1、毕业论文文献综述 电子信息工程 数字频率计 摘要 本文首先介绍了电子技术器的发展历史及种类；其次详细介绍了频率测量的方法，通过对比发现直接测量频率方法用于高频，间接测量频率方法用于低频率；最后再介绍了几种实现方法的优缺点，对比发现采用可编程逻辑器件实现频率计相对比较简单，比较灵活。 关键词： 频率计；等精度； 1.数字频率计概述 测量频率是电子测量技术中最常见的测量之一。不少物理量的测量 ,如时间、速度等都涉及到或本身可转化为频率的测量。 电子计数器（测量频率仪器）于 20 世纪 50 年代初期问世，它是出现最早，发展 最快的一类数字式仪器。今天的电子计数器与初期相比，面貌已焕然一新。就功能而
2、言，早已冲破了初期只能测量频率的范围，成为一机多能的仪器；就其所采用的元件而言，不但早已晶体管化，并且已经大量采用集成电路，特别是近几年来采用了大规模集成电路，使仪器在小型化，耗电，可靠性各方面都有了很大的改善。目前，电子计数器已经完全取代了模拟式频率测量仪器。电子计数器分为四大类：通用计数器，频率计数器，时间计数器，特种计数器。通用计数器是具有多种测量功能，可以测量频率，周期，多周期平均，时间间隔等等功能，配上传感器，还可以测量长度 ，位移，重量，压力，温度等等。频率计数器是专门用来测量高频和微波频率的计数器，功能只有测频率和计数，频率范围很宽。时间计数器是以时间测量为基础的计数器，测量的准
3、确度很高。特种计数器具有特种功能 1。 2. 频率测量方法 测量频率的方法很多，主要包括模拟法和计数法。 模拟法又包括频响法和比较法。频响法又称利用无源网络频率特性测频法，它包括电桥法和谐振法。比较法是将被测频率信号与已知频率信号相比较，通过观，听比较结果，获得被测量信号的频率，它包括：拍频法，差频法和示波法 2。 计数法有电容充电式和电子计数式 两种。前者是利用电子电路控制电容器充放电的次数或时间常数，再用磁电式仪表测量充，放电电流的大小，从而指示出被测信号的频率值。后者是根据频率的定义进行测量的一种方法，它用电子计数器显示单位时间内通过被测信号的周期个数来实现频率的测量。由于数字电路的迅速
4、发展和数字集成电路的普及，计数器的应用十分广泛。利用电子计数器测量频率具有精确度高，显示醒目直观，测量迅速，所以，计数方法最好，下面主要介绍计数式的方法 3。 计数方法实现方法有直接测频、间接测频、组合测频、倍频法和分频法等等。 直接测频法是把被测频率信号经脉 冲形成电路后加到闸门的一个输入端 , 只有在闸门开通时间 t 内 , 被计数的脉冲才被送到十进制计数器进行计数 , 设计数器的值为 N。由频率定义式可以计算得到被测信号频率 f =N/t。一般定义闸门开通时间 t 为 1S,10S.这种测量方法的测量误差主要有两项，即 1 误差和标准频率误差，一般来说，闸门时间越长测量精确度越高；同时测
5、量低频率信号时候，由于 1 误差产生的测频误差大的惊人，比如：信号频率为 10HZ，测量信号频率可能为 9， 11HZ，误差达到 10%，建议低频率时候不能采用直接测频率方法 4。 间接测频法是通过测 量信号的周期，测周期是将输入信号作为门控信号，在此门控信号的作用下，对标准时钟进行计数，根据周期在计算出频率。该方法测量误差主要包括 1 误差和基准信号频率误差，很明显测量信号的周期越大（信号频率越低）， 1 误差对测量精确度的影响也越小，基准频率越高，测量误差也越小 5。所以这种方法建议用于低频信号的测量，但在实际中可以采用多周期测量方法来减小误差。 通过对上面两种方法分析，可以知道，直接测频
6、率方法适用于高频，间接测量频率方法适用于低频率。所以会在某个频率上，出现测频率，测周误差相等的情况，也就是中界频率。 当测量信号频率大于中界频率用直接测频率方法；当测量信号频率小于中界频率用间接测量频率方法。 3.数字频率计实现方法 数字频率计的设计有多种方法，主要有以下几种设计方案： 方案一： 系统测频部分采用中小规模数字集成电路，用机械式功能转换开关换档，完成测频率功能。该方案的特点是中小规模集成数字电路应用技术成熟，能可靠的完成频率计的基本功能，但由于系统功能要求较高，所以电路过于复杂。而且多量程换档开关使用不便。此方案对输入信号作分频整形处理后，再与 1 秒脉宽带信号共同输入与非门，其
7、输出作为计数脉冲，由计数器计数，然后 锁存、译码输出到数码管显示 6。原理框图如图 3-1 所示。 图 3 1 中小规模数字集成电路方案框图 方案二： 采用频率计的专用芯片，采用测频集成芯片，像这类专用芯片有许多，如5G722B 是采用 CMOS 大规模集成电路工艺制造的单片电子记数器芯片。它只需外接几个元器件就可以构成一台体积小，成本低的多功能通用计数器。 8 方案三： 采用单片机，将欲测量的输入信号（ 1Hz 10MHz）进行放大、整形和分频处理，利用单片机进行频率、周期的测量和计算处理，运算结果并行输出到数码显示 9。如图 3-2 所示，利用定时 器计时一段时间，这段时间内对外加信号进行
8、计数，实现用计数法测量频率。但如果要提高精度，必须要改变电路，相对比较繁琐。 图 3 2 单片机实现方案框图 方案四： 随着电子技术的高速发展 ,采用先进的复杂可编程逻辑器件代传统的标准集成电路、接口电路已成为电子技术发展的必然趋势。若用复杂可编程逻辑器件作频率计数字电路的核心部件 ,则可简化这种频率计的硬件电路、提高系统的工作速度和节约设计与制造成本 10。同时搭电路和逻辑功能的调试可被 EDA 仿真取代，这样做，又可以先通过仿真软件仿真设计大代码是否正确，在正 确的情况下，在设计硬件，大大简化了设计过程。图 3-3 是利用可编程逻辑器件设计频率计的框图。 放大整形 主控 AT89S51 键
9、盘 数码管 图 3-3 简易频率系统框图 显然方案二，三要比方案一简洁、新颖，但从系统设计的指标要求上看，可以实现频率的测量，但由于使用的是计数法测量频率，在频率较低时会产生较大的误差，方案四利用 FPGA，相对比较简单，通过代码可以容易实现所要求得功能。因此选用方案四作为具体实施的方案。 4.结束语 数字频率计是一种基本的测量仪器 ,新建在 它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。 本文 通过对比各种测量方法和各种实现方法优缺点，准备在 后面的设计中采用直接测量频率法来测量信号频率，并且为了使的功能灵活点，采用可编程逻辑器件来实现频率计的设计。 参考文献 1 李殊骁，王晓玲，郝赤 .基于可编程
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