CN102901871B

CN102901871B - 信号频率检测系统及方法

Info

Publication number: CN102901871B
Application number: CN201210314914.6A
Authority: CN
Inventors: 张海涛; 刘翠苹; 白舸; 张世伟
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: CN102901871A

Abstract

本发明涉及信号频率检测系统及方法，信号频率检测系统包括波形产生芯片、M个十分频器、双刀M+1掷开关、二分频器、反相器、二输入或非门、N个计数显示单元，每个计数显示单元均包括顺次连接的4位10进制计数器、4位锁存器、LED显示译码/驱动器、限流电阻和8段数码管，不仅可实现对1Hz以上的信号频率的测试，而且可以通过双刀三掷开关的切换来测试1Hz以下的信号频率。

Description

信号频率检测系统及方法

技术领域

本发明属于频率计技术领域，涉及一种信号频率检测系统及方法。

背景技术

在工控系统中，经常需要测量各种信号的频率。然而，现有的复杂频率计价格昂贵，而各种简易频率计具有明显的不足。简易频率计主要是采取了以下的检测方法：在1s时间内，使用计数器对测试信号进行计数，则计数器的计数结果就是信号的频率。这种检测方法尽管易于实现，但却难以测试1Hz以下的信号频率。因而，现有的简易频率计只能测试1Hz以上的信号频率。

发明内容

本发明的目的是提供一种信号频率检测系统及方法，以解决现有频率计不能对1Hz以下的信号频率进行测试的问题。

为实现上述目的，本发明的信号频率检测系统技术方案如下：

波形产生芯片，用于产生周期为1s的方波信号；

M个十分频器,分别用于将波形产生芯片产生的方波信号分频，M为大于等于1的正整数；

双刀M+1掷开关,包括两层，每层包括M+1个位置触点和一个公共输出触点，所述波形产生芯片和M个十分频器输出的方波信号分别接入第一层的M+1个位置触点，所述第一层的公共输出触点连入二分频器的输入端；

N个计数显示单元，每个计数显示单元均包括顺次连接的4位10进制计数器、4位锁存器、LED显示译码/驱动器、限流电阻和8段数码管，N个10进制计数器中的第一个10进制计数器的时钟输入信号端用于外部的待测信号接入，计数结束端输出信号分别作为相邻10进制计数器的时钟输入信号，N等于频率测试范围最大值的位数；

二分频器,用于将输入信号进行二分频，该二分频器输出信号作为N个4位10进制计数器的使能信号；

反相器,用于将二分频的输出信号进行反向，该反向器的输出作为N个4位锁存器的锁存信号；

二输入或非门,其两个输入分别为二分频器的输入、输出信号，该二输入或非门的输出作为N个4位10进制计数器的清零信号。

进一步的，所述M=2，N=4。

进一步的，所述波形产生芯片产生周期为1s的方波信号；双刀三掷开关的第一层选择第一个十分频器输出的方波信号接入的位置触点时，双刀三掷开关的第二层向显示十位的数码管的小数点控制引脚输出高电平；选择第二个十分频器输出的方波信号接入的位置触点时，向显示百位的数码管的小数点控制引脚输出高电平。

本发明的信号频率检测方法的步骤如下：

S1：波形产生芯片产生周期为T的方波信号；周期为T的方波信号经过10分频得到10T的方波信号；10T的波形信号经过10分频得到100T的方波信号；

S2：三种方波信号分别加到双刀三掷开关的第一层的3个位置触点上，第一层的公共输出触点接至一个二分频器，该分频器的输出根据双刀三掷开关的位置而输出2T或者20T或者200T的方波信号；

S3：二分频器输出的方波信号分别作为个、十、百、千位4个10进制计数器的使能信号；二分频器输出的方波信号经过反相器得到锁存器所需的锁存信号；二分频器的输入和输出分别作为二输入或非门信号的两个输入，二输入或非门信号的输出作为4个10进制计数器的清零信号；

S4：待测信号作为个位10进制计数器的输入时钟信号，清零信号将计数器清零后，使能信号到来，个位10进制计数器开始对待测信号进行计数，一旦个位10进制计数器计到10，则其输出返回全0，并且其计数满输出信号产生跳变，由0变为1；个位10进制计数器的计数满信号作为十位10进制计数器的计数时钟信号，十位10进制计数器的计数满信号作为百位10进制计数器的计数时钟信号，百位10进制计数器的计数满信号作为千位10进制计数器的计数时钟信号，从而计数达到9999Hz；

