数字频率计设计报告样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。数字频率计设计报告电子信息学院王家华邹仁亭肖伟摘要在电子技术中,频率是最基本的参数之一,而且与许多电参量的测量方案,测量结果都有十分密切的关系,因此频率的测量显得更为重要。频率测量的方式一般是对方波信号进行沿判断或电平判断,再对相应的方波脉冲进行计数从而实现频率测量,因此频率测量的精度比一般其它物理量的精度要高很多。数字频率计是近代电子技术领域的重要工具之一,同时也是其它许多领域广泛应用的测量仪器(测量系统经过转换电路将所需测量的量转换为频率)从而经过测频率来提高精度的。本设计的数字频率计是基于超低功耗MSP430单片机来测量信号的频率,经过计数器计数,并用十进制数显示出来,它具有精度高,测量速度快,读数直观等优点。关键词:频率测量;数字频率计;单片机;计数器;显示;目录设计要求及功能设计方案1,设计任务要求及相关指标2,功能设计频率测量方案的比较选择与理论分析1,频率测量方法2,方案的比较选择与理论分析3,方案的选择确定系统总设计方案及总体框图单元模块电路与程序设计稳压源模块放大整形模块数据测量计数模块4,程序设计模块测试结果分析1,稳压模块测试2,放大整形电路测试3,频率精度测试实验过程遇到的问题及解决方法1,电压不匹配2,161计数器计数不准确3,自动换挡模块效果不够理想4,不能满足小信号输入时的要求一,设计要求及功能设计方案1,设计要求1.1基本要求(1)频率测量测量范围信号:方波,正弦波;幅度:0.5~5V;频率:1Hz~1MHz;测量误差差≤10-3;(2)周期测量测量范围信号:方波,正弦波;幅度:0.5~5V;频率:1Hz~1MHz;测量误差差≤10-3;(3)十进制数字显示测量结果。1.2发挥部分(1)频率测量测量范围信号:方波,正弦波;幅度:0.5~5V;频率:1Hz~1MHz;测量误差差≤10-5(2)周期测量测量范围信号:方波,正弦波;幅度:0.5~5V;频率:1Hz~1MHz;测量误差≤10-5;(3)自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。2,功能设计方案能够测量正常的方波频率,误差≤10-5;能够将正弦波放大整形为适合测量的方波并准确测量;能正确的以十进制数显示出测量频率;能够实现多次测量;可实现高低频率的自动切换测量;频率测量方案的比较选择与理论分析1,频率测量方法1.1,直接测频法根据频率测量的定义,在确定的闸门时间T内,利用计数器记录待测信号的周期数N,从而计算出待测信号的频率fx=N/T,原理如图2-1所示。此方案对低频信号的测量精度很低,较适合高频信号的测量。1.2,测周法以待测信号为门限,用计数器记录在此门限内的高频标准时钟脉冲数M,用计数器记录在此门限内的脉冲数N,由式fx=M/N确定待测信号的频率(原理如图所示)。当选定高频时钟脉冲而被测信号频率较低时,能够获得很高的精度,而当被测信号频率过高时,由于测量时间不足会有精度不够的问题,因此此方案适用于低频信号的测量。测周法原理图1.3,等精度测频法此方案和测周法很相似,但其测量时间并不是被测信号的一个周期,而是人为设定的一段时间。如图所示,闸门的开启和闭合由被测信号的上升沿来控制,测量精度与被测信号频率无关,因而能够保证在整个测量频段内的测量精度保持不变。相关计数法同时使用两个计数器分别对待测信号频率fx和标频信号fm在设定的精确门内进行计数,fx的上升沿触发精确门。若两个计数器在精确门内对fx和fm的计数值分别为M和N,待测信号的频率为:fx=Mfx/N。等精度测量原理图此方法和直接测量法不同的是,计数器真正开始计数的时刻不是预置闸门的开始时刻。这样计数器1对待测信号计数,计数由待测信号的上升沿控制,计数值M为整数,不存在误差。计数器2对标频信号计数,这样计数值N为非整数,故会存在±1的误差。另外,标频信号由晶振提供,故不存在误差。具体实现方法DQCLK闸门脉冲Fx计数器与门运算单元MfxFm计数器与门fm时钟发生器N2,方案的比较选择与理论分析2.1方案比较与理论分析直接测频法:此方案电路简单,软件容易实现,为满足实验要求精度,较适合高频信号的测量,对低频信号测量精度很低。理论分析:设开启其闸门时间为1S,计数值为N,则fx=N。但对其计数时会出现±1的误差,故要达到10-5精度要求,必须使频率≥10k。可是,当给入方波经过软件试验后所测得的大量数据未能达到要求的精度,另外低频段要用测周法测量,直接测频法会给其频率的上限太高因而无法实现(测周法分析将会详细介绍)。故不能选用直接测频法。测周法:此方案是用于测量频率较低的信号,频率高时,由于测量时间不够,导致精度较低。理论分析:运用此方案时,以待测信号为门限,由430给出12MHz的高频脉冲为标频,记录此门限内的脉冲数N,则