专题2 简易数字频率计ppt课件.ppt

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1、简易数字频率计物理与电子信息工程学院课件参考来自：惠州学院电子科学系，有增删课程名称：电子器件及应用授课章节：专题二简易数字频率计赛题任务书（一）任务设计并制作一台数字显示的简易频率计。（二）要求1.基本要求(1)频率测量a.测量范围信号：方波、正弦波幅度：0.5V～5V[注]频率：1Hz～1MHzb.测试误差≤0.1%(2)周期测量a.测量范围信号：方波、正弦波幅度：0.5V～5V[注]频率：1Hz～1MHzb.测试误差≤0.1%（3）脉冲宽度测量a.测量范围信号：脉冲波幅度：0.5V～5V[注]脉冲宽度≥100μsb.测试误差≤0.1%（4）显示

2、器十进制数字显示，显示刷新时间1～10秒连续可调，对上述三种测量功能分别采用不同颜色的发光二极管指示。（5）具有自校功能，时标信号频率为1MHz。（6）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。2.发挥部分（1）扩展频率测量范围为0.1Hz～10MHz(信号幅度：0.5V～5V[注])，测试误差降低为0.01%（最大闸门时间≤10s）。（2）测量并显示周期脉冲信号（幅度0.5V～5V[注]、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

3、，提出并实现抗干扰的措施。题解部分1.1题目分析1.1.1设计者特定背景知识的自查与准备1.1.2顶层要求的确认——要实现的测量功能以及测量精度。即明确“做什么”以及“做到何种程度”——即质量的要求：①测量功能：测频、测周期、测脉冲宽度以及测脉冲的占空比（发挥部分）。②测频、测周期、测脉冲宽度的误差：≤0.1%；测占空比的误差：≤1%。(发挥部分）其次，在顶层设计中应当明确的主要技术指标：①被测信号的频率范围：1Hz～1MHz;误差≤0.1%(基本要求);0.1Hz～10MHz,误差≤0.01%（发挥要求）②被测脉冲信号的宽度：≥100μs③最大闸门

4、时间：10s；显示刷新时间在1s~10s之间连续可调还有一些设计要求与技术指标将在设计由顶层向底层过渡之中逐步予以关注和考虑。至此，对该题“做什么”以及“做到何种程度”——即质量的要求也就明确了。下一步工作就转向分析实现该频率计的各项要求所应当采用的测量方法。对各种数字化测频、测周法的±1误差进行比较:1.直接测量法被测的fx越低,测频±1误差越大;被测的fx越高,测周±1误差越大;2.直接与间接测量相结合的方法中界频率:fm==（1.7)当fx≥fm时,直接测频,间接测周;当fx≤fm时,直接测周,间接测频.3.多周期同步测量法(倒数计数器法)从根

5、本上消除了±1误差,实现了等精度测量1.1.3测量方法的分析与比较图1.3.1计数式测频的原理方框图fX=N/TS闸门时间测频方法的误差分析量化误差的相对值为提高被测信号的频率，或增大主门开启时间，都可降低量化误差的影响。（3）测频公式误差测频的公式误差为由于的符号可正可负，若按最坏情况考虑，可得电子计数器测量频率的最大相对误差计算公式为（4）测频计数误差计数误差是指在测量频率时，由于被测信号中的干扰噪声影响，使输入信号经触发器整形后，形成的计数脉冲发生了错误而产生的误差。如图（a）、（b）所示。（5）结论电子计数器测量频率时要提高频率测量的准确度（

6、减少测量误差）可采取如下措施：①选择准确度和稳定度高的晶振作为时标信号发生器，以减小闸门时间误差。②加大分频器的分频系数k，扩大主门的开启时间，以减小量化误差的影响。③当被测信号频率较低时，用测频方法测得的频率误差较大，应选用其它方法进行测量。④对随机的计数误差，可提高信噪比或调小通道增益来减小误差程度。对于本题而言：要求扩展频率测量范围为0.1Hz～10MHz，测试误差降低为0.01%。由公式计算高频与低频的闸门时间。图1.3.2计数式测周期的原理框图时标TX=NTs/kTsTs测周方法的误差分析（1）公式误差测量周期的相对误差为其中：按最坏结果考

7、虑，周期测量总的系统误差应是两种误差之和。（2）触发误差触发误差是指在测量周期时，由于输入信号中的干扰噪声影响，使输入信号经触发器整形后，所形成的门控脉冲时间间隔与信号的周期产生了差异而产生的误差。可以证明触发误差可按下式近似表示。可以证明触发误差可按下式近似表示：式中k——分频系数；——干扰信号引起的主门开启时间误差；——信噪比，其中触发误差与被测信号的信噪比有关，信噪比越高，触发误差越小，测量越准确。（3）结论电子计数器测量周期的总误差可修正为下式很明显当Tx越大（即被测频率越低），±1误差对测周精确度影响越小。也就是说，当被测信号的频率较低时，

8、采用测周法可提高测量的精度。对于本题而言：要求扩展频率测量范围为0.1Hz～10MHz，测试误差降低为0.0