頻率設(shè)計(jì)的原理及詳細(xì)講解

1、第一章概述第一章概述 單片機(jī)即MCU（MICRO CTROL UNIT） 翻譯成中文就是微型控制單元。它的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。并且由于單片機(jī)具顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類(lèi)生活的得力助手。 頻率測(cè)量在科技研究和實(shí)際應(yīng)用中的作用日益重要。傳統(tǒng)的頻率計(jì)通采用組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，產(chǎn)品不但體積較大，運(yùn)行速度慢，而且測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)不宜直接使用。頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)、易于傳輸 ,可以獲得較高的測(cè)量精度。同時(shí) ,頻率測(cè)量方法的優(yōu)化也越來(lái)越受到重視.

2、并采用 AT89C51片機(jī)和相關(guān)硬軟件實(shí)現(xiàn)。MCS51單片機(jī)具有體積小，功能強(qiáng)，性能價(jià)格比較高等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領(lǐng)域。我們研制的頻率計(jì)以89c51，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點(diǎn)。 實(shí)現(xiàn)一個(gè)寬頻域，高精度的頻率計(jì)，一種有效的方法是：在高頻段直接采用頻率法，低頻段采用測(cè)周法。一般的數(shù)字頻率計(jì)本身無(wú)計(jì)算能力因而難以使用測(cè)周發(fā)，而用89c51機(jī)構(gòu)成的頻率計(jì)卻很容易做到這一點(diǎn)。對(duì)高頻段和低頻段的劃分，會(huì)直接影響測(cè)量精度及速度。經(jīng)分析我們將f=1MHz做為高頻，采用直接測(cè)頻法；將f=1Hz做為低頻，采用測(cè)周期法。為了提高測(cè)量精度，我們又對(duì)高低頻再進(jìn)行分段。 以89

3、C51機(jī)為控制器件的頻率測(cè)量方法，并用C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)能控制，結(jié)合外圍電子電路，得以高低頻率的精度測(cè)量。最終實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)頻率計(jì)的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種測(cè)試場(chǎng)所。 在基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，用十進(jìn)制數(shù)字來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量裝置。以精確迅速的特點(diǎn)測(cè)量信號(hào)頻率，在本設(shè)計(jì)在實(shí)踐理論上鍛煉提高了自己的綜合運(yùn)用知識(shí)水平，為以后的開(kāi)發(fā)及科研工作打下基礎(chǔ)。第二章 測(cè)量方法及設(shè)計(jì)方案2.1頻率測(cè)量方法 直讀法又稱(chēng)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)頻率特性測(cè)量法;比較法是將被測(cè)頻率信號(hào)與已知頻率信號(hào)相比較 ,通過(guò)觀、聽(tīng)比較結(jié)果 ,獲得被測(cè)信號(hào)的頻率;電容充放電式計(jì)數(shù)法是利用電

4、子電路控制電容器充放電的次數(shù) ,再用電磁式儀表測(cè)量充放電電流的大小 ,從而測(cè)出被測(cè)信號(hào)的頻率值;電子計(jì)數(shù)法是根據(jù)頻率定義進(jìn)行測(cè)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(guò)被測(cè)信號(hào)的周期個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量。 利用電子計(jì)數(shù)式測(cè)量頻率具有精度高、測(cè)量范圍寬、顯示醒目直觀、測(cè)量迅速 ,以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn).首先，被測(cè)信號(hào)通過(guò)放大整形，形成幅度一致，形狀一致是計(jì)數(shù)脈沖。然后，N將它加到閘門(mén)的一個(gè)輸入端，閘門(mén)由門(mén)控信號(hào)來(lái)控制其關(guān)閉時(shí)間。計(jì)得的脈沖送至譯碼，再送顯示器顯示出來(lái)。而由晶振產(chǎn)生的1MHz的振蕩信號(hào)經(jīng)放大整形，形成方波，經(jīng)多個(gè)10分頻10s，1s，0.1s，0.01s，1

5、ms，那么有fx=NT符合測(cè)頻定義。根據(jù)f=NT。不難看出，采用計(jì)數(shù)器測(cè)頻的測(cè)量誤差，一方面決定于閘門(mén)時(shí)間T準(zhǔn)不準(zhǔn)確，即由晶振提供的標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度TT=-(fofo)；另一方面放大整形閘門(mén)技術(shù)顯示器 門(mén)控信號(hào)Fx分頻石英振蕩器控制電源放大整形 圖一 電子技術(shù)測(cè)頻原理方框圖決定于計(jì)數(shù)器計(jì)得的數(shù)準(zhǔn)不準(zhǔn)，即1誤差，NN=1N=(1XTfx)。所以，計(jì)數(shù)器直接測(cè)頻的誤差主要有兩項(xiàng)，即1誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。測(cè)低頻時(shí)，由于1誤差產(chǎn)生的測(cè)頻誤差大得驚人，所以不宜采用直接測(cè)頻方法。由于fX較低時(shí)，利用計(jì)數(shù)器直接測(cè)頻，由1誤差所引起的測(cè)頻誤差將會(huì)大到不可允許的程度。所以，為了提高測(cè)量低頻時(shí)的準(zhǔn)確度，即減少1誤

