肖杞元 频率计

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1、电子设计竞赛简易数字频率计小组成员：肖杞元杨耀远余水泉指导老师：黄永福学院名称：信息学院参赛方向：仪器组华侨大学信息学院2010级电子B班2012年05月一．设计要求：1任务设计并制作一台数字显示的简易频率计。2要求1）基本要求（1）频率测量①测量范围信号：方波、正弦波；幅度：0.5~5V；频率：10Hz~100KHz。②测量误差≤1%（2）周期测量①测量范围信号：方波、正弦波；幅度：0.5~5V；频率：10Hz~100KHz。②测量误差≤0.1%（3）脉冲宽度测量①测量范围信号：脉冲波；幅度：0.5~5V；脉冲宽度≥100us。②测量误差≤1%（4）显示器十进制数

2、字显示，显示刷新时间1~10s连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。（5）具有自动校验功能，时标信号频率为100KHz。2）发挥部分（1）扩展频率测量范围为1Hz~1MHz（信号幅度为0.5~5V），测试误差降低为0.1%（最大闸门时间≤10s）。（2）测量并显示周期脉冲信号（幅度0.5~5V、频率1Hz~1kHz）的占空比，占空比变化范围为10%~90%，测试误差≤1%。（3）在1Hz~1MHz范围内及测试误差<=0.1%的条件下，进行小信号的频率测量。a评分意见项目满分基本要求设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法

3、与数据，对测试结果的分析30实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项20特色与创新10b说明（1）不能采用频率计专用模块。（2）在设计报告前附一份400字以内的报告摘要。二．方案设计：1）方案比较：方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。其原理框图如图2.1所示：信号放大电路信号整形单片机AT89S51电路数字显示电路图2.1方案一原理框图方案二：本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电

4、路，锁存电路，译码显示电路七大部分。其原理框图如图2.2所示：逻辑控制电路时基电路放大整形电路闸门电路计数器锁存器译码显示器图2.2方案二原理框图2）方案论证：方案一：本方案主要以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。方案二：本方案使用大量的数字器件，被测信号经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率与被侧信号的频率相同。同时时基电路提供标准时间基准信号，

5、其高电平持续时间1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率Fx=NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，是显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。3）方案选择：比较以上两种方案可以知道，方案一的核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，调试简单只要改变程序的设定值则可以实现不同频率范围的测试能自动选择测试的量程。与方案一相比较方案二则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。如要测量高频的信号

6、还需要加上分频电路，价格相对高了点。基于上述比较，所以选择了方案一4)系统设计方案:根据频率计的设计要求，我们可将整个电路系统划分为几个模块，频率测量模块，周期测量模块，脉宽测量模块，和占空比测量模块。标准频率发生电路采用高频率稳定度和高精度的晶镇作为标准频率发生器。如图所示。各模块的实现均有几种不同的设计方案。图2.1频率计组成模块框图1）频率测量模块①直接测频法：把被测频率信号经脉冲整形电路处理后加到闸门的一个出入端，只有在闸门开通时间T（以秒计）内，被计数的脉冲送到十进制计数器进行计数；设计数器的值为N，则可得到被测信号频率为f=N/T，经分析，本测量在低频率

7、的相对测量误差较大，即在低频段不能满足本设计的要求。②组合测频法：这种方法可以在一定程度上弥补方法（1）中的不足，但是难以确定最佳分测点，且电路实现较复杂。③倍频法：是指把频率测量范围分成多个频段，使用倍频技术，根据频段设置倍频系数，将经整形的低频信号进行倍频后在进行测量，对高频段则直接进行测量。倍频法较难实现。④等精度测频法：其实现方式可用图2.2来说明。图中，预置门控信号是宽度为TPR的一个脉冲，CNT1和CNT2是两个可控计数器。标准频率信号从CNT1的时钟输出端CLK输入，其频率为fs，经整形后的被测信号从CNT2的时钟输入端CLK输入，设其实际频率为f