50,000,000 100,000,000 2．周期測試 用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生 到 10MHz 的信號，用標準周期測量儀測得標準周期；再用設(shè)計的頻率計測出周期，求出誤差。 標準輸入周期 / us 本儀器測量值 / us 本儀器測量誤差 100,000,000 50,000,000 10,000,000 5,000,000 1,000,000 500,000 23 100,000 50,000 10,000 5,000 1,000 500 100 50 10 5 1 九．結(jié)束語 謝 辭 參考文獻 附錄：程序?qū)嶒灤a 對頻率測量模塊有以下幾種實現(xiàn)方法： （ 1） M 法 此法是記錄在確定的時間 Tc 內(nèi) 待測信號的脈沖個數(shù) Mx，則待測頻率為： Fx = Mx / Tc 顯然，時間 Tc 為準確值，測量的精度主要取決于計數(shù) Mx 的誤差。其特點在于： 測量方法簡單；待測信號頻率越高，精度越高；測量時間越長，誤差越小。 （ 2） T 法 此法是在待測信號的一個周期 Tx 內(nèi)，記錄標準頻率信號變化次數(shù) Mo。這種方法測出的頻率是： Fx = Mo / Tx 24 此法的特點是低頻檢測時精度高，但高頻檢測時誤差較大。 （ 3） AM 法 此法是為了克服在低頻測量時精度不高而發(fā)展起來的。通過 A倍頻，把待測信號頻率放大 A 倍，以提高測量精度。其待測頻率為： Fx = Mx / ATo 其特點是使待測信號脈沖間隔減小，間隔誤差降低。 （ 4） AT 法 此法是為了提高 T法高頻測 量時的精度形成的。由于 T 法測量時要求待測信號的周期不能太短，所以可通過 A 分頻使待測信號的周期擴大 A倍，所測頻率為： Fx = AMo / Tx 通過對傳統(tǒng)的測量方法的分析與研究，結(jié)合高精度恒誤差測頻原理，采用精準的閘門對被測信號進行測頻計數(shù)。 本設(shè)計采用單片機作為控制和測量的核心器件，對 1Hz～ 10MHz 信號進行頻率參數(shù)測量，為使電路具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、工作頻率高、頻率響應(yīng)好、抗干擾能力強、操作顯示簡便直觀等特性，電路設(shè)計分為計數(shù)和現(xiàn)實兩大主要部分。計數(shù)部分可以采用數(shù)字邏輯電路及單片機兩種選擇方案 。采用 MCS51 系列單片機具有電路簡單、以軟件方式實現(xiàn)運算，比較簡潔，但因為對其使用經(jīng)驗不足，而且測量高頻時，即便使用 12MHz 晶振，其極限工作頻率為 1MHz，最高采樣實時處理時間為 1us，不能達到精度要求并且不便于功能擴展，因而改用數(shù)字邏輯電路，以傳統(tǒng)的方式實現(xiàn)分頻測量計數(shù)功能。
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