VHDL单片机CPLD等精度数字频率计设计(2)

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1.2 频率计的发展现状和应用

由单片机控制的等精度数字频率计具有良好的可靠性、价格低、体积小、功能全等优点，广泛地应用于各种智能仪器中。智能仪器通常能自动校准，有的还能自动选着和调整测试点，使操作大为简便。虽然一些数字频率计的功能复杂，但是使用起来既简单又方便。数字频率计的广泛使用，使得电子产品的得以简化。很多传统仪器面板上的开关和旋钮被智能仪器的键盘所代替，从而省掉很多烦琐的操作。随着大规模和超大规模数字集成电路技术、数据通信技术与单片机技术的结合日益成熟，数字频率计发展进入了智能化和微型化的新阶段。其功能逐步扩大，除了测量频率、频率比、周期、时间、相位、相位差等基本功能外，还具有自捡、自校、自诊断、数理统计、计算方均根值、数据存储和数据通信等功能。此外，还能测量电压、电流、阻抗、功率和波形等。

目前使用广泛的测频的方法有直接测频法、间接测频法。直接测频法即在一个闸门时间内测量被测信号脉冲个数，设计上比较简单，但是在低频段精度偏低；间接测频法包括游标法、内插法、多周期同步法以及相位比较法等等。游标法和内插法都是采用模拟技术，尽管频率计精度提高了，但是电路设计却变得比较复杂，因而限制了这种频率计的应用范围；多周期同步法的测频精度比较高，它是采用多周期同步测量的方式。因此，不同的测频方法在不同的应用条件下都具有一定的优势和劣势，具体设计中采用哪种测频方法，要结合工程实际综合考虑。

等精度数字频率计被广泛的应用在现代化的生产制造中，它能够迅速的捕捉到输出频率的变化，对于有故障的产品可以通过等精度数字频率计迅速的检测出来，确保产品的质量。在无线通讯测试中，等精度数字频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。

1.3 等精度测频原理

等精度测频法是由直接测频法发展而来的，并且得到广泛的应用。它在测频时，门控信号是被测信号的整数倍，即与被测信号保持同步，且闸门时间不确定，因此消除了对被测信号计数所产生的±1个量化误差，使测量精度有了大幅度的提高。如图1，门控信号是宽度为T的一个脉冲，COUNT1和COUNT2是两个可控计数器。标准频率信号fs从COUNT1的时钟输出端CLK输入，经整形后的被测信号fx从COUNT2的时钟输入端CLK输入。当门控信号为高电平时，经整形后的被测信号的上升沿通过D触发器，并由触发器的Q端同时启动计数器COUNT1和COUNT2分别对被测信号fx和标准频率信号fs同时计数。当预置门信号为低电平时，随后而至的被测信号的上升沿将两个计数器同时关闭。

设在一次预置门时间T内对被测信号的计数值为Nx，对标准信号的计数值为Ns。则下式成立：

fx/Nx=fs/Ns （1）

由此推得： fx=fs*Nx/Ns （2）

等精度测频原理框图源`自,751`.论"文'网[www.751com.cn

一次测量中，由于被测信号计数的起止时间都是该信号的上跳沿触发的，因此在一次预置门时间内对被测频率的计数Nx无误差，在此时间内的计数Ns最多相差一个脉冲，则有： Ns=T*fs 我们可以得出等精度测频法的相对误差与被测频率的高低无关，而且增大门控信号或标准频率可以增大标准频率的计数值Ns，从而减少测量误差，提高测量精度。