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多通道測(cè)量的等精度頻率計(jì)
本文介紹一種基于等精度測(cè)量的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案，該頻率計(jì)在每個(gè)不同測(cè)頻范圍內(nèi)保持精度不變，且對(duì)于幅度值較小的高低頻信號(hào)能夠準(zhǔn)確測(cè)出。采用多通道的放大整形電路，...[查看全部]
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展。頻率計(jì)的原理和結(jié)構(gòu)也不斷改進(jìn)。數(shù)字頻率計(jì)已成為目前應(yīng)用的主流。它具有讀數(shù)直觀、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。由于頻率和周期是相互倒數(shù)的關(guān)系，所以只要軟件支持，頻率計(jì)就可以既顯示頻率也顯示周期。習(xí)慣上，大家對(duì)于較高的頻率偏好使用“MHz、kHz、Hz”等頻率單位，對(duì)于很低的頻率偏好使用“s(秒)、ms(毫秒)”等周期單位。
頻率計(jì)可以用來測(cè)量無線電電波載波頻率和振蕩器的振蕩頻率，為調(diào)校和監(jiān)視帶來方便。借助頻率計(jì)，我們可以測(cè)量常見的晶體振蕩器的工作頻率并可以加以校正，使實(shí)際誤差最小。晶體振蕩器廣泛應(yīng)用于各種無線電電路、時(shí)間頻標(biāo)電路、單片機(jī)電路。在無線電收發(fā)信機(jī)中，應(yīng)用最多的頻率合成器的基礎(chǔ)參考頻率就是通過晶體振蕩器獲得的，通過修正晶體振蕩器的頻率就能校準(zhǔn)無線電收發(fā)信機(jī)的工作頻率。
以對(duì)講機(jī)和短波電臺(tái)為例，目前主流的電臺(tái)對(duì)講機(jī)都通過頻率合成器獲得載波頻率，對(duì)于常用的25kHz間隔、16KOF3EN制的FM調(diào)頻對(duì)講機(jī)信號(hào)，如果接收機(jī)和發(fā)射機(jī)頻率的相對(duì)誤差超過2000Hz，就會(huì)造成對(duì)講機(jī)通信品質(zhì)和通信距離的明顯下降。而對(duì)于在短波通信中常用的J3E調(diào)制的SSB語(yǔ)音信號(hào)，如果接收機(jī)與發(fā)射機(jī)頻率的相對(duì)誤差超過200Hz，語(yǔ)音就會(huì)出現(xiàn)明顯的變調(diào)。對(duì)講機(jī)和電臺(tái)由于元器件老化和振動(dòng)很容易引起頻率偏差，所以對(duì)講機(jī)和電臺(tái)的載頻誤差需要定期檢測(cè)、及時(shí)校正，這也是國(guó)家無線電管理局對(duì)發(fā)射設(shè)備檢測(cè)的必查指標(biāo)之一。
利用頻率計(jì)檢查電路中時(shí)鐘晶體是否正常工作，可以很容易地發(fā)現(xiàn)停振和頻率嚴(yán)重偏差的異常情況。在實(shí)際維修應(yīng)用中，即使是非無線電收發(fā)信線路，也需要用頻率計(jì)確認(rèn)一些測(cè)試點(diǎn)的振蕩頻率狀況。
頻率計(jì)通過一個(gè)振蕩電路能檢測(cè)石英晶體的品質(zhì)(穩(wěn)定性)和性能(諧振頻率)，有的多功能頻率計(jì)將振蕩電路集成在儀器內(nèi)部，用戶只需要插上石英晶體就能知道晶體的諧振頻率。對(duì)于有能力打磨石英晶體、修改晶體諧振頻率的朋
... 查看全文一、頻率計(jì)的發(fā)展與現(xiàn)狀
早期的數(shù)字頻率計(jì)采用大量小規(guī)模門電路構(gòu)成，所以體積大，重量重，成本也高。隨著科技的發(fā)展，一些頻率計(jì)專用大規(guī)模集成電路不斷被開發(fā)出來，同時(shí)單片機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，現(xiàn)在用廉價(jià)單片機(jī)為核心制作入門級(jí)頻率計(jì)已經(jīng)非常普遍。一臺(tái)頻率計(jì)的成本甚至可以低于80元，價(jià)格之低，是不是有點(diǎn)不可思議呢?由于大規(guī)模集成電路或單片機(jī)的應(yīng)用，現(xiàn)代入門級(jí)頻率計(jì)內(nèi)部所用元器件非常少，做成小型化頻率計(jì)，甚至手持式頻率計(jì)，也完全沒有技術(shù)障礙。
隨著超高速分頻IC的不斷推出，頻率計(jì)對(duì)1000MHz、2000MHz之類的較高頻率的測(cè)量變得簡(jiǎn)單且低成本。目前入門級(jí)的廉價(jià)頻率計(jì)測(cè)量到1.3GHz、2.7GHz的比比皆是，而過去普通頻率計(jì)最高都只能測(cè)量到100～250MHz的水平。
