电子计数法测量频率原理附误差分析报告

数字频率计一丶设计基本要求：（1）能够测试外部输入频率10~2000HZ范围的方波信号（2）将测试的数据在显示终端上进行显示（3）可以设定检测频率值，当输入的频率符合设定值可以出现声光提示（4）要求精度在0.2HZ二、方案设计与论证方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的技术并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。

其原理框图如图1.1所示：图1.1 原理框图根据所要实现的功能，先在Proteus软件上仿真。

根据所选用的硬件可以将整个软件设计分为若干子程序，有初始化、查询时间、发送指令、读取数据、显示温度等构成，可将以上子程序分别设计，实现各自的功能，再在子程序中调用，就可以实现预期的目标。

在Proteus软件里画出相应的电路图，将编写好的程序的编译后的文件下载到Proteus电路图的单片机里，进行仿真，对频率计设置不同的参数，看是否达到了我们设计所要求的目标，如果不符合要求，需要检查程序算法和硬件连接是否有误。

若仿真成功，就按照电路图焊接硬件。

方案二：本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分。

其原理框图如图2.2所示：图2.2 方案二原理框图方案的论证：方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。

编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。

方案二：本方案使用大量的数字器件，被测信号经放大整形电路编程计数器所要求的脉冲信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。

若在闸门时间1s内计数器件的脉冲个数为N。

则被测信号频率Fx=NHz。

逻辑控制电路的作用有两个：一是产生脉冲，是显示器上的数字稳定：二十产生轻灵脉冲，是计数器每次测量从零开始技术。

频率计实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过设计和搭建频率计电路，掌握频率测量的基本原理和方法，熟悉相关电子元器件的使用，提高电路设计和调试的能力，并深入理解数字电路中计数器、定时器等模块的工作原理。

二、实验原理频率是指周期性信号在单位时间内重复的次数。

频率计的基本原理是通过对输入信号的周期进行测量，并将其转换为频率值进行显示。

常见的频率测量方法有直接测频法和间接测频法。

直接测频法是在给定的闸门时间内，对输入信号的脉冲个数进行计数，从而得到信号的频率。

间接测频法则是先测量信号的周期，然后通过倒数计算出频率。

在本次实验中，我们采用直接测频法。

使用计数器对输入信号的脉冲进行计数，同时使用定时器产生固定的闸门时间。

在闸门时间结束后，读取计数器的值，并通过计算得到输入信号的频率。

三、实验设备与器材1、数字电路实验箱2、示波器3、函数信号发生器4、集成电路芯片（如计数器芯片、定时器芯片等）5、电阻、电容、导线等若干四、实验步骤1、设计电路原理图根据实验要求和原理，选择合适的计数器芯片和定时器芯片，并设计出相应的电路连接图。

确定芯片的引脚连接方式，以及与外部输入输出信号的连接关系。

2、搭建实验电路在数字电路实验箱上，按照设计好的电路原理图，插入相应的芯片和元器件，并使用导线进行连接。

仔细检查电路连接是否正确，确保无短路和断路现象。

3、调试电路接通实验箱电源，使用示波器观察输入信号和输出信号的波形，检查电路是否正常工作。

调整函数信号发生器的输出频率和幅度，观察频率计的测量结果是否准确。

4、记录实验数据在不同的输入信号频率下，记录频率计的测量值，并与函数信号发生器的设定值进行比较。

分析测量误差产生的原因，并尝试采取相应的措施进行改进。

五、实验数据与分析以下是在实验中记录的部分数据：｜输入信号频率（Hz）｜测量值（Hz）｜误差（％）｜｜｜｜｜｜100|98|2|｜500|495|1|｜1000|990|1|｜2000|1980|1|从数据中可以看出，测量值与输入信号的实际频率存在一定的误差。

实验三频率测量及其误差分析一、实验目的1 掌握数字式频率计的工作原理；2 熟悉并掌握各种频率测量方法；3 理解频率测量误差的成因和减小测量误差的方法。

二、实验内容1用示波器测量信号频率，分析测量误差；2用虚拟频率计测量频率。

三、实验仪器及器材1信号发生器 1台2 虚拟频率计 1台3 示波器 1台4 UT39E型数字万用表 1块四、实验要求1 查阅有关频率测量的方法及其原理；2 理解示波器测量频率的方法，了解示波器各旋钮的作用；3 了解虚拟频率计测量的原理；4 比较示波器测频和虚拟频率计测频的区别。

五．实验步骤1 用示波器测量信号频率用信号发生器输出Vp-p=1V、频率为100Hz—1MHz的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮，读取波形周期，填表3-1，并以信号源指示的频率为准，计算频率测量的相对误差。