6、差的影響，可改成先測(cè)周期Tx，然后計(jì)算fx=1Tx。2.2設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)采用MCS51單片機(jī)8032作為控制核心，門(mén)控信號(hào)由8032內(nèi)部的計(jì)數(shù)定時(shí)器產(chǎn)生，單位為1 s。由于單片機(jī)的計(jì)數(shù)頻率上限較低(12MhZ晶振時(shí)約500khz)，所以需對(duì)高頻被測(cè)信號(hào)進(jìn)行硬件欲分頻處理，8032則完成運(yùn)算、控制及顯示功能。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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展與改進(jìn)。2.3頻率測(cè)量模塊高精度恒誤差測(cè)頻法 通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量方法的與研究，結(jié)合高精度恒誤差測(cè)量原理，我們?cè)O(shè)計(jì)里一種測(cè)量精度與被測(cè)頻率無(wú)關(guān)的硬件測(cè)頻電路。本方法立足于快速的寬位數(shù)高精度浮點(diǎn)數(shù)字運(yùn)算。3.3 頻率測(cè)量模

7、塊對(duì)頻率測(cè)量模塊有以下四種實(shí)現(xiàn)方法： （1）直接測(cè)頻法 直接測(cè)頻法是把被測(cè)頻率信號(hào)經(jīng)脈沖形成電路后加到閘門(mén)的一個(gè)輸入端，只有在閘門(mén)開(kāi)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)。設(shè)計(jì)數(shù)器的值為N，由頻率定義式可以計(jì)算得到被測(cè)信號(hào)頻率為 f=N/T經(jīng)分析，本測(cè)量在低頻段的相對(duì)測(cè)量誤差較大。增大T可以提高測(cè)量精度，但在低頻段仍不能滿足該題發(fā)揮部分的要求。（2）組合法 直接測(cè)量周期法在低頻段精度高。組合測(cè)頻法是指在低頻時(shí)采用直接測(cè)量周期法測(cè)信號(hào)周期，然后換算成頻率。這種方法可以在一定程度上彌補(bǔ)方法（1）的不足，但是難以確定最佳分測(cè)點(diǎn)，且電路實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。（3）倍頻法 直接測(cè)頻法在高頻段

8、有著很高的精度。可以把頻率測(cè)量范圍分成多個(gè)頻段，使用倍頻技術(shù)，根據(jù)頻段設(shè)置倍頻系數(shù)將經(jīng)整形的低頻信號(hào)進(jìn)行倍頻后再進(jìn)行測(cè)量，高頻段則進(jìn)行直接測(cè)量。（4）高精度恒誤差測(cè)頻法 通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量方法的與研究，結(jié)合高精度恒誤差測(cè)量原理，我們?cè)O(shè)計(jì)里一種測(cè)量精度與被測(cè)頻率無(wú)關(guān)的硬件測(cè)頻電路。本方法立足于快速的寬位數(shù)高精度浮點(diǎn)數(shù)字運(yùn)算。以上四種方法中，倍頻法雖然在理論上可以達(dá)到很高的精度，但在低頻段，就目前常規(guī)的鎖相器件而言，鎖相電路工作性能不理想，頻率小于looHz時(shí)甚至不能工作.前三種方法本質(zhì)上都是立足于頻率基本定義，沒(méi)有擺脫傳統(tǒng)的測(cè)量方法的局限。從下文的詳細(xì)論述中可以看出，用方法(4)可以用單片機(jī)程序方

9、便地完成寬位浮點(diǎn)數(shù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量?；谏鲜稣撟C及第二部分中詳細(xì)的理論分析，我們擬選擇方法(4)。2.4周期測(cè)量模塊 (1)直接周期測(cè)量法 用被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后形成的方波信號(hào)直接控制計(jì)數(shù)門(mén)控電路，使主門(mén)開(kāi)放時(shí)間等于信號(hào)周期Tx,時(shí)標(biāo)為T(mén)s的脈沖在主門(mén)開(kāi)放時(shí)間進(jìn)入計(jì)數(shù)器。設(shè)T為被測(cè)周期，Ts為時(shí)標(biāo)，在Ts期間計(jì)數(shù)值為N，可以根據(jù)以下公式來(lái)算得被測(cè)信號(hào)周期： Tx=NTs 經(jīng)誤差分析表明，被測(cè)信號(hào)頻率越高，測(cè)量誤差越大。采用對(duì)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(cè)量頻率為01Hz信號(hào)時(shí)，每測(cè)一次至少要等待1000s，顯然是不可取的。(2)高料度恒誤差周期測(cè)

10、量方法 本方法在測(cè)量電路和測(cè)量精度上與高精度恒誤差頻率測(cè)量完全相同，只是在進(jìn)行計(jì)算時(shí)公式不同，用周期T代換高精度恒誤差頻率測(cè)量公式中的頻率因數(shù)即可,計(jì)算公式為: Tx=(TsNs)/Nx式中，Tx為被測(cè)信號(hào)周期的測(cè)量值，Ns,Nx分別與(12)式中的Ns,Nx含義相同。從降低電路的復(fù)雜度及提高招度上考慮、顯然方法(2)遠(yuǎn)好于方法(1)，方法(2)的測(cè)量電路完全可以使用高精度恒誤差頻率測(cè)量電路o適應(yīng)振蕩器 放大整形閘門(mén) 技術(shù)譯碼器 門(mén)控信號(hào) 放大整形 分頻TX 圖二 電子技術(shù)器測(cè)周期原理圖2.5脈沖信號(hào)占空比測(cè)量模塊在進(jìn)行脈沖寬度的測(cè)量時(shí)，首先經(jīng)信號(hào)處理電路進(jìn)行處理，限制只有信號(hào)的50幅度及其以