高端的數(shù)字頻率計(jì)目前以高速、高分辨率、高頻率為發(fā)展方向，目前的微波數(shù)字頻率計(jì)可以直接測(cè)量46GHz的信號(hào)，高端的頻率計(jì)提供12位分辨率和50ps的速度。頻率計(jì)的測(cè)量速度和分辨率與頻率計(jì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)算處理單元有關(guān)。雖然低端的頻率計(jì)電子愛好者就能DIY，但高端的頻率計(jì)，尤其是微波頻率計(jì)，依然僅為少數(shù)國(guó)家和企業(yè)所掌握。高端品牌常見的有HP/安捷倫、Pendulum、RACAL—DANA、Fluke福祿克、飛利浦、安立。
市場(chǎng)上的頻率計(jì)有兩種英文標(biāo)稱：Frequencycounter(頻率計(jì)數(shù)器)和Universalcounter(通用計(jì)數(shù)器)。頻率計(jì)數(shù)器的功能比較簡(jiǎn)單，主要就是頻率和周期的測(cè)量。通用計(jì)數(shù)器的功能則較多，除了測(cè)量頻率、周期，還可以測(cè)量時(shí)間間隔、脈沖寬度、相位、頻率比、占空因素和勢(shì)能積累等，因此從外觀上來看，通用計(jì)數(shù)器的面板按鍵要復(fù)雜一些。通常，通用計(jì)數(shù)器的工作頻率都不太高，使用的側(cè)重點(diǎn)不同。一般家電維修和電臺(tái)、移動(dòng)電話維修都是以測(cè)量頻率為主。所以選用普通頻率計(jì)就可以了。通用計(jì)數(shù)器大多用于科研場(chǎng)合和實(shí)
... 查看全文頻率計(jì)是測(cè)量電子電路信號(hào)頻率的一種常用儀器，如果測(cè)試方法不當(dāng)，將會(huì)帶來測(cè)試誤差。下面談?wù)勈褂妙l率計(jì)應(yīng)注意的問題和一些方法。
當(dāng)被測(cè)信號(hào)在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測(cè)信號(hào)的頻率f=N/T。在一個(gè)測(cè)量周期過程中，被測(cè)周期信號(hào)在輸入電路中經(jīng)過放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門的一個(gè)輸入端。主門的另外一個(gè)輸入端為時(shí)基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門的期間，特定周期的窄脈沖才能通過主門，從而進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的顯示電路則用來顯示被測(cè)信號(hào)的頻率值，內(nèi)部控制電路則用來完成各種測(cè)量功能之間的切換并實(shí)現(xiàn)測(cè)量設(shè)置。
在傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器中，示波器在進(jìn)行頻率測(cè)量時(shí)測(cè)量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化，因此，頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。
在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)線的生產(chǎn)測(cè)試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來對(duì)各種電子測(cè)量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。
在無線通訊測(cè)試中，頻率計(jì)既可以被用來對(duì)無線通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以被用來對(duì)無線電臺(tái)的跳頻信號(hào)和頻率調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析。
一般的頻率計(jì)有二三個(gè)信號(hào)輸入端口，每個(gè)端口周圍都標(biāo)明對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)的頻率范圍，同時(shí)需要注意輸入端口上標(biāo)明的最大輸入信號(hào)限制，輸入過大的信號(hào)將損壞頻率計(jì)。
通常，入門級(jí)頻率計(jì)的閘門時(shí)間設(shè)置越短，顯示分辨率越低(顯示位數(shù)少)、刷新速度快。閘門時(shí)間設(shè)置越長(zhǎng)，顯示分辨率越高(顯示位
... 查看全文頻率是我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦凶畛Ｓ玫幕緟⒘?，頻率的測(cè)量是最基本的測(cè)量之一。現(xiàn)代電子科技的進(jìn)步，極大地提高了頻率計(jì)算測(cè)試的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度，把時(shí)間頻率的測(cè)量精度提高到了一個(gè)新的高度。本文論述了在傳統(tǒng)的等精度頻率測(cè)量基礎(chǔ)上，以量化時(shí)延法和游標(biāo)內(nèi)插法進(jìn)一步提高等精度測(cè)頻精度的特點(diǎn)與可行性，并且給出了以游標(biāo)內(nèi)插法提高測(cè)頻精度的要點(diǎn)及關(guān)鍵部分電路的實(shí)現(xiàn)，有效的對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行了補(bǔ)償校正，從而有利于在寬頻范圍內(nèi)利用FPGA芯片實(shí)現(xiàn)一種高精度的頻率計(jì)。