S5：一旦锁存信号产生上升沿，则4个4位锁存器分别锁存4个十进制计数器的4位输出；

S6：4个4位锁存器的输出经过4个BCD-7位LED显示译码/驱动器，得到7位二进制数，经过限流电阻，用以驱动8段数码管的7位数据位显示频率值。

进一步的，所述波形产生芯片产生周期为1s的方波信号，该检测方法的测量范围分别1～9999Hz、0.1～0.9Hz、0.01～0.09Hz；当测量范围为0.1～0.9Hz时，双刀三掷开关的第二层的一个位置触点接至十位数码管的小数点引脚，当测量范围为0.01～0.09Hz时，第二层的另一位置触点接至百位数码管的小数点引脚。

本发明的信号频率检测系统及方法，是一种简易频率计的设计方法，不仅可以测试1Hz以上的信号频率，而且可以通过双刀多掷开关的切换来测试1Hz以下的信号频率，并且这种方法可以进一步进行扩展，用以测量频率更低的信号，从而扩展了简易频率计的测量范围。

附图说明

图1是本发明实施例的检测系统原理图；

图2是本发明实施例的检测方法中主要信号的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明。

我们以待测信号的最高频率为9999Hz为例进行说明，那么系统需要选用4个计数显示单元，每个计数显示单元均包括顺次连接的4位10进制计数器、4位锁存器、LED显示译码/驱动器、限流电阻和8段数码管；如图1所示系统还包括波形产生芯片、二分频器、双刀三掷开关、反相器和或非门信号模块，双刀三掷开关包括两层，每层包括3个位置触点和一个公共输出触点。

波形产生芯片的输出连入第一十分频器，该十分频器的输出作为第二十分频器的输入，且波形产生芯片和两个十分频的输出分别接入双刀三掷开关的第一层的三个位置触点，公共输出触点连入二分频器的输入端；该二分频器的输出分别连入反相器的输入端、4个计数器的使能信号输入端和或非门模块的一个输入端，或非门模块的另一个输入端与二分频的输入相连，该或非门模块的输出连入4个计数器的清零信号输入端，反相器的输出分别连入4个锁存器的锁存信号端，各计数器的数据输出端连入对应的锁存器的数据输入端，各锁存器的数据输出端连入对应的LED显示译码器的数据输入端，各LED显示译码器的数据输出端分别通过各自的限流电阻连入对应的8段数码管数据输入端，驱动8段数码管显示频率值。4个4位10进制计数器分为个、十、百、千位计数器，个位计数器的时钟输入信号用于外部的待测信号接入，个、十、百位计数器的计数满输出信号分别作为十、百、千位计数器的时钟输入信号。

波形产生芯片用于产生周期为1s的方波信号；一个十分频器用于将周期为1s的方波信号分频，以便得到周期为10s的方波信号；另一个十分频器用于将周期为10s的方波信号分频，以便得到100s的方波信号；双刀三掷开关的第一层用于从周期为1s的方波信号、周期为10s的方波信号、周期为100s的方波信号中选择一路信号输出到二分频器，同时，在输出周期为10s的方波信号时，双刀三掷开关的第二层向显示十位的数码管的小数点控制引脚输出高电平，以便点亮小数点。在输出周期为100s的方波信号时，向显示百位的数码管的小数点控制引脚输出高电平，以便点亮小数点；二分频器用于将输入信号进行二分频，以便得到周期为2s的方波信号、或者周期为20s的方波信号、或者周期为200s的方波信号，该信号作为4个4位10进制计数器的使能信号；反相器用于将二分频的输出信号进行反向，其输出作为4个4位锁存器的锁存信号；二输入或非门的两个输入为分别二分频器的两个输入信号，其输出作为4个4位10进制计数器的清零信号；4个4位10进制计数器通过级联实现最高达到9999的计数值，其分为个、十、百、千等四个计数器，所有计数器的使能信号和清零信号分别连接二分频器的输出和或非门的输出，此外，个位计数器的时钟输入信号连接外部的待测信号，个位计数器的计数满输出信号作为十位计数器的时钟输入信号，十位计数器的计数满输出信号作为百位计数器的时钟输入信号，百位计数器的计数满输出信号作为千位计数器的时钟输入信号；4个4位锁存器分别用于锁存四个4位十进制计数器的输出；4个BCD-7位LED显示译码/驱动器将个、十、百、千等4个四位十进制数据分别转换为7位LED显示数据；四个共阴极数码管用于显示频率值。