11、上部分才能輸入數(shù)字測(cè)量部分。脈沖邊沿被處理得非常陡峭，然后送入測(cè)量計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量電路在檢測(cè)到脈沖的上升沿時(shí)打開(kāi)計(jì)數(shù)器，在下降沿時(shí)關(guān)掉計(jì)數(shù)器。由下式Twx=Nx/Fs可知計(jì)數(shù)值既為測(cè)得的脈沖寬度。 測(cè)一個(gè)脈沖信號(hào)的脈寬，記其值為T(mén)wx1；信號(hào)反相后,再測(cè)一次脈寬并記錄其值Twx2,通過(guò)以下公式汁算：占空比=Twx1/(Twx1+Twx2)100% 2.6標(biāo)頻發(fā)生電路和信號(hào)處理部分本模塊采用高頻率穩(wěn)定度和高精度的恒溫可微調(diào)的晶體振蕩器作標(biāo)頻發(fā)生電路小信號(hào)處理部分受限于寬帶放大器的性能，放大電路需要附有高速整形電路。有以下幾種方案。(1)采用分立元件 使用場(chǎng)效應(yīng)管做輸入級(jí)，以提高輸入阻抗。用截

12、止頻率1000的三極管如9018做放大級(jí)。由于電路復(fù)雜，要調(diào)節(jié)部分較多，且一致性差，故不采用。(2)采用運(yùn)算放大器 電路簡(jiǎn)潔，但因?yàn)榕cTTL電平接口而另需電平移位電路。并且要用運(yùn)放做一高速寬帶放大器，市場(chǎng)上難以買(mǎi)到高速運(yùn)放，應(yīng)用受到了限制。(3)立接采用比較器 采用比較器可以簡(jiǎn)單地完成設(shè)計(jì)。采用高速比較器LM361可以處理高達(dá)10 MHz的插入信號(hào)。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。綜合考慮，本部分電路采用方案(3)。比較器輸入易受干擾，因此電路上采用凈化電源并合理安排地線。經(jīng)最后實(shí)測(cè)，輸入靈敏度4mV左右，完全滿足小信號(hào)測(cè)量

13、的需要 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 電路設(shè)計(jì)方案多周期同步測(cè)量法的基本思路是使被測(cè)信號(hào)與閘門(mén)之間實(shí)現(xiàn)同步化，從而從根本上消除了在閘門(mén)時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)的1量化誤差，使測(cè)量精度大大提高。倒數(shù)計(jì)數(shù)器就是基于該方法而設(shè)計(jì)出來(lái)的一種具有創(chuàng)新思想的測(cè)頻、測(cè)周期的儀器。它采用多周期同步測(cè)量法，即測(cè)量輸入多個(gè)（整數(shù)個(gè)）周期值，再進(jìn)行倒數(shù)運(yùn)算而求得頻率。其優(yōu)點(diǎn)是：可在整個(gè)測(cè)頻范圍內(nèi)獲得同樣高的測(cè)試精度和分辨率。LED數(shù)碼顯示其單 片 機(jī) 閘門(mén)AA通道同部門(mén)及功能切換 邏 輯事件計(jì)數(shù)器時(shí)間計(jì)數(shù)器LED發(fā)光管 fc 閘門(mén)B fc按鍵 圖3.1系統(tǒng)電路原理框圖以單片機(jī)為核心 按鍵和經(jīng)過(guò)處理的A通道信號(hào)作為

14、單片機(jī)的輸入信號(hào)，運(yùn)行程序執(zhí)行相應(yīng)的LED數(shù)碼管顯示和LED發(fā)光管發(fā)光最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能1輸入通道的設(shè)計(jì)。輸入通道是由前置放大器和整形器組成的，所以要對(duì)前置放大器的增益和帶寬指標(biāo)進(jìn)行估計(jì)。為了能準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)，將輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)放大整形電路。其具體實(shí)施方案為：將輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)LM358運(yùn)放放大，再通過(guò)74LS132整形，此時(shí)的信號(hào)還不能直接送入單片機(jī)，這是因?yàn)樵谟布螩PU對(duì)INT0和INT1引腳的信號(hào)不能控制，解決這個(gè)問(wèn)題要通過(guò)硬件，再配合軟件來(lái)解決。2預(yù)置閘門(mén)時(shí)間發(fā)生電路設(shè)計(jì)。閘門(mén)時(shí)間的確定，可以先由一個(gè)555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，將555產(chǎn)生的脈沖信號(hào)送入到74LS90十進(jìn)制計(jì)數(shù)器當(dāng)中，由于

15、74LS90具有二-五進(jìn)制混合計(jì)數(shù)的功能，所以可以用它來(lái)實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制計(jì)數(shù)，將74LS90的輸出接到38線譯碼器74LS138的輸入端，再將譯碼器的輸出端接上五個(gè)發(fā)光二極管，這樣就可以實(shí)現(xiàn)硬件上的閘門(mén)時(shí)間控制。但是考慮到硬件實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜性，可以通過(guò)軟件上來(lái)實(shí)現(xiàn)，就是將五個(gè)發(fā)光二極管直接接到單片機(jī)的P1口由軟件上來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)按鍵來(lái)改變它的閘門(mén)時(shí)間。3數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)。該部分電路是由單向八位移位寄存器74LS164和數(shù)碼管組成的?？紤]到精度的問(wèn)題，取五位計(jì)數(shù)值，采用五片74LS164級(jí)聯(lián)，同時(shí)還要顯示頻率和周期的單位，所以還需再級(jí)聯(lián)一塊74LS164，在74LS164的輸出端接六個(gè)單位指示燈，分別表