信號(hào)頻率測(cè)量的一般方法，是將被測(cè)信號(hào)在設(shè)定一個(gè)高精度較長(zhǎng)時(shí)間間隔的閘門后進(jìn)行記數(shù)，這種方法稱之為計(jì)數(shù)法測(cè)頻。測(cè)頻精度主要決定于閘門的長(zhǎng)度T及精度。
如果只使用一種測(cè)量方法使頻率變化范圍較大的信號(hào)都能達(dá)到同樣的精度，就只能采用等精度頻率測(cè)量技術(shù)，其高精度恒誤差測(cè)頻原理是一種測(cè)量精度與被測(cè)頻率無關(guān)的測(cè)頻電路，這是一種較為成熟的測(cè)量方法。但是這種方法仍然未解決±1個(gè)字的誤差，主要是因?yàn)閷?shí)際閘門邊沿與基準(zhǔn)頻率脈沖邊沿一般并不同步。
防止測(cè)量時(shí)受干擾信號(hào)的影響，這是在使用頻率計(jì)時(shí)應(yīng)注意的一個(gè)問題。在實(shí)際劑量中，必須注意從各方面減少干擾的影響，這在干擾嚴(yán)重、被測(cè)信號(hào)幅值較小的情況下更有意義。其措施如下：
我們知道，干擾信號(hào)是來源于外界存在的雜散電磁場(chǎng)，測(cè)試?yán)K是申入干擾信號(hào)的主要途徑，所以必須將測(cè)試?yán)K進(jìn)行屏蔽供頻率計(jì)使用的測(cè)試?yán)K是采用單芯屏蔽線，其屏蔽層與頻率計(jì)的機(jī)殼相連。在實(shí)際測(cè)量時(shí)有時(shí)需再加接一根測(cè)試?yán)K，所加的測(cè)試?yán)K也應(yīng)采用屏蔽線，且其屏蔽層應(yīng)與原測(cè)試?yán)K的屏蔽層相連，這樣可減少干擾信號(hào)的影響。
頻率計(jì)對(duì)平衡形式輸出端的測(cè)量一般不會(huì)發(fā)生問題。下面談?wù)剬?duì)不平衡信號(hào)輸出端的測(cè)量應(yīng)注意的問題。
(1)在被測(cè)設(shè)備的“地”與大地連接，頻率計(jì)的外殼也與大地連接時(shí)，即兩者的“地”相連。
(2)在上述情
... 查看全文本文介紹一種基于等精度測(cè)量的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案，該頻率計(jì)在每個(gè)不同測(cè)頻范圍內(nèi)保持精度不變，且對(duì)于幅度值較小的高低頻信號(hào)能夠準(zhǔn)確測(cè)出。采用多通道的放大整形電路，故能在較寬的頻率和幅度范圍內(nèi)對(duì)頻率、周期、占空比、兩路信號(hào)的時(shí)間間隔等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。又結(jié)合STM32單片機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，將基準(zhǔn)頻率提高以獲取更高的測(cè)量精度，還增加軟件濾波使測(cè)量結(jié)果更為穩(wěn)定。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其測(cè)量精度高，有較高的穩(wěn)定性。
數(shù)字頻率計(jì)引入先進(jìn)的可編程和顯示技術(shù)，在現(xiàn)代的電子設(shè)備中用途廣泛，主要應(yīng)用在科技領(lǐng)域和日常生活居多，與示波器相比，數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量手段更簡(jiǎn)單，測(cè)驗(yàn)過程快捷直觀，對(duì)于頻率等電參數(shù)的丈量來說，其丈量越來越精確。
另外，經(jīng)常使用兩種方案來進(jìn)行頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，一種方案是用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，但低頻時(shí)的測(cè)量誤差變大，另一種方案是用單片機(jī)自帶的定時(shí)器測(cè)量周期，由單片機(jī)讀取計(jì)算值，導(dǎo)致測(cè)量高頻時(shí)誤差增大。
