高精度测频研究和设计1

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1、高精度测频研究和设计指导老师：王选民老师一课题研究的意义目前在频率测量领域存在着两大类技术，一类是以电子计数器测频为代表的宽范围频率测量，以及在此基础上产生的多周期同步法、模拟内插法以及游标法等。另一类是针对频标比对的各种技术，如频差倍增法、比相法、差拍周期法、双混频时差法。它们都具备很高的测量精度，但是它们只适合用于一些点频上的频标比对，对宽频范围的测量却无能为力。传统的频率测量仪器存在硬件结构复杂且体积较大，运行速度慢，不适合测量低频信号等缺点。以EDA工具开发的频率测量仪器虽然测量精度高，功能全，但这些仪器设计复杂，体积巨大，价格昂贵。而一般精度的频率测量仪器已经越来越不能

2、满足要求。而随着80年代单片机引入我国至今，单片机以广泛地应用于电子设计中，技术成熟且价格便宜，基于以上的情况，研究一种基于单片机的宽范围、高精度、自适应和性价比高的频率测量方法。二测频系统设计原理1.测频系统原理图2.测频系统工作原理测频系统工作过程分为粗测和精测两步。粗测时,将被测信号的预分频数设置为2,对其进行分频,分频后信号的上升沿启动计数器1对基准频率进行计数,其后紧接着的下降沿使计数停止,根据计数值的大小估算出被测信号的频率。精测时,根据此前估算的频率和预先设定的测量时间,调整被测信号的预分频数(譬如预先设定的测量时间为1s,估算的被测信号频率为6000Hz,那么调整

3、后预分频数为1/(1/6000)=6000),再重复对基准频率的计数过程,完成频率测量。这种原理既实现了等精度测量的基本思想——被测信号的测量时间为整数个周期,又可根据被测信号频率的不同,自动调整被测信号的预分频数,直接利用分频后的信号作为闸门控制信号。三测频系统硬件实现1.测频系统原理框图测频系统分四个模块：整形、分频、测量和显示模块。整形模块是由施密特触发器对被测信号进行整形，使被测信号变形成矩形波。此设计中的施密特触发器用是是74LS14芯片，在这的作用是：1）波形变换可将三角波、正弦波等变成矩形波。2）脉冲波的整形矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想

4、的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。3）脉冲鉴幅幅度不同、不规则的脉冲信号施加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。分频模块是由D触发器对经过了整形的矩形波进行2分频。此设计中的D触发器用的是74LS74芯片，将D端和Q非端连起来，CLK端输入，Q非端输出。单片机是整个系统的核心，所有的计数，计算，预分频都有单片机实现。显示电路由单片机测量出频率，经数码管显示出来。显示电路由2个74LS245芯片、1个74LS138芯片和3个两位共阴七段数码管组成。2测频系统总电路图四测频系统软件设计初始化外部中断：分频信号下降沿触发INTO，初始化

5、中断触发方式（边沿）是否第1次中断：2个相邻下降沿间隔初始化计数器：计数器计数方式1计数器0对基准脉冲计数、计数器1精测时对被测信号计数频率小于1000Hz时，取闸门时间为0.1s，计数器0和计数器1同时开始计数，计数器0的初值为0，计数器1的初值为计数器1计数到65536中断，（即取被测频率值的十分之一个周期作闸门时间）当计数器1中断，计数器0停止计数，取出计数值，算出精测频率值。频率小于50kHz时，取闸门时间0.01s，计数器0和计数器1同时开始计数，计数器0的初值为0，计数器1的初值为计数器1计数到65536中断，（即取被测频率值的百分之一个周期作闸门时间）当计数器1中断

6、，计数器0停止计数，取出计数值，算出精测频率值。五预期目标与设计结果预期设计一种基于自适应分频法的频率测量技术,使被测信号的测量时间为整数个周期,可根据被测信号频率的不同,自动调整被测信号的预分频数,直接利用分频后的信号作为闸门控制信号。将对被测信号的计数和分频合二为一,从而简化了电路结构,减少了硬件开销,避免误触发,提高了测量系统的可靠性,达到了宽范围、等精度测量的要求，实现高精度测量的目的。设计达到了预期效果，鉴于单片机的晶振只有12M，使得测量范围0～5kHz，超出范围时测量误差增大，与理论的宽范围有出入。测量低频时比较精确，测量高频时由于用到单片机的中断，中断响应时间会影

7、响到频率的测量，高频时周期短，中断响应时间对高频频率测量影响大。谢谢，大家！