16、示周期頻率的三個(gè)不同的單位數(shù)量級(jí)，即周期單位s，ms，s和頻率單位Hz，KHz及MHz。移位寄存器的時(shí)鐘信號(hào)是由單片機(jī)的串行輸出口TXD腳控制。.2電路各部分及其功能敘述圖3.2.1輸入信號(hào)選擇部分 圖3.2.2晶振電路和復(fù)位電路 圖3.2.3閘門(mén)圖3.2.4信號(hào)放大電路圖3.2.5整流電路 圖3.2.6信號(hào)處理電路圖3.2.7以單片機(jī)為核心的控制電路 第四章 理論誤差分析與系統(tǒng)電路分析4.1 高精度恒定誤差頻率和周期測(cè)量技術(shù)頻率測(cè)量誤差分析及其公式推導(dǎo)如下。(1)量化誤差 設(shè)測(cè)得頻率為Fx被測(cè)頻率真實(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)計(jì)數(shù)值為Nx，標(biāo)推頻率信號(hào)

17、計(jì)數(shù)值為Ns .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，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)Fs的計(jì)數(shù)從Ns最多相差一個(gè)脈沖，即 |et|1 而 Fx/Nx=Fs/Ns Fex/Nx=Fs/(Ns+et)由上式可得 Fx=(Fs/Ns)Nx Fxe=Fs/(Ns+et)Nx根據(jù)相對(duì)誤差公式有|=Fxe/Fxe=|Fxe-Fx|/Fxe由上式得 Fxe/Fxe=|t|/Ns因?yàn)?|et|1所以 |et|/Ns1/Ns即 |=Fxe/Fxe1/Ns Ns=TprF由上式可以得出以下結(jié)論相對(duì)測(cè)量誤差與頻率無(wú)關(guān)。增大Tpr或提高Fs，可以增大Ns，減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。（2）標(biāo)

18、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。（3）分變率誤差分析先由單片機(jī)給出閘門(mén)開(kāi)啟信號(hào) ,此時(shí)計(jì)數(shù)器并不計(jì)數(shù) ,而是等到被測(cè)信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí),才開(kāi)始計(jì)數(shù)。然后,兩組計(jì)數(shù)器分別對(duì)被測(cè)信號(hào)和時(shí)標(biāo)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)單片機(jī)給出閘門(mén)關(guān)閉信號(hào)后 ,計(jì)數(shù)器并不立即停止計(jì)數(shù) ,而是等到被測(cè)信號(hào)下降沿到來(lái)的時(shí)刻才結(jié)束計(jì)數(shù) ,完成一次測(cè)量過(guò)程?？梢钥闯?,實(shí)際閘門(mén)與設(shè)定的閘門(mén)并不嚴(yán)格相等 ,但最大差值不超過(guò)被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期。 設(shè)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)為 NX ,對(duì)時(shí)標(biāo)的計(jì)數(shù)為 N0 ,時(shí)標(biāo)頻率為 f0 ,閘門(mén)時(shí)間為,則被測(cè)信號(hào)頻率為

19、: FoNx/No計(jì)數(shù)器的開(kāi)閉與被測(cè)信號(hào)是完全同步的 ,即在實(shí)際閘門(mén)中包含整數(shù)個(gè)被測(cè)信號(hào)的周期 ,因而不存在對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)的 1 個(gè)字誤差 ,由式 微分可得: FoNxdNo/ dN0=1 =Nx/fx 相對(duì)誤差為: e=fX/fX=NX/NX-N0/N0+f0/f0式 Fxe=Fs/(Ns+et)Nx中前兩項(xiàng)分別表示計(jì)數(shù)器 T0 和計(jì)數(shù)器 T1 的誤差 ,第三項(xiàng)為頻率準(zhǔn)確度。由于計(jì)數(shù)是在相關(guān)同步門(mén)控時(shí)間內(nèi)完成的,即由待測(cè)信號(hào)同步控制,因此同步門(mén)控與計(jì)數(shù)器 T1 的計(jì)數(shù)脈沖相關(guān),且 T/ Tx 的比值 Nx為整數(shù) ,故被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)值不存在計(jì)數(shù)誤差。而計(jì)數(shù)器 T0 對(duì)時(shí)標(biāo)的計(jì)數(shù) ,由于門(mén)控的啟閉

20、時(shí)刻的隨機(jī)性及 T/ T0之比值 N0 為非整數(shù)( T0 為時(shí)標(biāo)周期) ,在門(mén)控的啟閉時(shí)刻分別有時(shí)間零頭T1 和 T2 無(wú)法計(jì)入,故存在 1 誤差。當(dāng)忽略頻率準(zhǔn)確度誤差時(shí),多周期同步法測(cè)頻的最大誤差為: 由式|=Fxe/Fxe=|Fxe-Fx|/Fxe可以看出 ,測(cè)量分辨率與被測(cè)信號(hào)頻率的大小無(wú)關(guān) ,僅與閘門(mén)時(shí)間及時(shí)標(biāo)頻率有關(guān) ,即實(shí)現(xiàn)了被測(cè)頻帶內(nèi)的等精度測(cè)量,閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng),時(shí)標(biāo)頻率越高 ,分辨率越高。 4.2 預(yù)置門(mén)時(shí)間信號(hào)與閘門(mén)時(shí)間信號(hào)預(yù)置門(mén)的概念與傳統(tǒng)的閘門(mén)的概念是不同的。預(yù)置門(mén)是指同時(shí)啟動(dòng)或停止標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)計(jì)數(shù)器和被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)器的門(mén)控信號(hào)。碩置門(mén)的概念用于高精度恒定誤差測(cè)頻測(cè)周期方法中