一般來說，市場(chǎng)上很多頻率計(jì)都利用頻率計(jì)專用模塊以及數(shù)字集成電路完成制作，首先成本較高，其次是結(jié)構(gòu)繁雜，而用軟件開發(fā)的頻率計(jì)實(shí)用且功能強(qiáng)大。為了保證整個(gè)范圍的測(cè)量精度，可以同時(shí)測(cè)量周期和單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，這種方法叫M/T法，即等精度測(cè)量法，該方法在高頻時(shí)相當(dāng)于M法，低頻時(shí)相當(dāng)于T法。本數(shù)字頻率計(jì)采用等精度測(cè)量法，使用CPLD芯片和VHDL語(yǔ)言開發(fā)出測(cè)頻系統(tǒng)，選取一個(gè)非常穩(wěn)定的50MHz有源晶體振蕩源，進(jìn)一步倍頻到400MHz作為基準(zhǔn)頻率信號(hào)輸入測(cè)頻系統(tǒng)，通過在1s的預(yù)置門控時(shí)間內(nèi)對(duì)待測(cè)信號(hào)同步計(jì)數(shù)，算出待測(cè)信號(hào)的頻率值，其頻率刷新時(shí)間為1s。
考慮到輸入的待測(cè)信號(hào)的幅度值較小且可變，故需要輸入的不同頻率或不同波形進(jìn)行放大整形處理為幅值較高的脈沖信號(hào)，使其電平變換可被FPGA所識(shí)別。數(shù)字頻率計(jì)的等精度測(cè)量過程中運(yùn)用了四則運(yùn)算理論，需要比較大的資源，若只用中小規(guī)模F
... 查看全文文章首先針對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的相關(guān)概念，以及其工作方式展開了分析，而后進(jìn)一步給出了數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且在此基礎(chǔ)之上對(duì)頻率計(jì)的工作原理加以討論，對(duì)于加深其工作特征方面的認(rèn)識(shí)有著一定的積極價(jià)值。
當(dāng)前電子工業(yè)迅猛發(fā)展，從客觀上對(duì)于精準(zhǔn)測(cè)量的需求也與日俱增，如何獲取到關(guān)于電路中的頻率、電壓、電流等參數(shù)的更為詳盡和精確的數(shù)據(jù)，已經(jīng)成為當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域中共同關(guān)注的問題。在電子技術(shù)環(huán)境中，頻率與其他諸多電參量息息相關(guān)，并且其精確測(cè)定更是影響到其他諸多方面的測(cè)定以及計(jì)算結(jié)果是否可靠，因此頻率的計(jì)量和計(jì)算需求日漸突出，與之對(duì)應(yīng)的頻率計(jì)也成為科研以及工業(yè)控制等多個(gè)領(lǐng)域中不容忽視的重要應(yīng)用儀器。
頻率計(jì)又稱為頻率計(jì)數(shù)器，是一種專門對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)量的電子測(cè)量設(shè)備。在傳統(tǒng)環(huán)境中，頻率計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且穩(wěn)定性一直受到質(zhì)疑，精度也因?yàn)榕f有技術(shù)的制約而難以提升，更為重要的在于傳統(tǒng)頻率計(jì)單一的測(cè)頻特征，從客觀上無法滿足當(dāng)前測(cè)量環(huán)境的實(shí)際發(fā)展需求。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展和在其各個(gè)領(lǐng)域的深入應(yīng)用，數(shù)字頻率計(jì)也開始在應(yīng)用環(huán)境中涌現(xiàn)。數(shù)字頻率計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)頻率計(jì)而言，主要是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)于既有低精度以及相對(duì)較窄的測(cè)量范圍的改善。綜合當(dāng)前的模擬電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)等相關(guān)成熟技術(shù)體系，展開對(duì)于實(shí)際頻率測(cè)試工作需求環(huán)境典型特征的分析，對(duì)數(shù)字頻率計(jì)加以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
從工作原理的角度看，數(shù)字頻率計(jì)體系中，待測(cè)定的輸入信號(hào)首先需要展開放大和整形，這一環(huán)節(jié)可以由放大器與門電路加以實(shí)現(xiàn)，使其能夠被單片機(jī)所接受，而后進(jìn)行分頻處理，并送達(dá)至單片機(jī)環(huán)節(jié)。單片機(jī)首先展開采樣處理，而后通過按鍵選擇判斷測(cè)量功能并對(duì)脈沖展開計(jì)數(shù)，完成待測(cè)信號(hào)頻率、周期、脈寬、占空比的測(cè)量，最后將結(jié)果交由LED數(shù)碼管顯示輸出。
這樣的一個(gè)工作過程，可以考慮在電子計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上展開改進(jìn)和拓展加以實(shí)現(xiàn)，在允許的誤差
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