等精度频率测量.ppt

三、等精度频率计软件系统测量原理参见7.1.2节的分析第32页,共36页，5月，星期六，2024年，5月频率测量的单片机实现预置信号和被测信号的同步是由D触发器完成的。被测信号从D触发器的CP脉冲端输入，预置信号由单片机产生，从D触发器D端输入。第33页,共36页，5月，星期六，2024年，5月在D触发器的输出Q便得到与输入信号同步的闸门信号，闸门信号再输入单片机INT0和INT1端，用于控制单片机的计数T0、T1的计数。标准信号和被测信号分别输入计数器T0和T1计数。第34页,共36页，5月，星期六，2024年，5月双计数器多周期同步法频率测量的单片机实现电路结构图第35页,共36页，5月，星期六，2024年，5月感谢大家观看第36页,共36页，5月，星期六，2024年，5月关于等精度频率测量频率、时间的应用与人们日常生活息息相关，而在当代高科技中显得尤为重要。例如,邮电通讯，大地测量，地震预报，人造卫星、宇宙飞船、航天飞机的导航定位控制等都与频率、时间密切相关，因此准确测量时间和频率是十分重要的。第1章数字频率计的设计第2页,共36页，5月，星期六，2024年，5月频率测量的方法（1）谐振法：利用LC回路的谐振特性进行测频(如谐振式波长表可测无源LC回路的固有谐振频率）,测频范围为0.5~1500MHz。（2）外差法：改变标准信号频率，使它与被测信号混合，取其差频，当差频为零时读取频率。这种外差式频率计可测高达3000MHz的微弱信号的频率，测频精确度为10-6左右。（3）示波法：在示波器上根据李沙育图形或信号波形的周期个数进行测频。这种方法的测量频率范围从音频到高频信号皆可。（4）电子计数器法：直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，然后以数字形式显示频率值。这种方法测量精确度高、快速，适合不同频率、不同精确度测频的需要。第3页,共36页，5月，星期六，2024年，5月1.1频率测量数字频率计是用于测量信号频率的电路。测量信号的频率参数是最常用的测量方法之一。实现频率测量的方法比较多，在此我们主要介绍三种常用的方法：时间门限测量法、标准频率比较测量法、等精度测量法。1.1.1时间门限测量法(1)直接频率测量在一定的时间门限T内，如果测得输入信号的脉冲数为N，设待测信号的频率为fx，则该信号的频率为第4页,共36页，5月，星期六，2024年，5月第5页,共36页，5月，星期六，2024年，5月改变时间T，则可改变测量频率范围。例如，当T=1s,则fx=N(Hz)；T=1ms，则fx=N(kHz)。此方法的原理框图如图所示，时序波形图如图所示。测频原理框图第6页,共36页，5月，星期六，2024年，5月测频时序波形图第7页,共36页，5月，星期六，2024年，5月1）量化误差如图所示，虽然闸门开启时间都为T，但因为闸门开启时刻不一样，计数值一个为9，另一个却为8，两个计数值相差1。第8页,共36页，5月，星期六，2024年，5月量化误差的相对误差为:不管计数N是多少，ΔN的最大值都为±1。因此，为了减少最大计数误差对测量精度的影响，仪器使用中采取的技术措施是：尽量使计数值N大。使ΔN／N误差相应减少。例如在测频时，应尽量选用大的闸门时间；第9页,共36页，5月，星期六，2024年，5月2).标准频率误差标准频率误差在测频时取决于闸门时间的准确度。由于闸门时间和时标均由晶体振荡器多次倍频或分频获得，因此，通用计数器有关功能的标准频率误差就是指通用计数器内（或外部接入）的晶体振荡器的准确度Δf0/f0。通过上述分析，可得频率测量误差表达式如下：第10页,共36页，5月，星期六，2024年，5月（2）直接周期测量当被测信号的频率较低时，采用直接测频方法由量化误差引起的测频误差太大，为提高测低频时的准确度，应先测周期Tx，然后计算fx=1/Tx。第11页,共36页，5月，星期六，2024年，5月TX=NT0/k第12页,共36页，5月，星期六，2024年，5月以上分析可见，频率计测周期的基本原理正好与测频相反，即被测信号用来控制闸电路的开通与关闭，标准时基信号作为计数脉冲。数字频率计测周期的原理框图如图所示。被测信号经放大整形电路变成方波，加到门控电路产生闸门信号，如Tx=10ms，则闸门打开的时间也为10ms，在此期间内，周期为Ts的标准脉冲通过闸门进入计数器计数。若TS＝1uS