21、，并稱(chēng)預(yù)置門(mén)的時(shí)間寬度為預(yù)置門(mén)時(shí)間。高精度恒定誤差測(cè)頻方法測(cè)量精度與預(yù)置門(mén)時(shí)間和標(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)時(shí)間和閘門(mén)時(shí)間相同而被測(cè)信號(hào)頻率不同的情況下，高精度恒誤差額率測(cè)量法的測(cè)量精度不變，而直接測(cè)頻法精度隨著被測(cè)信號(hào)頻率的增加而接近線性地增大。高精度恒誤差周期測(cè)量方法的分析思路和結(jié)果均與對(duì)高精度恒誤差頻率測(cè)量相似或相同。4.3 脈沖寬度測(cè)量理論誤差分析 根據(jù)方案中的脈沖寬度測(cè)量方法，分析脈寬測(cè)量誤差。設(shè)被測(cè)信號(hào)脈寬為T(mén)wxe，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)頻率為Fs，則脈沖寬度的測(cè)量值為 Twx=Nx/Fs在一次測(cè)量中，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的計(jì)數(shù)值Nx可能產(chǎn)生1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)周期的計(jì)數(shù)誤差，則脈寬

22、測(cè)量相對(duì)誤差為 |Twx/Twx|=(1Fs)/(NxFs)=1/Nx其中NxTwxFs.可以看出，在Fs一定時(shí)，脈寬越小，誤差越大。當(dāng)Twx=100s，F(xiàn)s=60MHz時(shí)，Nx6000，則有 |Twx/Twx|=1/6000=0.174.4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)誤差最大恒等于脈沖寬度測(cè)量相對(duì)誤差。在標(biāo)準(zhǔn)頻率為60MHz，被測(cè)頻率1kHz(即周期為0.001s)時(shí)。設(shè)其占空比為10，如果要滿足題日部分要求，由脈沖寬測(cè)量相對(duì)誤羌公式計(jì)算出的相對(duì)誤差應(yīng)小于 1(0.00110%60106)160000.17實(shí)際精度完全可以超過(guò)這

23、個(gè)要求。4.5、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與電路分析（1）穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)本項(xiàng)設(shè)計(jì)要求的電源：12V、-12v、+5v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。（2）測(cè)量控制電路單片機(jī)(AT89C51成整個(gè)測(cè)量電路的控制和數(shù)據(jù)處理兩片Dpl5H016完成計(jì)數(shù)器功能。鍵盤(pán)信號(hào)由AB9c51處理。AT89C51spLSI1016讀回計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度浮點(diǎn)運(yùn)算，并向顯示電路輸出測(cè)量結(jié)果。電路如圖7.1所示。（3）輸入信號(hào)處理部分為測(cè)量小侍號(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.（4）小信號(hào)處理部分在調(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

24、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)。 （5）標(biāo)準(zhǔn)頻率方波發(fā)生電路本設(shè)計(jì)采用60Hz的晶體振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率方波信號(hào)(頻標(biāo))供數(shù)字測(cè)量電路使用。晶體振蕩器采用恒溫晶振，穩(wěn)定度為：2.010724小時(shí)。（6）顯示器電路顯示器電路采用7SEG 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，預(yù)置門(mén)時(shí)間為15s，在標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)為60MHz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(1.560106)=1.1108即能夠顯示接近8位有效數(shù)字，所以，電路中采用了8位LED顯示器.（7）實(shí)際數(shù)字測(cè)

25、量部分本題目要求測(cè)量功能模塊較多，題目中要求的被測(cè)信號(hào)以及標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)為1MHz，發(fā)揮部分要求為10MHz，高頻信號(hào)之間的信號(hào)干擾非常強(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)雜度。本設(shè)計(jì)擬定計(jì)數(shù)器所采用電路中的兩個(gè)計(jì)數(shù)器應(yīng)不低于60MHz。我們選用LATTICE公司高速ispLSI器件（在系統(tǒng)可編程大規(guī)模集成電路）。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(hào)間的干擾，提高電路的可靠性、穩(wěn)定性。鑒于本題目要求測(cè)量功能模塊較多、我們采用兩片工作頻率為60MHz的ispLSI1016-60器件。采用在系統(tǒng)可編程邏輯器件來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)量功能模塊電

26、路。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中我們將以下模塊做在兩片ispLSI1016器件中：a頻率測(cè)量模塊b周期測(cè)量模塊；c脈沖寬度測(cè)量模塊；d脈沖占空比測(cè)量模塊；e自校電路 (8)自校電路為了檢測(cè)系統(tǒng)的精度，本電路附加了自校電路，用以產(chǎn)生1MHz信號(hào)，可在功能按鍵控制下進(jìn)行自校。（9）、高頻抗干擾設(shè)計(jì)在高頻情況下，線路之間的干擾對(duì)頻率測(cè)量結(jié)果影響很大，因此我們采用了一些高頻線路抗干擾措施。測(cè)量電路的電路板采用自制印刷電路板，減少了引線交叉，降低了高頻引線干擾，效果明顯。例如，在模塊初步設(shè)計(jì)和調(diào)試期間，我們?cè)趯?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(cè)量誤差。在自制印刷電路板上完成設(shè)計(jì)時(shí)，這個(gè)現(xiàn)象消失

