频率计测频原理 19页PPT文档

单片机的频率计原理
频率计是一种测量信号频率的仪器，而单片机频率计则是利用单片机来实现频率计的原理。

单片机频率计的原理可以分为三个步骤：输入信号采样、计数和计算频率。

首先，需要对输入信号进行采样。

单片机频率计通常使用外部中断来采样输入信号。

外部中断允许单片机在检测到信号边沿时立即中断当前的任务并执行中断服务程序，以保证采样的准确性和实时性。

通过外部中断引脚，将输入信号连接到单片机的中断输入引脚。

在信号采样的同时，需要进行计数操作。

计数器是单片机内部的一个重要组件，它可以记录输入信号的脉冲数量。

在每次外部中断触发时，计数器会自动加一，从而实现对信号脉冲的计数。

计数器有不同的位数，可以根据需要选择合适的计数范围。

采样和计数之后，就可以通过计算来得到信号的频率。

频率是指在单位时间内发生的信号周期的次数。

以时间为单位，频率的计算公式为f=1/T，其中f为频率，T为周期。

在单片机中，周期可以通过计数器的值来表示。

假设计数器的位数为n，计数器的值为cnt，输入信号的周期为T，则频率f可以通过以下公式计算得到：
f = 1/(cnt * T)
计算出的频率可以通过串口或者LCD等输出设备来显示出来。

同时，可以使用按键来选择不同的计数范围和显示格式，以提高频率计的灵活性和便捷性。

总结起来，单片机频率计的工作原理是通过外部中断来采样输入信号，将采样到的信号脉冲数量记录在计数器中，然后根据计数器的值和输入信号的周期计算出频率，并将结果显示出来。

这种原理使得单片机频率计具有了高精度和高可靠性的特点，在实际应用中得到了广泛的应用。

频率测量设计班级：学号：姓名：指导老师：简介：频率仪器是数字电路中一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延迟。

随着复杂可编程逻辑器件的广泛应用，将使整个系统大大简化。

提高整体性能，它是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。

它不仅可以测量正弦波，方波，三角波，尖脉冲信号和其他具有周期的信号的频率，而且还可以测量他们的周期。

经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪：可以测量电容做成数字电容测量仪;在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪，计价器等。

因此数字频率仪在测量物理量方面有广泛应用，数字式频率计是测量频率最常用的仪器之一，其基本设计原理是首先把待测信号通过放大整形，变成一个脉冲信号，然后通过控制电路控制计数器计数，最后送到译码显示电路里进行显示。

1 频率计的设计原理交变信号或脉冲信号的频率是指在单位时间内，由信号所产生的交变次数或脉冲个数，即fx=N/t. 可以看出测量fx，必须将N或t两个量之一作为闸门或基准，对另一个量进行测量。

在一般数学电路中，对fx的测量是由电路提供标准闸门信号即t= Tz，Tz通常为1s 或它的十倍百倍等，然后对Tz内的被测信号变化的次数进行计数，得到Nx，即可得到fx=Nx/Tz. 对于低频信号，数字电路中采用的是测周期法，即Tx=1/fx=t/N,由电路提供标准时基信号Ts，将被测信号的周期作为闸门，将测量转化为对标准时基信号进行计数Tx=nx * Ts 。

