《毕业设计论文数字频率计的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文数字频率计的设计（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、成都理工大学工程技术学院毕业论文数字频率计的设计作者姓名： 专业名称：应用电子指导教师：数字频率计的设计摘要测频的基本原理是采用在高频段直接测频法，在低频段测周期法的设计思路；硬件部分由放大电路、波形变换和整形电路、闸门时基控制电路、分频电路、单片机和数据显示电路组成；软件部分由信号频率测量模块、周期测量模块、定时器中断服务模块、数据显示模块等功能模块实现。应用单片机的控制功能和数学运算能力，实现计数功能和频率、周期的换算。设计的频率计测量范围广，测量精度较高，平均相对误差低。另外，对频率测量过程中数据误差的来源进行了探讨，提出了减小误差的措施。最后，还对频率计的设计方案提出了可扩展的地方。关
2、键词：数字频率计； max7128s；频率测量；周期测量- I -AbstractSelected design ideas which directly measuring frequency law in the high-band and testing cycle law in the low-band; The hardware partially is composed by enlarged circuit、the profile transformation and the reshaping circuit、the gate at the base control circu
3、its、sub-frequency circuits、the microcontroller and the data display electric circuit; The software design is achieved by many functional modules, such as the signal frequency measurement module、the signal cycle survey module、timer interruption of service module、the data display module and so on. Ach
4、ieving counting function and conversion between cycle and frequency by using control functions and mathematics operation ability of microcontroller. Like these the survey scope can achieve broad, both can reach the frequency range requirements designed, the measuring accuracy high, and can cause the
5、 average relative measuring error to be small. In addition, the article has carried on the discussion to the data error origin in the process surveyed the frequency, and proposed the measures reduce the measuring error. Finally, the article also raise the frequency of the design options will be furt
6、her improved.Keywords: Digital frequency meter; max7128s; Frequency measurements; Measurement cycle目录摘要IAbstractII目录III前言11频率测量方法概述31.1频率测量方法31.2 本次设计方法选择51.2.1 被测信号频率较高时51.2.2 被测信号频率较低时62数字频率计种类73数字频率计的发展趋势84字频率计设计方案及其论证114.1设计方案114.2方案论证及选用依据135 设计原理156课题设计的总体方案166.1 系统原理框图166.2 原理图及PCB展示176.3 系统软
7、件设计196.3.1 系统软件框图196.3.2 软件程序设计21总结24致谢25参考文献26前言随着科学技术的发展和人民物质生活的提高，人们对科技产品的要求已不仅仅停留在模拟器件时代，数字化的电子产品越来越受到欢迎。频率计作为比较常用和实用的电子测量仪器，广泛应用于科研机构、学校、家庭等场合，因此它的重要性和普遍性勿庸质疑。数字频率计具有体积小、携带方便；功能完善、测量精度高等优点，因此在以后的时间里，必将有着更加广阔的发展空间和应用价值。比如：将数字频率计稍作改进，就可制成既可测频率，又能测周期、占空比、脉宽等功能的多用途数字测量仪器。将数字频率计和其他电子测量仪器结合起来，制成各种智能仪
8、器仪表，应用于航空航天等科研场所，对各种频率参数进行计量；应用在高端电子产品上，对其中的频率参数进行测量；应用在机械器件上，对机器振动产生的噪声频率进行监控；等等。研究数字频率计的设计和开发，有助于频率计功能的不断改进、性价比的提高和实用性的加强。以前的频率计大多采用TTL数字电路设计而成，其电路复杂、耗电多、体积大、成本高。随后大规模专用IC（集成电路）出现，如ICM7216，ICM7226，MAX7128S频率计专用IC，使得频率计开发设计变得简单，但由于价格较高，因此利用IC设计数字频率计的较少。现在，单片机技术发展非常迅速，采用单片机来实现数字频率计的开发设计，实现频率的测量，不但测量