27、了。被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)前置處理后，引向測(cè)量部分的引線全部采用屏蔽線。由于輸入信號(hào)的變化可能很大，在大信號(hào)時(shí)能滿足要求而在50 mv(峰峰值)時(shí)，很容易受到干擾。電路在設(shè)計(jì)時(shí)，采用大面積接地和金屬屏蔽層，輸入引線采用高頻輸入線，以消除外界的電磁場(chǎng)干擾；在每一部分的電源電路均采用電感、電容濾波，消除各部分電路的相互干擾；而且在電路中采用施密特觸發(fā)器，提高比較門(mén)限，消除了大部分雜波，保證了信號(hào)的純真度；對(duì)機(jī)械按鍵在閉合時(shí)伴有的抖動(dòng)，加上了防抖控制；單片機(jī)還采用了“看門(mén)狗”電路防止CPU失控，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行；在軟件上采用軟件陷阱、容錯(cuò)技術(shù)和均值濾波等抗干擾措施，提高了抗干擾特性；采用四字節(jié)乘除法保證了測(cè)試

28、的精度在數(shù)據(jù)處理時(shí)不受影響。 第五章計(jì)頻器的軟件設(shè)計(jì)5.1計(jì)數(shù)原理信號(hào)經(jīng)過(guò)整形成為方波，輸入到 端，在P3.2處于低電平時(shí)進(jìn)行初始化操作；TR0置位，打開(kāi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；GATE=1，使T0在TR0和 均為1時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；將T0的高八位單元TH0和低八位單元TL0均賦值00H,使T0由0開(kāi)始計(jì)數(shù) T0初始化完成后，TR0=1,GATE=1,此時(shí)T0等待 升為高電平，高電平到達(dá)，T0啟動(dòng)計(jì)數(shù)。每一機(jī)器周期，T0自動(dòng)加1計(jì)數(shù)。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)。T0中存儲(chǔ)的是以周期數(shù)表示的脈寬。注：此計(jì)算過(guò)程調(diào)用無(wú)符號(hào)雙字除法程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。為顯示頻率，必須將二進(jìn)制碼

29、轉(zhuǎn)換為BCD碼，這一過(guò)程分兩步完成。第一步，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成壓縮BCD碼；第二步，將壓縮BCD碼分送各緩沖區(qū)，調(diào)用顯示子程序，送數(shù)碼管延時(shí)顯示頻率值。5.2總體軟件編程(1)設(shè)計(jì)方案/12OSC利用AT89C51T0、T1的定時(shí)計(jì)數(shù)器功能，來(lái)完成對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)的頻率結(jié)果通過(guò)4位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示出來(lái)。要求能夠?qū)?10KHZ的信號(hào)頻率進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)誤差不超過(guò)1HZ。TL(8位 )THX（8位）TFX& Ta腳 TR1=1 GATE INTX腳 圖四 定時(shí)器工作原理圖(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(duì)輸入的頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，

30、但對(duì)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fOSC12MHz，因此：T0的最大計(jì)數(shù)頻率為10KHz。對(duì)于頻率的概念就是在一秒只數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，即為頻率值。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。送到數(shù)碼管顯示出來(lái)。2) . T1工作在定時(shí)狀態(tài)下，最大定時(shí)時(shí)間為65ms，達(dá)不到1秒的定時(shí)，所以采用定時(shí)50ms，共定時(shí)20次，即可完成1秒的定時(shí)功能。5.3 源程序 #include unsigned char code dispbit=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;unsigned char cod

31、e dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40; unsigned char dispbuf4=0,0, 10,10; unsigned char temp4; unsigned char dispcount; unsigned char T0count;unsigned char timecount;bit flag; unsigned long x; void main(void) unsigned char i; TMOD=0x15; TH0=0;TL0=0;TH1=(65536-4000)/2

32、56;TL1=(65536-4000)%256;TR1=1;TR0=1;ET0=1;ET1=1;EA=1;while(1)if(flag=1)flag=0;x=T0count*65536+TH0*256+TL0;for(i=0;i4;i+)tempi=0;i=0;while(x/10)tempi=x%10;x=x/10;i+;tempi=x;for(i=0;i6;i+)dispbufi=tempi;timecount=0;T0count=0;TH0=0;TL0=0;TR0=1;void t0(void) interrupt 1 using 0T0count+;void t1(void) int

33、errupt 3 using 0TH1=(65536-4000)/256;TL1=(65536-4000)%256;timecount+;if(timecount=10)TR0=0;timecount=0;flag=1;P0=dispcodedispbufdispcount;P2=dispbitdispcount;dispcount+;if(dispcount=4)dispcount=0; 第一章概述 單片機(jī)即MCU（MICRO CTROL UNIT） 翻譯成中文就是微型控制單元。它的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能

34、、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。并且由于單片機(jī)具顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類(lèi)生活的得力助手。 頻率測(cè)量在科技研究和實(shí)際應(yīng)用中的作用日益重要。傳統(tǒng)的頻率計(jì)通采用組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，產(chǎn)品不但體積較大，運(yùn)行速度慢，而且測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)不宜直接使用。頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)、易于傳輸 ,可以獲得較高的測(cè)量精度。同時(shí) ,頻率測(cè)量方法的優(yōu)化也越來(lái)越受到重視.并采用 AT89C51片機(jī)和相關(guān)硬軟件實(shí)現(xiàn)。MCS51單片機(jī)具有體積小，功能強(qiáng)，性能價(jià)格比較高等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領(lǐng)域。我們研制的頻率計(jì)以89c51，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特

35、點(diǎn)。 實(shí)現(xiàn)一個(gè)寬頻域，高精度的頻率計(jì)，一種有效的方法是：在高頻段直接采用頻率法，低頻段采用測(cè)周法。一般的數(shù)字頻率計(jì)本身無(wú)計(jì)算能力因而難以使用測(cè)周發(fā)，而用89c51機(jī)構(gòu)成的頻率計(jì)卻很容易做到這一點(diǎn)。對(duì)高頻段和低頻段的劃分，會(huì)直接影響測(cè)量精度及速度。經(jīng)分析我們將f=1MHz做為高頻，采用直接測(cè)頻法；將f=1Hz做為低頻，采用測(cè)周期法。為了提高測(cè)量精度，我們又對(duì)高低頻再進(jìn)行分段。 以89C51機(jī)為控制器件的頻率測(cè)量方法，并用C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)能控制，結(jié)合外圍電子電路，得以高低頻率的精度測(cè)量。最終實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)頻率計(jì)的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種測(cè)試場(chǎng)所。 在基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)技術(shù)