表3-1“周期法”测量信号频率信号Vp-p 1V 采集方式峰值检测显示方式YT输入通道CH1 输入藕合方式直流垂直刻度系数（粗）200 mV垂直刻度系数（细）40mV触发源CH1 触发极性上升触发耦合直流信号频率水平刻度系数周期读数（格或cm）细测得频率频率测量相对误差100Hz 2.50 ms 20.0 100.000 Hz 01kHz 250 us 20.2 990.100 Hz 0.99% 10kHz 25.0us 20.2 9.901 KHz 0.99%100kHz 2.50 us 20.2 99.010 KHz 0.99% 1MHz 250 ns 20.0 1.000 MHz 0 5MHz 50.0 ns 20.2 4.950 MHz 1.00%2 用虚拟频率计测量频率用标准信号发生器输出正弦信号作为被测信号，送到DSO2902的CH-A1通道，按表3-2进行实验。

并以信号发生器指示的频率为准，计算测频误差。

表3-2虚拟计数器测频实验序号被测信号频率（Vp-p=1V）读数测得值相对误差单位(细) 数值(格)1 100Hz 0.2ms/div 50.1 99.800Hz 0.2%2 1000Hz 25us/div 40.0 1000.000Hz 03 10kHz 2us/div 50.3 9.940KHz 0.6%4 100kHz 0.25us/div 40.0 100.000KHz 05 1MHz 50ns/div 20.0 1.000MHz 06 5MHz 10ns/div 19.8 4.975MHz 0.5%3 用UT39E型数字万用表测量频率用标准信号发生器输出正弦信号作为被测信号，用UT39E型数字万用表测量频率，按表3-3进行实验。

第三章 频率和时间测量技术§3.3电子计数法测量周期一、电子计数法测量周期的原理测周则是由晶振产生可以计数的窄脉冲N ，由被测信号产生闸门T ，具有Tx =NT c 的关系。

二、误差分析1、测周误差可以表示为：由误差曲线可以看出：被测信号频率越低，正负壹误差对测周精确度的影响就越小；基准频率fc 越高，测周的误差越小。

2、触发误差测周时闸门信号是由被测信号产生的，而被测信号有干扰，会导致时基闸门T 的不准确。

如图：U B 是触发电平，若没有干扰时闸门时间为T x ，若有干扰存在，闸门开启时间就会提前，会带来ΔT 1的误差。

11()()=()x c c c c x c x c x c cT f T f f T N f T f T f f ∆∆∆∆=±+=±+±+3、多周期测量进一步分析可知，多周期测量可以减小转换误差和± 1误差。

对于触发误差，周期倍乘K 倍后，由图可以看出，相邻周期产生的误差ΔT 是相互抵消的，只有第一个周期和最后一个周期产生的误差会存在，因此周期倍乘K 倍之后产生的总的触发误差和一个周期产生的触发误差一样，这就使得周期倍乘之后产生的触发相对误差减少为原来的1/K 倍。

4、测周总误差=±++⋅∆∆πk T kT f f u T f u x x c c mx c n 2()11 结论：1)用计数器直接测周的误差主要有三项，即量化误差、触发误差以及标准频率误差。

2)采用多周期测量即周期倍乘可提高测量准确度；有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）3)提高标准频率，可以提高测周分辨力；4)测量过程中尽可能提高信噪比Um ／Un 。

三、中界频率对某信号使用测频法和测周法测量频率，两者引起的误差相等，则该信号的频率定义为~。

若测频时扩大闸门时间n 倍，测周时周期倍乘k 倍：c M kf f nT。

电子电路实验报告学院（系）电子与信息工程学院专业电子信息工程（中意）学生姓名秦翰学号11523032013 年8 月2日一、数字频率计的原理频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号。

因此数字频率计实际是一个脉冲计数器，即在单位时间里所统计的脉冲个数，所以我们课题研究的主要内容放在计数脉冲电路。

实际应用中测量频率和周期的方法一般可分为无源测频法、有源测频法及计数器法等方法。

计数器法，又分为直接测频法和间接测频法。

（1）直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数。

用一标准闸门信号（闸门宽度为T c ）对被测信号的重复周期进行计数，计数结果为N x 时，其待测频率为时间T c 为标准闸门宽度（s ），N x 为计数器计出的脉冲个数（重复周期数），测量的精度主要取决于计数N x 的误差。

