数字电压表的设计与制作.doc

简易数字频率计摘要设计了以51单片机为核心,实现等精度频率测量、周期测量、脉冲宽度测量及占空比测量等功能的简易数字频率计。等精度频率测量原理保证了在整个测量频段的精度和分辨率,其测量误差与待测信号无关,只与基准频率有关。建立在此基础上的周期测量也就具有较高的精度。此外,系统上电工作时,具有自校功能,能为每次测量提供一个自校准系数,用于修正所测频率,减小了误差。频率、周期、脉冲宽度、占空比测量等功能的切换通过按键实现,并辅以指示灯显示当前测量功能。系统软件采用C语言编写,具有良好的可读性,模块化编程,兼容性强。关键词:频率计等、精度频率测量、自校准、C语言AbstractDesignedasimpledigitalfrequencymeter51microcontrollerasthecoreimplementationofprecisionfrequencymeasurement,periodmeasurement,pulsewidthmeasurement,,,,thesystempower-upwork,schoolfunctions,aself-calibrationcoefficientsforthecorrectionofthemeasuredfrequency,,period,pulsewidth,dutycyclemeasurementfunctionsviathebuttons,,withgoodreadability,modularprogramming,:Frequencymeter,uracyoffrequencymeasurement,self-calibration,:采用51单片机为控制核心,采用TI公司的比较器LM311构成过零比较器,作为待测信号的放大整形电路。,1s,10s等三个不同的时基信号作为测量电路的三个档位。此外,辅以八位数码管动态显示所测频率、周期及脉冲宽度。此方案电路简单,实现起来也相对容易。但LM311过零比较器电路仅对交流输入信号有用,而且其频率特性一般,能测得的最高频率有限,所以此方案不予采用。图1:基于51单片机的普通频率计方案框图方案二:采用美国国家半导体公司生产的频率-电压变换器LM2907或LM2917,将待测信号的频率转换为相应的电压值,再利用模数转换器实现电压信号到数字信号的转换,最终根据模数转换器的值得到相应的频率值。此方案电路相对简单,但对频率-电压变换器件要求较高,LM2907频率响应范围窄,且输出电压误差与电路中的电阻值有关,另外,模数转换器的精度误差也会给整个系统的频率测量带来误差。更为重要的是,此方案仅对频率测量实用,对待测信号的周期、脉冲宽度的测量就无能为力。图2:采用频率-电压变换频率计方案框图方案三:等精度测量法,即测量输入信号的多个(整数个)周期值,同时对本地基准信号计数,再进行倒数运算求得频率。此方案的放大整形电路采用了双栅场效应管与高频三极管组成的前级信号放大电路,利用施密特触发器将放大后的信号整形并送到同步电路,同步电路由D触发器构成。与直接测量法相比,等精度测量可在整个测频范围内获得同样高的测试精度和分辨率。图3:,方案一和方案二虽然电路组成相对简单,但测量精度不高,而且对整个待测频率范围的分辨率有所不同,系统引入误差因素较多。等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的,该方法测量精度高,不会产生±1的计数误差,而且测量频段范围宽,在频率测量中具有广泛的应用前景。因此本系统采用方案三,~20MHz频率的测量。2理论分析与计算等精度频率测量原理如图3所示。在测量过程中,有两个计数器分别对标准信号和被测信号同时计数。首先给出闸门开启信号(预置闸门上升沿),此时计数器并不开始计数,而是等到被