36、基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，用十進(jìn)制數(shù)字來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量裝置。以精確迅速的特點(diǎn)測(cè)量信號(hào)頻率，在本設(shè)計(jì)在實(shí)踐理論上鍛煉提高了自己的綜合運(yùn)用知識(shí)水平，為以后的開(kāi)發(fā)及科研工作打下基礎(chǔ)。第二章 測(cè)量方法及設(shè)計(jì)方案2.1頻率測(cè)量方法 直讀法又稱(chēng)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)頻率特性測(cè)量法;比較法是將被測(cè)頻率信號(hào)與已知頻率信號(hào)相比較 ,通過(guò)觀、聽(tīng)比較結(jié)果 ,獲得被測(cè)信號(hào)的頻率;電容充放電式計(jì)數(shù)法是利用電子電路控制電容器充放電的次數(shù) ,再用電磁式儀表測(cè)量充放電電流的大小 ,從而測(cè)出被測(cè)信號(hào)的頻率值;電子計(jì)數(shù)法是根據(jù)頻率定義進(jìn)行測(cè)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(guò)被測(cè)信號(hào)的周期個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量。 利

37、用電子計(jì)數(shù)式測(cè)量頻率具有精度高、測(cè)量范圍寬、顯示醒目直觀、測(cè)量迅速 ,以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn).首先，被測(cè)信號(hào)通過(guò)放大整形，形成幅度一致，形狀一致是計(jì)數(shù)脈沖。然后，N將它加到閘門(mén)的一個(gè)輸入端，閘門(mén)由門(mén)控信號(hào)來(lái)控制其關(guān)閉時(shí)間。計(jì)得的脈沖送至譯碼，再送顯示器顯示出來(lái)。而由晶振產(chǎn)生的1MHz的振蕩信號(hào)經(jīng)放大整形，形成方波，經(jīng)多個(gè)10分頻10s，1s，0.1s，0.01s，1ms，那么有fx=NT符合測(cè)頻定義。根據(jù)f=NT。不難看出，采用計(jì)數(shù)器測(cè)頻的測(cè)量誤差，一方面決定于閘門(mén)時(shí)間T準(zhǔn)不準(zhǔn)確，即由晶振提供的標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度TT=-(fofo)；另一方面放大整形閘門(mén)技術(shù)顯示器 門(mén)控信號(hào)Fx分

38、頻石英振蕩器控制電源放大整形 圖一 電子技術(shù)測(cè)頻原理方框圖決定于計(jì)數(shù)器計(jì)得的數(shù)準(zhǔn)不準(zhǔn)，即1誤差，NN=1N=(1XTfx)。所以，計(jì)數(shù)器直接測(cè)頻的誤差主要有兩項(xiàng)，即1誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。測(cè)低頻時(shí)，由于1誤差產(chǎn)生的測(cè)頻誤差大得驚人，所以不宜采用直接測(cè)頻方法。由于fX較低時(shí)，利用計(jì)數(shù)器直接測(cè)頻，由1誤差所引起的測(cè)頻誤差將會(huì)大到不可允許的程度。所以，為了提高測(cè)量低頻時(shí)的準(zhǔn)確度，即減少1誤差的影響，可改成先測(cè)周期Tx，然后計(jì)算fx=1Tx。2.2設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)采用MCS51單片機(jī)8032作為控制核心，門(mén)控信號(hào)由8032內(nèi)部的計(jì)數(shù)定時(shí)器產(chǎn)生，單位為1 s。由于單片機(jī)的計(jì)數(shù)頻率上限較低(12MhZ晶振時(shí)約5

39、00khz)，所以需對(duì)高頻被測(cè)信號(hào)進(jìn)行硬件欲分頻處理，8032則完成運(yùn)算、控制及顯示功能。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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展與改進(jìn)。2.3頻率測(cè)量模塊高精度恒誤差測(cè)頻法 通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量方法的與研究，結(jié)合高精度恒誤差測(cè)量原理，我們?cè)O(shè)計(jì)里一種測(cè)量精度與被測(cè)頻率無(wú)關(guān)的硬件測(cè)頻電路。本方法立足于快速的寬位數(shù)高精度浮點(diǎn)數(shù)字運(yùn)算。3.3 頻率測(cè)量模塊對(duì)頻率測(cè)量模塊有以下四種實(shí)現(xiàn)方法： （1）直接測(cè)頻法 直接測(cè)頻法是把被測(cè)頻率信號(hào)經(jīng)脈沖形成電路后加到閘門(mén)的一個(gè)輸入端，只有在閘門(mén)開(kāi)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)。設(shè)計(jì)數(shù)器的值為N，由頻

