8.2项目实施解读.ppt

8.2.4 运行——数字频率计的测试与性能分析 通过多次仿真实验，完成四个不同档位的波形信号的频率检测。 所测结果如表根据测试结果，电路实现了信号频率的测量，测量误差在设计要求范围内，满足设计要求。 测量范围 被测信号频率 测量值 1Hz~999Hz 555Hz 555Hz 0.01KHz~9.99KHz 2.22KHz 2.21KHz 0.1kHz~99.9kHz 55.5KHz 55.4KHz 1kHz~999kHz 222KHz 220KHz P o w e r B a r 中国专业PPT设计交流论坛 8.2 项目实施 8.2.1 构思——数字频率计的设计方案 本项目设计的简易数字频率计是采用数字电路器件设计且能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。 8.2.1 构思——数字频率计的设计方案 该数字频率计的指标要求如下： （1）被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。 （2）测量频率范围：1Hz~999kHz，分四档：1Hz,10Hz, 100Hz, 1KHz （3）测量精度：显示3位有效数字，测量误差小于10% （4）使用三个自带小数点的数码管显示测频结果，小数点分别对应三个高档位 （5）具有自检和自动换挡功能。 电子计数式测量频率法的基本原理：在标准时间间隔Ts 内，测出被测信号重复的次数N。根据设计要求，由于选择实 现功能的芯片的不同，可有以下两种方案供选择： 8.2.1 构思——数字频率计的设计方案 （1）方案一 该方案的核心器件为单片机。其基本电路由被测信号、放大整形模块、时基电路模块、倍频锁相模块、数码管显示模块及单片机六大模块组成。根据数字频率计的流程进行软件算法设计并编程，将编译正确的程序烧入单片机芯片中，然后再借助仿真平台进行调试，最终将计算好的频率显示在数码管上。 该方案虽然结构简单，但是对于初学者来说还是比较难的。首先必须对单片机的基本结构及其工作原理非常熟悉；而且还要掌握单片机最小系统的工作原理；除此之外更要有很强的编程能力及调试程序的能力。 8.2.1 构思——数字频率计的设计方案 （2）方案二 该方案采用纯数字电子技术的电路器件进行设计频率计。它 一般由放大整形电路、时基电路、逻辑控制电路、闸门电路、 计数器、锁存器、译码器、显示器等几部分组成。其基本原理 是石英晶体振荡器产生高稳定度的振荡信号，经过分频后产生 准确的时间间隔Ts，去控制主门的开启时间。被测信号放大整 形后，变成方波脉冲，在主门开启的时间Ts内，由计数器对通 过主门的方波脉冲的个数进行计数。控制脉冲经过控制器中的 门电路分别产生锁存信号和计数器清零信号。计数信号、锁存 信号和清零复位信号共同控制计数、锁存、清零三个状态，然 后通过数码管进行显示。 该方案设计电路简单，所采用的电路器件相对比较容易理解，且不需要进行编程。 8.2.2 设计——数字频率计的电路设计与仿真 1.整体方案设计 本设计主要以数字器件为核心，主要分为信号发生器（被 测信号）、测量电路、档位转换及显示电路四大部分。其原理 框图如下图所示。 8.2.2 设计——数字频率计的电路设计与仿真 被测信号是由信号发生器给出，可以是正弦波、方波、三角波等任意波形； 测量电路主要有时基电路、放大整形电路、分频电路、逻辑控制电路及计数电路组成。该测量电路完成对输入信号的频率计算功能； 显示电路主要有数码管组成，完成三位有效数字的显示，且具有档位显示功能。 2.算法设计 频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一 定义采用如下图所示的算法。 8.2.2 设计——数字频率计的电路设计与仿真 8.2.2 设计——数字频率计的电路设计与仿真 根据算法构建出频率测量对应的方框图 8.2.2 设计——数字频率计的电路设计与仿真 （在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度 为1s的闸门信号。改变闸门信号控制电路的导通与开断，让 被测信号送入闸门电路。 当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达 后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的数）; 当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期 个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测 量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在 1s内被测信号的周期量误差在10-3量级，则要求闸门信号的 精度为10-4量级。 （例如，当被测信号为1kHz时，在1s的闸门脉冲期间计数器将计数1000次，由于闸门脉冲精度为10-4，闸门信号的误差不大于0.1ms，固由此造成的计数误差不会超过1，符合5*10-3的误差要求。进一步分析