频率计设计思路

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一、频率计数器的原理
所谓频率就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。

若在一定时间T内计得这个周期信号变化的次数为N,则其频率表达式为:
N
f=
频率计数器的原理框图如下图所示:
其工作原理是:
首先,把被测信号①(频率设为fx)通过脉冲形成电路转变成脉冲信号②(方波,其重复频率等于被测频率fx),然后将它加到闸门的输入端。

闸门由门控电路④来控制开、闭时间,只有在闸门开通时间T内,被计数的脉冲⑤才能通过闸门,被送到十进制电子计数器进行计数。

门控信号的作用时间T要求十分精确,以它作为时间基准(时基),可由时基信号发生器④提供。

例如,时基信号的重复周期为1s,则加到闸门的门控信号作用时间T亦准确地等于1s,即闸门开通时间为1s,这时如果计得1000个数,则被测频率fx=1000Hz。

从上述讨论可知,频率计数器的测频原理实质上是以比较法为基础,它将fx和时基信号频率相比的结果,以数字形式显示出来。

二、测量误差
可以看出,测频误差一方面取决于闸门时间T准不准,另一方面取决于计数器计得准不准。

在测频时,闸门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是不相关的,所以他们在时间轴上的相对位置是随机的。

这样,在相同的闸门开启时间内,计数器所计得的数却不一定相同,其最大误差总是±1个计数单位(想想为什么?),故称“±1个字误差”,简称“±1误差”。

而且,fx一定时,增大闸门时间T,可减小±1误差对测频误差的影响。

当T选定后,fx越低,则由±1误差产生的测频误差越大。

如fx为10Hz,T为1s,则由±1误差引起的测频误差可达到10%。

三、电路设计
脉冲形成电路可采用74LS132构成的施密特电路;
时基电路可采用555定时器组成的多谐振荡器或4093BT与非门施密特触发器;
门控电路和闸门可采用双D触发器。

十进制计数器可采用74LS160,依次从个位开始计数,向上位发出进位信号进而使高位开始计数。