40、率定義式可以計(jì)算得到被測(cè)信號(hào)頻率為 f=N/T經(jīng)分析，本測(cè)量在低頻段的相對(duì)測(cè)量誤差較大。增大T可以提高測(cè)量精度，但在低頻段仍不能滿足該題發(fā)揮部分的要求。（2）組合法 直接測(cè)量周期法在低頻段精度高。組合測(cè)頻法是指在低頻時(shí)采用直接測(cè)量周期法測(cè)信號(hào)周期，然后換算成頻率。這種方法可以在一定程度上彌補(bǔ)方法（1）的不足，但是難以確定最佳分測(cè)點(diǎn)，且電路實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。（3）倍頻法 直接測(cè)頻法在高頻段有著很高的精度?？梢园杨l率測(cè)量范圍分成多個(gè)頻段，使用倍頻技術(shù)，根據(jù)頻段設(shè)置倍頻系數(shù)將經(jīng)整形的低頻信號(hào)進(jìn)行倍頻后再進(jìn)行測(cè)量，高頻段則進(jìn)行直接測(cè)量。（4）高精度恒誤差測(cè)頻法 通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量方法的與研究，結(jié)合高精度恒誤差

41、測(cè)量原理，我們?cè)O(shè)計(jì)里一種測(cè)量精度與被測(cè)頻率無(wú)關(guān)的硬件測(cè)頻電路。本方法立足于快速的寬位數(shù)高精度浮點(diǎn)數(shù)字運(yùn)算。以上四種方法中，倍頻法雖然在理論上可以達(dá)到很高的精度，但在低頻段，就目前常規(guī)的鎖相器件而言，鎖相電路工作性能不理想，頻率小于looHz時(shí)甚至不能工作.前三種方法本質(zhì)上都是立足于頻率基本定義，沒(méi)有擺脫傳統(tǒng)的測(cè)量方法的局限。從下文的詳細(xì)論述中可以看出，用方法(4)可以用單片機(jī)程序方便地完成寬位浮點(diǎn)數(shù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。基于上述論證及第二部分中詳細(xì)的理論分析，我們擬選擇方法(4)。2.4周期測(cè)量模塊 (1)直接周期測(cè)量法 用被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后形成的方波信號(hào)直接控制計(jì)數(shù)門(mén)控電路，使主門(mén)開(kāi)

42、放時(shí)間等于信號(hào)周期Tx,時(shí)標(biāo)為T(mén)s的脈沖在主門(mén)開(kāi)放時(shí)間進(jìn)入計(jì)數(shù)器。設(shè)T為被測(cè)周期，Ts為時(shí)標(biāo)，在Ts期間計(jì)數(shù)值為N，可以根據(jù)以下公式來(lái)算得被測(cè)信號(hào)周期： Tx=NTs 經(jīng)誤差分析表明，被測(cè)信號(hào)頻率越高，測(cè)量誤差越大。采用對(duì)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(cè)量頻率為01Hz信號(hào)時(shí)，每測(cè)一次至少要等待1000s，顯然是不可取的。(2)高料度恒誤差周期測(cè)量方法 本方法在測(cè)量電路和測(cè)量精度上與高精度恒誤差頻率測(cè)量完全相同，只是在進(jìn)行計(jì)算時(shí)公式不同，用周期T代換高精度恒誤差頻率測(cè)量公式中的頻率因數(shù)即可,計(jì)算公式為: Tx=(TsNs)/Nx式中，Tx為被測(cè)信號(hào)周期的測(cè)量

43、值，Ns,Nx分別與(12)式中的Ns,Nx含義相同。從降低電路的復(fù)雜度及提高招度上考慮、顯然方法(2)遠(yuǎn)好于方法(1)，方法(2)的測(cè)量電路完全可以使用高精度恒誤差頻率測(cè)量電路o適應(yīng)振蕩器 放大整形閘門(mén) 技術(shù)譯碼器 門(mén)控信號(hào) 放大整形 分頻TX 圖二 電子技術(shù)器測(cè)周期原理圖2.5脈沖信號(hào)占空比測(cè)量模塊在進(jìn)行脈沖寬度的測(cè)量時(shí)，首先經(jīng)信號(hào)處理電路進(jìn)行處理，限制只有信號(hào)的50幅度及其以上部分才能輸入數(shù)字測(cè)量部分。脈沖邊沿被處理得非常陡峭，然后送入測(cè)量計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量電路在檢測(cè)到脈沖的上升沿時(shí)打開(kāi)計(jì)數(shù)器，在下降沿時(shí)關(guān)掉計(jì)數(shù)器。由下式Twx=Nx/Fs可知計(jì)數(shù)值既為測(cè)得的脈沖寬度。 測(cè)一個(gè)脈沖信號(hào)

44、的脈寬，記其值為T(mén)wx1；信號(hào)反相后,再測(cè)一次脈寬并記錄其值Twx2,通過(guò)以下公式汁算：占空比=Twx1/(Twx1+Twx2)100% 2.6標(biāo)頻發(fā)生電路和信號(hào)處理部分本模塊采用高頻率穩(wěn)定度和高精度的恒溫可微調(diào)的晶體振蕩器作標(biāo)頻發(fā)生電路小信號(hào)處理部分受限于寬帶放大器的性能，放大電路需要附有高速整形電路。有以下幾種方案。(1)采用分立元件 使用場(chǎng)效應(yīng)管做輸入級(jí)，以提高輸入阻抗。用截止頻率1000的三極管如9018做放大級(jí)。由于電路復(fù)雜，要調(diào)節(jié)部分較多，且一致性差，故不采用。(2)采用運(yùn)算放大器 電路簡(jiǎn)潔，但因?yàn)榕cTTL電平接口而另需電平移位電路。并且要用運(yùn)放做一高速寬帶放大器，市場(chǎng)上難以買(mǎi)到高速運(yùn)放，應(yīng)用受到了限制。(3)立接采用比較器 采用比較器可以簡(jiǎn)單地完成設(shè)計(jì)。采用高速比較器LM361