【正文】 一次脈沖寬度并且記錄下它的值為T(mén)wx2, 通過(guò)下面的公式計(jì)算占空比: 占空比 = Twx1100% / (Twx1 + Twx2) () 標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生電路 本模塊采用高頻率穩(wěn)定度和高精度的可微調(diào)晶體振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器. 小信號(hào)處理部分 小信號(hào)處理部分受限于寬帶放大器的性能, 放大器電路需要附有高速整形電路. 有以下幾種方案: 采用分立元件 使用場(chǎng)效應(yīng)管做輸入極, 以提高輸入阻抗. 用截止頻率1 000MHz的三極管9018做放大極. 由于電路復(fù)雜, 需要調(diào)節(jié)的部分較多, 而且一致性差, 所以不予采用. 采用運(yùn)算放大器 電路簡(jiǎn)潔, 但是因?yàn)榕cTTL電平接口而另外需要電平移位電路. 并且需要使用運(yùn)算放大器做一高速寬帶放大器, 市場(chǎng)上難以買(mǎi)到高速運(yùn)算放大器, 其應(yīng)用因此受到限制. 直接采用比較器 采用比較器可以簡(jiǎn)單的完成設(shè)計(jì). 采用高速比較器LM361可以處理高達(dá)10MHz的輸入信號(hào). LM361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. 綜合考慮, 本部分電路采用方案(3). 比較器輸入容易受到干擾, 因此電路上采用凈化電源并且需要合理安排地線. 經(jīng)過(guò)最后的實(shí)際測(cè)量, 輸入靈敏度4mV左右, 完全滿足小信號(hào)測(cè)量的需要.第2章 基本測(cè)量原理與理論誤差分析 等精度頻率/周期測(cè)量技術(shù) 若所測(cè)頻率值為fx, 被測(cè)頻率的真實(shí)值為fxe, 標(biāo)準(zhǔn)頻率為fs, 在一次測(cè)量中, 預(yù)置門(mén)時(shí)間為T(mén)pr, 被測(cè)信號(hào)技數(shù)值為Nx, 標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)計(jì)數(shù)值為Nx. 由于fx計(jì)數(shù)的起停時(shí)間都是由該信號(hào)的上升沿觸發(fā)的, 因此在Tpr時(shí)間內(nèi)對(duì)fx的計(jì)數(shù)Nx無(wú)誤差, 在此時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)Ns最多相差一個(gè)脈沖, 即?et ≤ 1, 則下式成立: fx / Nx = fs / Ns () fxe / Nx = fs / ( Ns + ?et ) ()可以分別推得 fx = fs Nx / Ns () fxe = fs Nx / ( Ns + ?et ) ()根據(jù)相對(duì)誤差公式有 |δ| = ?fxe / fxe = ( fxe fx ) / fxe ()經(jīng)過(guò)整理可以得到 ?fxe / fxe = ?et / Ns ()因?yàn)?et ≤ 1, 故?et / Ns ≤ 1 / Ns, 即 ?et / Ns ≤ 1 / Ns Ns = Tpr fs () 根據(jù)以上分析, 可以知道等精度測(cè)頻法具有三個(gè)特點(diǎn): ① 相對(duì)測(cè)量誤差與被測(cè)頻率的高低無(wú)關(guān)。 ③ 測(cè)量精度與預(yù)置門(mén)寬度和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān), 與被測(cè)信號(hào)的頻率無(wú)關(guān), 在預(yù)置門(mén)和常規(guī)測(cè)頻閘門(mén)時(shí)間相同而被測(cè)信號(hào)頻率不同的情況下, 等精度測(cè)量法的測(cè)量精度不變. 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差為?fs / fs, 因?yàn)榫w的穩(wěn)定度很高, 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差可以進(jìn)行校準(zhǔn), 相對(duì)于量化誤差, 校準(zhǔn)后的標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差可以忽略。1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)周期的計(jì)數(shù)誤差, 則脈沖寬度測(cè)量相對(duì)誤差為: |?Twx / Twx| = ( 1 ? fs ) / ( Nx ? fs ) = 1 / Nx ()其中Nx = Twx ? fs. 可以看出, 在fs一定的時(shí)候, 脈沖寬度越小, 誤差越大. 當(dāng)Twx = 100μs, fs = 60MHz時(shí), Nx = 6 000, 則有: |?Twx / Twx| = 1 / 6 000 = % 周期脈沖信號(hào)占空比測(cè)量誤差分析 使用第一部分中所述的占空比方法, 根據(jù)誤差合成原理, 周期測(cè)量相對(duì)誤差最大值等于脈沖寬度測(cè)量相對(duì)誤差. 