频率计的设计原理实际上是测量单位时间内的周期数。

这种方法免去了实测以前的预测，同时节省了划分频率的时间，克服了原来高频率采用测频模式而低频段采用测周期模式的测量方法存在换挡速度慢的缺点。

通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。

闸门时间也可以大于或小于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时间隔就越长。

频率计数器原理
频率计数器是一种能够测量信号频率的电子设备。

它的工作原理基于频率计数的概念，通过计算单位时间内信号周期的数量来确定信号的频率。

频率计数器通常由以下几个部分组成：输入电路、计数控制器、计数寄存器和显示器。

输入电路用于将输入信号转换为矩形波形信号，以便后续处理。

计数控制器负责控制计数器的工作方式和计数频率。

计数寄存器用于存储计数器的计数值。

显示器则用于显示测量结果。

在工作过程中，频率计数器首先通过输入电路将输入信号转换为矩形波形信号。

然后计数控制器开始控制计数器进行计数。

计数器在每个信号周期中计数一次，计数值被存储到计数寄存器中。

计数器继续计数，直到达到设定的计数时间。

在计数时间结束后，计数寄存器中的计数值就代表了输入信号的频率。

为了提高测量的准确性，频率计数器通常会采取一些技术措施。

例如，可以使用倍频器将输入信号的频率放大，以增加计数器的计数周期。

此外，还可以使用低通滤波器抑制噪声和干扰信号，以确保测量结果的稳定性。

总的来说，频率计数器利用计数原理来测量信号的频率。

它通过计算单位时间内信号周期的数量来确定信号的频率，具有准确、稳定的特点。

对于频率测量在科学实验、通信、电子制造等领域具有重要的应用价值。

数字频率计的设计一、设计要求和指标1、可测频率范围为10Hz~1MHz。

2、采用数码管显示，显示位数不少于6位。

3、显示时间从2~7秒可调。

4、输入阻抗大于10KΩ。

5、输入信号峰峰电压值在0.5~20V范围内可测。

二、函数发生器的基本原理一、测量原理频率为单位时间内信号的周期数。

对脉冲信号而言，其频率为一秒钟内的脉冲个数；计数器在一秒钟内对脉冲信号进行计数，计数的结果就是该信号的频率。

只要计数结果以十进制方式显示出来，就是最简单的频率计。

如图2.1.1所示，被测脉冲信号为X，在T1时刻出现一个脉冲宽度为一秒的闸门脉冲信号P，用闸门脉冲P取出一秒时间内的输入脉冲信号X形成计数脉冲Y，计数器对计数脉冲信号Y进行计数；计数的结果（频率值）在T2时刻被锁存信号S控制，锁存到寄存器，并通过译码器、显示器把并率显示出来。

在T3时刻计数器被清除信号R清零，准备下一次的计数，一次测量结束。

图2.1.1 频率器的测量原理显示数值在T2时刻更换，S脉冲信号的周期为显示时间，其大小反映显示值的变化快慢。

显示时间Tx为：Tx=T3-T2+（0~2）（秒）可见，改变T3-T2的值可调节显示时间，通常T3是通过T2的延时而得，通过调节延时时间来调节显示时间。

二、方案框图频率计的框图如图2.1.2，由六部分组成，以计数器为核心，各部分的功能如下：图2.1.2 频率计总体框图1、计数器：在规定的时间内完成对被测脉冲信号的计数。

由输入电路提供计数脉冲输入，对脉冲进行计数（在规定的测量频率范围内计数无益出）。

计数结果一般为十进制，并将计数结果输出送往寄存器，再由控制电路提供的清除信号R清零。

等待下一次计数的开始。

该部分主要考虑计数器的工作频率和计数容量问题。

2、锁存器：暂存每次测量的计数值。

为显示电路提供显示数据。

锁存器由控制电路提供的琐存信号S控制更换数值。

以正确地显示每一次的测量结果。

3、译码显示电路：对锁存器的输出数据译码，变为七段数码显示码，并驱动数码显示器显示出十进制的测量结果。

数字式频率计的工作原理
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数字式频率计的工作原理
数字式频率计的原理框图如下图所示，频率为的被测信号由脉冲形成电路转变成幅度恒定的矩形窄脉冲(其重复频率等于被测频率)，然后加到闸门(这里是与门)的输入端A，在闸门的另一输入端B 加上时间宽度为T的门控信号来控制闸门的开、闭时间。