其特点在于：测量方法简单；待测信号频率越高，精度越高；测量时间越长，误差越小；但当待测信号频率较低时，误差较大。

（2）间接测频法，如周期测频法。

此法是在待测信号的一个周期T x 内，记录标准频率信号变化次数N 0。

这种方法测出的频率是x F =0N /x T （公式2-2） 此法的特点是低频检测时精度高，但高频检测时误差很大。

为了提高T 法高频测量时的精度可通过A 分频使待测信号的周期扩大A 倍。

数字频率计作为数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。

随着复杂可编程逻辑器件的广泛应用，以EDA 工具作为开发手段，运用VHDL 语言。

将使整个系统大大简化。

提高整体的性能和可靠性。

1.电路的组成及工作原理(1) 电路的组成数字频率计一般都由振荡器、分频器、三级CMOS 反相器、控制器、计数译码器、LED 显示器这几部分组成。

首先晶振信号由振荡器的振荡电路产生一个标准频率信号，经分频器分频得到2Hz 的控制脉冲。

电子计数法测量频率原理及误差分析
摘要：频率是电信号的基本特性之一. 在各种对频率的测量方法中 , 电子计数法测频具有测量精度高 , 读数直观 , 测量迅速 , 以及便于实现测量过程自动化等优点.电子计数法测频的基本方法有两种 , 即直接测频和通过测周期得到频率.
测频原理
直接测频的原理是依照频率的定义 :若某一信号在 T 秒时间内重复变化 N 次 ,
则（注意： 适用于测量较高的频率）
基于此原理的测量框图如图. 脉冲形
成电路 闸门 门控电路
时基信号发生器
2 3 4
5 十进制 计数器
电子计数器测频原理方框图
T N f x
误差分析：
设主门的开启时间为T , 被测信号周期为Tx , 主门开启时刻至下一个计数脉冲的前沿为Δt1 , 主门关闭时刻至下一个计数脉冲的前沿为Δt2 , 如图2 所示.
由图2
由式得到, 被测频率越高, 闸门时间越长, 则量化误差越小. 但闸门时间太长, 则降低测量速度, 且受到显示位数的限制.
式中第二项为闸门时间相对误差
f c 为石英晶体振荡器的频率. 闸门时间误差大小主要取决于晶体振荡器的频率误差. 由此得到计数法测频的最大相对误差为
结论：由以上分折, 基本计数法测频的误差除忽略由高稳定度的晶振引起的频率误差外, 主要是量化误差, 为了提高测频的精度可采取如下措施:
(1) 提高晶振频率的准确度以减小闸门的时间误差.
(2) 被测频率较高时采用直接测频法, 并可在计数显示不溢出的条件下扩大闸门时间或倍频被测
信号以减小量化误差.
(3) 被测频率较低时采用测周期的方法测频, 并选择较高频率的时标信号或分频被测信号以减小量化误差. 但增大时标信号频率受到计数器计数速度的限制.。

一、实验目的1. 熟悉电子测量仪器的基本原理和使用方法。

2. 掌握常用电子测量仪器的操作技巧。

3. 提高电子测量实验技能，培养严谨的科学态度。

二、实验原理电子测量是指利用电子技术和电子仪器对各种物理量进行测量。

本实验主要涉及以下测量原理：1. 电压测量：利用电压表直接测量电路中的电压值。

2. 电流测量：利用电流表直接测量电路中的电流值。

3. 电阻测量：利用欧姆定律，通过测量电压和电流，计算出电阻值。

4. 频率测量：利用频率计测量信号源的频率值。

5. 信号发生器：产生各种频率、幅度和波形的标准信号。

三、实验仪器1. 双踪示波器2. 数字万用表3. 欧姆表4. 频率计5. 信号发生器6. 滑动变阻器7. 电容8. 电感9. 电源四、实验内容1. 示波器使用方法（1）观察正弦波（2）观察矩形波（3）观察三角波（4）观察李萨如图形2. 电压测量（1）测量直流电压（2）测量交流电压3. 电流测量（1）测量直流电流（2）测量交流电流4. 电阻测量（1）测量固定电阻（2）测量可变电阻5. 频率测量（1）测量正弦波频率（2）测量矩形波频率6. 信号发生器使用（1）产生正弦波（2）产生矩形波（3）产生三角波五、实验步骤1. 示波器使用方法（1）打开示波器电源，调整亮度、对比度等参数。

（2）将示波器探头连接到待测电路，调整探头衰减倍数。

（3）观察波形，调整示波器参数，使波形清晰可见。

2. 电压测量（1）将电压表的正极探头连接到电路中待测电压点，负极探头接地。

（2）选择合适的量程，读取电压值。

3. 电流测量（1）将电流表串联接入电路中待测电流点。

（2）选择合适的量程，读取电流值。

4. 电阻测量（1）将待测电阻接入电路。

（2）选择合适的量程，读取电阻值。

5. 频率测量（1）将频率计探头连接到待测信号源。

（2）选择合适的量程，读取频率值。

6. 信号发生器使用（1）将信号发生器输出端连接到待测电路。

（2）调整信号发生器参数，产生所需波形。