CN105823925A - 一种等精度数字频率计及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等精度数字频率计，包括待测信号输入接口、AGC电路、高速比较器、CPLD、单片机和显示器，所述AGC电路、高速比较器、CPLD、单片机和显示器依次连接，AGC电路的输入端与待测信号输入接口连接。同时也公开了本发明的测量方法。本发明采用AGC电路、CPLD以及单片机设计等精度数字频率计，AGC电路能实现小信号和大信号的自动调节，CPLD能完成各种时序逻辑控制、计数功能，单片机作为系统的主控部件，将单片机的控制灵活性及CPLD的现场可编程性相结合，不但大大缩短了开发研制周期，而且使本发明具有结构紧凑、体积小，可靠性高，测频范围宽、精度高等优点。

Description

一种等精度数字频率计及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种等精度数字频率计及其测量方法，属于测量仪器领域。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，各类分立电子元件及其所构成的相关功能单元，已逐步被功能更强大、性能更稳定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外围电路构成的各种自动控制、自动测量、自动显示电路遍及各种电子产品和设备。数字系统和数字设备已广泛应用于各个领域，更新换代速度可谓日新月异。

目前，市场上频率计的产品种类繁多，常用的数字频率计的测量方法有三种:直接测量法(以下简称M法)、周期测量法(以下简称T法)和综合测量法(以下简称M/T法)。M法是在给定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数,再换算出被测信号的频率，其测量精度随被测信号频率的降低而降低。T法是通过测量被测信号在一个周期内计时信号的脉冲个数，然后换算出被测信号的频率，T法的测量精度随被测信号频率的升高而降低。而M/T法通过测量被测信号多个周期的时间，然后换算得出被测信号的频率，克服了测量精度对被测信号的依赖性。

陈寿法、王中鹏在文献(陈寿法,王中鹏.基于等精度测量原理频率计的设计与实现[J].浙江科技学院学报.2014(06))中提出了一种等精度数字频率计，实现了量程可自动切换的频率测量，但测量频率范围较小，最高频率只能达到30MHz。沈亚钧在文献(沈亚钧.基于单片机的数字频率计设计[J].山西电子技术.2012(05))中提出了一种高精度的数字频率计，但对输入信号的幅度要求高，没有研究输入信号幅度较小时的测量误差。岳玉霞在文献(岳玉霞.数字频率计[J].电子制作.2006(03))中提出的数字频率计，具有较高的测量精度，但不具有矩形波时间间隔和占空比测量功能。张永安在文献(张永安.基于CPLD的多功能等精度数字频率计的设计[D].内蒙古大学2004)中设计了前置信号放大电路，但需要根据输入信号的大小进行按键调节，无法自动测量。

因此、人们更需要的是一款具有高精度的、可测范围广的、测量相对误差更小的数字频率计。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种等精度数字频率计及其测量方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种等精度数字频率计，包括外壳和测量电路，所述测量电路包括待测信号输入接口、AGC电路、高速比较器、CPLD、单片机和显示器，所述AGC电路、高速比较器、CPLD、单片机和显示器依次连接，所述AGC电路的输入端与待测信号输入接口连接。

还包括语音播报器，所述语音播报器与单片机连接。

所述显示器和待测信号输入接口均设置在壳体上。

所述壳体上还设置有充电接口、若干功能按键、电源开关以及出音孔。

一种等精度数字频率计的测量方法，包括信号频率周期测量、时间间隔测量和占空比测量；

信号频率周期测量：信号从待测信号输入接口输入至AGC电路，AGC电路使得信号幅度在一定范围内保持一致，并输出到高速比较器，高速比较器将前级电路输出的信号变成与初始信号频率周期一致的方波，并将方波输入CPLD，CPLD通过等精度测频原理将频率周期测出并与单片机通信，单片机接收测出的频率周期并在显示器上显示；

时间间隔测量：两路信号从待测信号输入接口输入至AGC电路，AGC电路使得信号幅度在一定范围内保持一致，并输出到高速比较器，高速比较器将前级电路输出的信号变成与初始信号相位差一致的方波，并将方波输入CPLD，CPLD通过方波上升沿计数测出时间间隔并与单片机通信，单片机接收测出的时间间隔并在显示器上显示；

占空比测量：方波信号从待测信号输入接口输入至AGC电路，AGC电路使得信号幅度在一定范围内保持一致，通过高速比较器输出到CPLD，CPLD通过等精度测频原理将频率周期测出，通过上升沿和下降沿计数测出高电平时间，从而计算出占空比，并与单片机通信，单片机接收测出的占空比并在显示器上显示。

本发明所达到的有益效果：本发明采用AGC电路、CPLD以及单片机设计等精度数字频率计，AGC电路能实现小信号和大信号的自动调节，CPLD能完成各种时序逻辑控制、计数功能，单片机作为系统的主控部件，实现整个电路的测试信号控制、数据运算处理、显示输出，将单片机的控制灵活性及CPLD的现场可编程性相结合，不但大大缩短了开发研制周期，而且使本发明具有结构紧凑、体积小，可靠性高，测频范围宽、精度高等优点；同时利用语音播报器可以准确的将所测量值播放出来，方便实用。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明的外壳结构示意图。