由逻辑门电路的功能可知，只有在时间T内被测信号才能通过闸门，送到脉冲计数器进行计数。

设在时间T内计数器累计的脉冲数为N，则频率为：。

通常把T选为1 ms，10 ms，0.1 s，l s，10 s等。

当T＝1 s时，若计数N＝100000，则=100000 Hz，显示100.000 kHz；若T=0.1 s，则计数值必减少为N＝ 10000，则显示100.00 kHz。

测量误差：
2.数字式频率计的测周期原理
当用测频法测量低频信号时，测量的相对误差会明显上升。

为了提高测量低频时的准确度，减少测量误差，可改测周期，然后计算。

测周法的原理框图如下图所示，电路基本相同，只是把标准信号
与被测信号互换了位置。

这样在每一内，计数器计得的脉冲数为，若＝10ms，，则从计数显示器计得脉冲数为l0000个，如以ms为单位，则从计数器显示器上可读得100000ms。

显然，愈大(即被测频率愈低)，计数器所计脉冲数越多，测量误差越小。

数字频率计数字频率计是采纳数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。

频率计重要用于测量正弦波、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。

通常说的，数字频率计是指电子计数式频率计。

目录优点用途重要构成基本原理优点用途在电子技术领域，频率是一个最基本的参数。

数字频率计作为一种最基本的测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。

很多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度等通过传感器转换成信号频率，可用数字频率计来测量。

尤其是将数字频率计与微处理器相结合，可实现测量仪器的多功能化、程控化和智能化.随着现代科技的进展，基于数字式频率计构成的各种测量仪器、掌控设备、实时监测系统已应用到国际民生的各个方面。

重要构成频率计重要由四个部分构成：输入电路、时基（T）电路、计数显示电路以及掌控电路。

输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。

而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。

在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。

所以在通过整形之前通过放大衰减处理。

当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。

当输入信号电压幅度较小时，若前级输入衰减为零时不能驱动后面的整形电路，则调整输入放大的增益，被测信号得以放大。

时基和闸门电路：闸门电路是掌控计数器计数的标按时间信号，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器的个数就是由闸门信号决议的，闸门信号的精度很大程度上决议了频率计的频率测测量精度。

当要求频率测量精度高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。

时基信号可由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基按时间。

被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号。

计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。

二 、数字频率计的设计实例（一）、.频率计测量的工作原理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） 时间门限测量法在一定的时间门限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f x ，则该信号的频率为 TNf x =改变时间T ，则可改变测量频率范围。

此方法的原理框图如图2-1所示，时序波形图如图2-2所示。

用时间门限测量方法测量时，电路实现起来较容易，但对产生的时间门限要求精度较高，测量的时间误差最大是正负一个待测信号周期，即x f /1t ±=∆。

图2-1 测频原理图图2-2 测频时序波形图（2）标准频率比较测量法用两组计数器在相同的时间门限内同时计数，测得待测信号的脉冲个数为N 1、已知的标准频率信号的脉冲个数为N 2，设待测信号的频率为f x ，已知的标准频率信号的频率为f 0；由于测量时间相同，则可得到如下等式：21N f N f x = 从上式可得出待测信号的频率公式为： 021f N N f x =标准频率比较测量法对测量产生的时间门限的精度要求不高，对标准频率信号的频率准确度和稳定度要求较高，标准信号的频率越高，测量的精度就越高。

该方法的测量时间误差与时间门限测量法的相同，可能的最大误差为正负一个待测信号周期，即x f /1t ±=∆。

测量时可能产生的误差时序波形如图2-3所示。

（3）等精度测量法以上介绍的两种测量频率的方法实现电路容易，但是，测量的精度与待测信号的频率有关，待测信号频率越高，测量的精度就越高，反之，测量精度越低。

为了提高测量低频时的精度，使得测量的高、低频率精度都一样，一般采用等精度测量法。

上面介绍的两种方法都是在闸门门限的控制下来实现计数器的计数开始和结束的。

当闸门门限的上升沿到来时，计数器计数开始，当闸门门限的下降沿到来时，计数器计数结束。