[频率测量仪设计报告1.docVIP

信号频率测量仪 院系：电气与信息工程学院 设计人：胡梦滢 李莲 李进中 目录 设计题目及摘要 引言 方案设计 优选方案详述 (一)、基本设计原理 （二）、信号频率测量仪单元电路与分析 待测信号产生电路 整流电路 倍压电路 时基电路 标准4MHz信号产生电路 放大与整形电路 闸门 计数锁存及译码电路 逻辑控制电路 测周期小数点控制电路 发挥部分 结论 附录 一、设计题目及摘要 （一）、任务 设计并制作一个信号频率测量仪，示意图如图2如示。 （二）、设计要求 基本要求：1. 自制被测信号源，可以输出正弦波、方波、三角波 2. 频率测量范围：1kHz～100kHz，测量误差≤1% 3. 具有十进制数字显示功能 发挥部分：1、扩展频率测量范围：1Hz～1MHz，测量误差≤0.1% 2、具有周期测量功能 3、其它有益附加功能 （三）、摘要： 频率计又称频率计数器，是一种用十进制数字显示被测量信号频率的数字测量仪器。其基本功能是测量外加的正弦信号、方波信号、三角波信号、尖脉冲信号以及其他各种周期性信号单位时间内的变化量。本次设计用直接测频法，即用计数器计算输入信号1秒内脉冲的个数，此时我们称闸门时间为1秒。它是由模块电路组成，包括各种集成块、逻辑器件、简单的电子器件构成的简易数字频率计。本设计用了扩展电路，可以扩大频率的测量范围，以更广泛的应用于实际。 （四）、关键词： 信号频率测量仪 集成电路 放大整形 锁存器 单稳态触发器 译码电路 二、引言 信号频率测量仪，是一种用十进制数字显示被测量周期信号频率的数字测量仪器。频率是周期信号在单位时间（1s）内变化的次数。如果能在一定的时间内对信号的波形变化进行计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计必须先获得相对稳定和准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。 本次设计基本频率测量范围采用直接测频法，即用计数器计算输入信号1秒内脉冲的个数，并通过七段数码管直接显示出信号频率；而低频段通过测量周期达到频率测量的目的。 信号频率测量仪主要由以下几部分构成：时基电路、高频标准脉冲发生器、待测信号放大整形电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号经过放大、整形后形成特定周期的矩形脉冲被计数器进行脉冲个数计数。在该设计的基本频率测量部分中，采用闸门时间为1秒（闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长；闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受到影响）；在该设计的低频测量部分中，将高频标准脉冲接入闸门，通过待测信号控制闸门开关，标准时基信号做计数脉冲，通过测的信号的周期Tx然后计算fX=1/Tx得到。 拓展部分我们设计了超量程报警单元。 三、方案设计 通过在图书馆及上网查阅型关资料，并结合自己在大二学过的模拟电路、数字电路的基本知识，我想出了以下方案来实现该系统功能。 方案一：双计数器多周期同步测量法 双计数器多周期同步法频率测量，就是将预置的时间信号和被测信号同时输入到同步电路，在同步信号输出端得到一个闸门信号，闸门信号同时控制闸门A和闸门B的开启和关闭。在相同的闸门开启时间内，两个计数器分别对标准信号和待测信号进行计数。假设由计数器A计得的数为NS，计数器B记得的数为NX，则有： NS = TGfS (1) NX = TGfX (2) 由式（1）、（2）FX = NXfS/NS 根据上式计算可得被测信号频率值。 方案二：直接测量与间接测量结合法 由于设计对测量范围和精度的规定，基本测量范围：1kHz～100kHz，误差≤1%；拓展频率测量范围：1Hz～1MHz，误差≤0.1%。如果仅采用直接测量的方法，则测量出来的低频信号误差较大，不能满足要求。所以采取直接测量与间接测量相结合的方法。 对于较低频信号（1Hz～1kHz）ICL8038。电路接法如图二： 图二 ICL8038功能特性简介 ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部组件就能产生从0.001HZ～300kHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调频信号输入端, 所以可以用来