图3为信号的具体处理流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种等精度数字频率计，包括外壳和测量电路，测量电路包括待测信号输入接口6、AGC电路、高速比较器、CPLD、单片机、语音播报器和显示器2(一般为液晶显示器)。AGC电路、高速比较器、CPLD、单片机和显示器2依次连接，语音播报器与单片机连接，AGC电路的输入端与待测信号输入接口6连接，

如图2所示，显示器2和待测信号输入接口6均设置在壳体上，壳体上还设置有充电接口4、若干功能按键1、电源开关3以及出音孔5。具体的，待测信号输入接口6和充电接口4(USB充电接口)设置在壳体的侧部，显示器2、若干功能按键1、电源开关3以及出音孔均设置在壳体的正面。

上述等精度数字频率计，按动电源开关3使频率计进入工作状态，然后将待测信号接入待测信号输入接口6，保证接触良好之后，就可以选择频率计上功能按键1，使得频率计测量出信号相应的频率、周期、占空比等测量数值，与此同时，显示器2上会显示所测结果，频率计会自动播报出所测结果，方便实用。

上述等精度数字频率计在不检测时，处于低功耗工作状态，如图3所示，当检测到待测信号输入时，AGC电路能实现小信号和大信号的自动调节，CPLD能完成各种时序逻辑控制、计数功能，单片机作为系统的主控部件，实现整个电路的测试信号控制、数据运算处理、显示输出，将单片机的控制灵活性及CPLD的现场可编程性相结合，大大缩短了开发研制周期。

上述等精度数字频率计的测量方法，包括信号频率周期测量、时间间隔测量和占空比测量。

信号频率周期测量：信号从待测信号输入接口输入至AGC电路，AGC电路使得信号幅度在一定范围内保持一致，并输出到高速比较器，高速比较器将前级电路输出的信号变成与初始信号频率周期一致的方波，并将方波输入CPLD，CPLD通过等精度测频原理将频率周期测出并与单片机通信，单片机接收测出的频率周期并在显示器上显示。

时间间隔测量：两路信号从待测信号输入接口输入至AGC电路，AGC电路使得信号幅度在一定范围内保持一致，并输出到高速比较器，高速比较器将前级电路输出的信号变成与初始信号相位差一致的方波，并将方波输入CPLD，CPLD通过方波上升沿计数测出时间间隔并与单片机通信，单片机接收测出的时间间隔并在显示器上显示。

占空比测量：方波信号从待测信号输入接口输入至AGC电路，AGC电路使得信号幅度在一定范围内保持一致，通过高速比较器输出到CPLD，CPLD通过等精度测频原理将频率周期测出，通过上升沿和下降沿计数测出高电平时间，从而计算出占空比，并与单片机通信，单片机接收测出的占空比并在显示器上显示。

通过测量数据表明，该等精度数字频率计实现了对频率范围1HZ～100MHZ，有效值电压10mV～1V的正弦信号的频率周期测量，测量相对误差的绝对值不大于10^-4；频率范围100HZ～5MHZ，有效值电压50mV～1V的方波信号的时间间隔测量，测量相对误差的绝对值不大于10^-2；以及频率范围1HZ～5MHZ，有效值电压50mV～1V的脉冲信号的占空比测量，测量相对误差的绝对值不大于10^-2。整体数据刷新时间不大于2s。

综上所述，上述等精度数字频率计，结构紧凑、体积小，可靠性高，测频范围宽、精度高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种等精度数字频率计，包括外壳和测量电路，其特征在于：所述测量电路包括待测信号输入接口、AGC电路、高速比较器、CPLD、单片机和显示器，所述AGC电路、高速比较器、CPLD、单片机和显示器依次连接，所述AGC电路的输入端与待测信号输入接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种等精度数字频率计，其特征在于：还包括语音播报器，所述语音播报器与单片机连接。

3.根据权利要求1所述的一种等精度数字频率计，其特征在于：所述显示器和待测信号输入接口均设置在壳体上。

4.根据权利要求3所述的一种等精度数字频率计，其特征在于：所述壳体上还设置有充电接口、若干功能按键、电源开关以及出音孔。

5.基于权利要求1所述的一种等精度数字频率计的测量方法，其特征在于：包括信号频率周期测量、时间间隔测量和占空比测量；

信号频率周期测量：信号从待测信号输入接口输入至AGC电路，AGC电路使得信号幅度在一定范围内保持一致，并输出到高速比较器，高速比较器将前级电路输出的信号变成与初始信号频率周期一致的方波，并将方波输入CPLD，CPLD通过等精度测频原理将频率周期测出并与单片机通信，单片机接收测出的频率周期并在显示器上显示；

时间间隔测量：两路信号从待测信号输入接口输入至AGC电路，AGC电路使得信号幅度在一定范围内保持一致，并输出到高速比较器，高速比较器将前级电路输出的信号变成与初始信号相位差一致的方波，并将方波输入CPLD，CPLD通过方波上升沿计数测出时间间隔并与单片机通信，单片机接收测出的时间间隔并在显示器上显示；

占空比测量：方波信号从待测信号输入接口输入至AGC电路，AGC电路使得信号幅度在一定范围内保持一致，通过高速比较器输出到CPLD，CPLD通过等精度测频原理将频率周期测出，通过上升沿和下降沿计数测出高电平时间，从而计算出占空比，并与单片机通信，单片机接收测出的占空比并在显示器上显示。