9、准确，精度高，而且误差也很小。科学技术发展到今天，数字化产品以其独特的优越性而越来越受到广大消费者的认可。频率计作为一件很普通的电子器件，广泛应用于科研机构、学校、实验室、企业生产车间等场所。数字频率计具有体积小、携带方便；功能完善、测量精度高等优点，因此在以后的时间里，必将有着更加广阔的发展空间和应用价值。研究数字频率计的设计和开发，有助于频率计功能的不断完善、性价比的提高和实用性的加强。下面将从测量频率的方法、现阶段频率计的种类和频率计的发展趋势三方面进行论述。1频率测量方法概述1.1频率测量方法频率测量的方法主要有以下几类：（如图1-1所示）频率测量方法模拟法数字法直读法比较法电桥法谐振
10、法拍频法差频法示波法李沙育图形法测周期法电容充放电式电子计数式图1-1 频率测量方法直读法又称无源网络频率特性测量法；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，获得被测信号的频率；电容充放电式计数法是利用电子电路控制电容器充放电的次数，再用电磁式仪表测量充放电电流的大小，从而测出被测信号的频率值；电子计数法是根据频率定义进行测量的一种方法，利用电子计数器显示的单位时间内通过被测信号的周期个数来实现频率的测量。由于电子计数式测量频率具有精度高、测量范围宽、显示醒目直观、测量迅速以及便于实现测量过程自动化等一系列优点而被广泛使用。电子计数式测量频率有以下几种方法：（1）脉冲数
11、定时测频法（M法）：记录在确定时间里待测信号的脉冲个数。其特点是：测量方法简单；测量精度与待测信号频率和门控时间有关，当待测信号频率较低时，误差较大。（2）脉冲周期测频法（T法）：在待测信号的一个周期里记录标准频率信号变化次数。此法低频检测时精度高，但高频检测时误差较大。（3）脉冲数倍频测频法（AM法）：此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。其特点是待测信号脉冲间隔减小，间隔误差降低；低频测量精度比M法高A倍，但控制电路较复杂。（4）脉冲数分频测频法（AT法）：此法是为了提高T法高频测量时的精度而发展起来的。由于T法测量时要求
12、待测信号的周期不能太短，所以可通过A分频使待测信号的周期扩大A倍。其特点是高频测量精度比T法高A倍；但控制电路也较复杂。（5）脉冲平均周期测频法（M/T法）：此法是在闸门时间内，同时用两个计数器分别记录待测信号的脉冲数M和标准信号的脉冲数。其特点是在测高频时精度较高；但在测低频时精度较低。（6）多周期同步测频法：是由闸门时间与同步门控时间共同控制计数器计数的一种测量方法，待测信号频率与M/T法相同。此法的优点是：闸门时间与被测信号同步，消除了对被测信号计数产生的1个字误差，测量精度大大提高，且测量精度与待测信号的频率无关，实现了在整个测量频段等精度测量1.2 本次设计方法选择因为受实验条件及设
13、备所限，我们本次设计选用脉冲数定时测频法（M法）。1.2.1 被测信号频率较高时本方法通常选用一个频率较低的标准频率信号作为闸门信号，而将被测信号作为充脉冲，在固定闸门时间内对其计数。设闸门宽度为T，计数值为N，则这种测量方法的频率测量值为：=测量误差主要决定于闸门时间T和计数器记得的数的准确度，因此，总误差可以采用分项误差绝对值线性想家来表示，即：其中，是最大量化误差的相对值，,的产生是由于测频时，闸门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系不相关造成的，即在相同的主门开启时间内，计数器所得的数并不一定相同。当主门开启时间T接近甚至等于被测信号周期Tx的整倍时，量化误差最大，最大量化误差为个数。为
14、标准的准确度等于闸门时间的相对误差的准确度，即：式中负号表示由引起的闸门时间误差为。通常，对标准频率的准确度的要求是根据所要求的测频准确度而提出来的。因此，为了是标准误差不对测量结果产生影响，标准频率的准确度应高于被测信号准确度至少一个数量级。因此，测量较高的信号频率时，若已定，闸门时间T越小，测量准确度越高，当T选定后，越高，个数字误差对测量结果影响越小，测量准确度越高。1.2.2 被测信号频率较低时通常被测信号被选为闸门信号，而将频率较高的标准信号作为填充脉冲，进行计数，设计数值为N，标准频率信号的频率为，周期为，有：使用这种方法测频的误差主要是对标准信号计数产生的个数字误差，在忽略标准频
15、率信号自身误差的情况下，测量精度为“由上可知：脉冲数定时测频法的优点是，测量方便，读书直接，在比较宽得频率范围内能够获得较高的测量精度。他的缺点是：由于被测信号个数字误差的存在，难以兼顾低频和高频实现等精度测量，所以针对高频测量的频率计在测量低频信号时精度较低。2数字频率计种类 现在市面上通常使用的数字频率计主要有以下几种：1、 采用中小规模数字集成电路，用机械式功能转换开关换挡，完成测量频率、周期以及脉宽等功能的计数器。此种数字频率计是较早时期的电子产品，到现在中小规模集成电路应用技术不断完善时，它的应用也不断得到加强。但很明显，此种数字频率计已处于淘汰阶段，由于其自身不具备智能化、自动化，完全借助于机械示的操作，对一些智能的频率计功能已无法完成，所以，现在使用这种数字频率计的已经很少2、 采用现场可编程门阵列（CPLD/FPGA）作为系统控制核心制成的数字频率计。它通过EDA技术和硬件描述语言（VHDL）对进行数字频率计的设计。这种技术是在近几年才发展起来的新技术，具有很大的发展空间和应用价值3、 采用单片机为系统控制核心的数字频率计。这种数字频率计具有非常明显的优势：体积小，所用芯片少，精度高，测量范围广，易于扩展功能