在標(biāo)準(zhǔn)頻率為60MHz, 被測(cè)頻率1kHz()的時(shí)候, 設(shè)其占空比為10%, 則由脈沖寬度測(cè)量相對(duì)誤差公式計(jì)算出的相對(duì)誤差應(yīng)該小于 1 / ( ? 10% ? 60 ? 106 ) = 1 / 6000 = %第3章 方案的實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 本項(xiàng)設(shè)計(jì)要求的電源有: +12V, 12V, +5V的穩(wěn)壓電源. 在進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí), 功率交流輸入端加一級(jí)電源濾波器, 以降低工頻頻率干擾. 測(cè)量控制電路 本電路采用單片機(jī)和CPLD/FPGA的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn). 單片機(jī)(AT89C51)完成整個(gè)測(cè)量電路的控制, 數(shù)據(jù)處理和顯示輸出, CPLD/FPGA完成計(jì)數(shù)器的功能. 鍵盤(pán)信號(hào)由AT89C51單片機(jī)進(jìn)行處理. AT89C51從CPLD/FPGA讀回計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行高精度浮點(diǎn)運(yùn)算, 并且向顯示電路輸出測(cè)量結(jié)果. : 電源 晶振信號(hào)放大與整形 電路數(shù)碼顯示LED8 顯示驅(qū)動(dòng)74LS1648 P0~ P2 RSET~ ~ TCLK CPLD/FPGA BCLK 占脈周頻復(fù) 等精度數(shù)字頻率計(jì)電路系統(tǒng)原理框圖 輸入信號(hào)處理部分 為測(cè)量小信號(hào)，需要在輸入端加前置信號(hào)處理電路，將小信號(hào)放大后送入整形電路。晶體震蕩器采用恒溫晶體震蕩器，穩(wěn)定度為: 107 / 24小時(shí)。如下圖所示： 60MHz的晶體震蕩電路工作原理：。電阻R5，R6為偏置，R7為負(fù)載電阻，信號(hào)通過(guò)電容C6耦合輸出60MHz的高頻信號(hào)。 顯示器電路 LCD(Liquid Crystal Diodes)是液晶顯示器的簡(jiǎn)稱。在本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中采用的是七段LED。 （a）共陰極 （b）共陽(yáng)極 （c）管腳配置 七段LED顯示塊七段顯示塊與微機(jī)接口非常容易。 N位LED顯示器因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)用高精度恒誤差的頻率和周期測(cè)試方法, , 在標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)為50MHz的情況下, 根據(jù)上文討論的高精度恒誤差的頻率和周期測(cè)試方法相對(duì)誤差計(jì)算公式可以算出測(cè)量精度為: 1 / ( 50106 ) = 108即能夠顯示接近8位有效數(shù)字, 所以電路采用了8位LED顯示器. 。 采用74LS164的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) 實(shí)際數(shù)字測(cè)量部分 本設(shè)計(jì)要求測(cè)量功能模塊較多, 設(shè)計(jì)要求的被測(cè)信號(hào)以及標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)為1MHz, 高頻信號(hào)之間的信號(hào)干擾非常的強(qiáng). 在方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程中要求處處考慮到干擾問(wèn)題, 減少布線的復(fù)雜程度. 各模塊的電路詳細(xì)設(shè)計(jì)如下: 頻率測(cè)量與周期測(cè)量電路 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用高精度恒誤差頻率測(cè)量法與高精度恒誤差周期測(cè)量法, 這兩種方法使用的電路完全相同, 所以在方案實(shí)現(xiàn)中, 頻率測(cè)量與周期測(cè)量使用同一電路, 只是單片機(jī)運(yùn)算不同. :① CONTRL 本模塊的控制部分, 主要接收單片機(jī)的指令, 控制計(jì)數(shù)器CONT1和CONT2.② CONT1 對(duì)由被測(cè)信號(hào)整形后形成的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù).③ CONT2 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù). 根據(jù)高精度恒誤差頻率和周期測(cè)量原理, 本模塊電路按以下方式進(jìn)行工作: 經(jīng)過(guò)整形后的被測(cè)信號(hào)脈沖從CONTRL的FIN端輸入, 標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)從CONTRL的FSD端輸入, CONTRL的輸入端是本模塊電路的工作初始化信號(hào)輸入端. 在進(jìn)行頻率或周期測(cè)量時(shí), 進(jìn)行以下幾步:① 在CONTRL的CLR端加一正脈沖信號(hào)以完成測(cè)試電路狀態(tài)的初始化。 當(dāng)D觸發(fā)器