与上述检测系统相对应的检测方法的具体步骤如下：

波形产生芯片555振荡器产生周期为1s的方波信号；

1s的波形信号经过分频器1，进行10分频，从而得到10s的方波信号；

10s的波形信号经过分频器2，进行10分频，从而得到100s的方波信号；

图1中的双刀三掷开关包括两层，分为3个位置，用以选择系统的测量范围。位置1的测量范围为1～9999Hz, 位置2的测量范围为0.1～0.9Hz, 位置3的测量范围为0.01～0.09Hz；1s的波形信号、10s的波形信号和100s的方波信号分别加到双刀三掷开关的第一层的3个位置触点上，第一层的公共输出触点接至一个二分频器，这样该分频器的输出根据双刀三掷开关的位置而输出2s或者20s或者200s的方波信号；双刀三掷开关的第二层的位置2 触点接至数码管2的小数点引脚，第二层的位置3触点接至数码管3的小数点引脚；

计数器1、计数器2、计数器3和计数器4是4个4位10进制计数器，分别进行个位、十位、百位和千位计数，上述2s或者20s或者200s的方波信号就作为这4个10进制计数器的使能信号；

上述使能信号的输出经过反相器得到锁存器1、锁存器2、锁存器3和锁存器4所需的锁存信号；

上述二分频器的输入和输出分别作为二输入或非门信号的两个输入，二输入或非门信号的输出作为4个10进制计数器的清零信号；

待测信号作为计数器1的输入时钟信号，清零信号将计数器清零后，使能信号到来，计数器1开始对待测信号进行计数，一旦计数器1计到10，则其输出返回全0，并且其计数满输出信号产生跳变，由0变为1；计数器1的计数满信号作为计数器2的计数时钟信号，计数器2的计数满信号作为计数器3的计数时钟信号，计数器3的计数满信号作为计数器4的计数时钟信号，从而计数达到9999Hz；

一旦锁存信号产生上升沿，则锁存器1、锁存器2、锁存器3和锁存器4分别锁存计数器1、计数器2、计数器3和计数器4的4位输出；

锁存器1、锁存器2、锁存器3和锁存器4的输出经过BCD-7位LED显示译码器1～4，得到7位二进制数，用以驱动8段数码管1～4的7位数据位；

初始时，双刀三掷开关处于位置1，测量范围为1～9999Hz。此时，系统重复做如下工作：1s时间内对待测信号计数，随后的0.5s内显示锁存的信号频率，紧跟着的0.5s内将计数器清零，并在数码管上显示0；

一旦数码管显示的信号频率为0，测试人员可将双刀三掷开关拨至位置2，测量方法同上，但不同的是：双刀三掷开关第二层的位置2输出的+5V信号驱动数码管2的小数点显示，从而显示范围为0.1～0.9Hz；同理如果在范围2数码管显示的信号频率为0，测试人员可将双刀三掷开关拨至位置3，测量方法同上，但不同的是：双刀三掷开关第二层的位置3输出的+5V信号驱动数码管3的小数点显示，从而显示范围为0.01～0.09Hz；如果在范围2数码管显示数值不小于1，测试人员可将双刀三掷开关拨至位置1，测量方法同上；如果在范围3数码管显示数值不小于0.1，测试人员可将双刀三掷开关拨至位置1，测量方法同上。图2所示为检测方法使用时主要信号的关系图。

Claims

1.一种信号频率检测系统，其特征在于，该系统包括：

波形产生芯片，用于产生周期为1s的方波信号；

M个十分频器,依次串联，分别用于将波形产生芯片产生的方波信号分频，M为大于等于1的正整数；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述M＝2，N＝4。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述波形产生芯片产生周期为1s的方波信号；双刀三掷开关的第一层选择第一个十分频器输出的方波信号接入的位置触点时，双刀三掷开关的第二层向显示十位的数码管的小数点控制引脚输出高电平；选择第二个十分频器输出的方波信号接入的位置触点时，向显示百位的数码管的小数点控制引脚输出高电平。

4.一种信号频率检测方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

S4：待测信号作为个位10进制计数器的输入时钟信号，清零信号将计数器清零后，使能信号到来，个位10进制计数器开始对待测信号进行计数，一旦个位10进制计数器计到10，则其输出返回全0，并且其计数满输出信号产生跳变，由0变为1；个位10进制计数器的计数满信号作为十位10进制计数器的计数时钟信号，十位10进制计数器的计数满信号作为百位10进制计数器的计数时钟信号，百位10进制计数器的计数满信号作为千位10进制计数器的计数时钟信号，从而计数值最高达到9999；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述波形产生芯片产生周期为1s的方波信号，该检测方法的测量范围分别1～9999Hz、0.1～0.9Hz、0.01～0.09Hz；当测量范围为0.1～0.9Hz时，双刀三掷开关的第二层的一个位置触点接至十位数码管的小数点引脚，双刀三掷开关的第二层向十位数码管的小数点引脚输出高电平；当测量范围为0.01～0.09Hz时，第二层的另一位置触点接至百位数码管的小数点引脚，双刀三掷开关的第二层向百位数码管的小数点引脚输出高电平。