數字頻率計學習資料

頻率計是一種對信號的頻率進行測量的儀器，是一種典型的電子測量儀器。能對頻率量進行測量的儀器有許多：如模擬頻率表、示波器、數字頻率計、微機化智能頻率計等。本文將對數字頻率計項目進行探討并設計和制作。

一、頻率信號測量的基礎知識

實現對頻率量測量的方法有許多種。如：頻率/電壓（F/V）變換法或頻率/電流（F/I）變換法、直接測頻法、測周期法、多周期同步（等精度）測量法等。

1、頻率/電壓（F/V）變換法

這種方法是將頻率量通過特定的電子電路實現對輸出電壓或輸出電流進行控制，使輸出電壓或輸出電流能按照輸入的頻率作某種規律的變化，以使得可以利用電磁式模擬表頭指示其頻率的大小。常用的這一類電子電路有VFC32、AD650和LM331等專用的集成電路。其原理框圖如圖1-1所示。

圖1-1頻率/電壓變換法或頻率電流變換法測頻率2、直接測頻法

這種方法的測量原理是：由于頻率是單位時間內信號發生周期變化的次數，使得我們可以在給定的單位時間1S內（稱為閘門）對被測信號的脈沖數計數，得到的脈沖個數就是被測信號的頻率。各種中規模計數器集成電路就非常適合于這種場合的應用，如CD4518、CD4017等。其原理框圖和時序圖如圖1-2所示。

3、測周期法

雖然直接測頻法可以測出單位時間內脈沖的個數即頻率，但是對于較低頻率的信號其檢測誤差會大大增大，例如1.8Hz的信號，在通過1秒的閘門時間內其0.8會被淹沒，這是在高檔頻率計產品設計中所不允許的。解決這種現象的辦法就是改直接測頻法為測周期法。其指導思想是用被測信號的周期作為閘門，在該閘門時間內允許已知標準的短周期間隔的較高頻率的信號通過，通過數字電路或微型計算機的運算，通過閘門的已知信號頻率的個數越多，其被測頻率就越低，其原理框圖和時序圖如圖1-3所示。

1-3（a）測周期法原理框圖；（b）測周期法時序圖

由此可見，為了獲得較高的測量精度，在高頻段，宜采用直接測頻法；在低頻段，宜采用測周期法。

4、多周期同步等精度測量法

由上面的分析我們知道，無論是直接測頻法還是測周期法，都無法保證閘門信號和另一信號的首尾實現同步，這就難以保證獲得較高的測量精度，其誤差在一個脈沖之內。由此，當引入多周期同步等精度測量法時，可以較好的解決這個問題。

多周期同步等精度測量法的原理是：電路需引入一個比被測信號頻率高若干倍的內部時基信號，測量結果的誤差范圍便在這一個時基信號范圍內。首先由相應的控制電路給出閘門開啟信號（稱預開閘門），此時計數器并不開始計數，而是等到被測信號的上升沿到來時才真正開始計數（稱真開閘門）。然后，兩組計數器分別對被測信號和時基信號脈沖計數，當控制電路給出閘門關閉信號（稱預關閘門），此時計數器并不停止計數，而是等到被測信號的上升沿到來時才真正停止計數（稱真關閘門）這樣，閘門時間是由時基信號脈沖的個數決定的，因此精確度較高，并且和被測信號基本同步，因此，其測量精確度極高。其時序圖如圖1-4所示，原理框圖略。