基本原理
测量频率的方法有很多,按照其工作原理分为无源测量法、比较法、示波器法和计数法等。计数法在实质上属于比较法,其中最常用的方法是电子计数器法。电子计数器是一种最常见、最基本的数字化测量仪器。
数字计数式频率计能直接计数单位时间内被测信号的脉冲数,然后以数字形式显示频率值。这种方法测量精确度高、快速,适合不同频率、不同精确度测频的需要。
电子计数器测频有两种方式:一是直接测频法,即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数;二是间接测频法,如周期测频法。
由于数字电路的飞速发展和集成电路的普及,计数器的应用十分广泛。利用电子计数器测量频率具有精度高,显示醒目直观,测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等一系列突出优点,所以该方法是目前最好的。
主要构成
频率计主要由四个部分构成:输入电路、时基(T)电路、计数显示电路以及控制电路。
测量频率的原理框图
输入电路:由于输入的信号可以是正弦波,三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波,所以需要设计一个整形电路则在测量的时候,首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时,通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时,若前级输入衰减为零时不能驱动后面的整形电路,则调节输入放大的增益,被测信号得以放大。
时基和闸门电路:闸门电路是控制计数器计数的标准时间信号,被测信号的脉冲通过闸门进入计数器的个数就是由闸门信号决定的,闸门信号的精度很大程度上决定了频率计的频率测测量精度。当要求频率测量精度高时,应使用晶体振荡器通过分频获得。时基信号可由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器,经整形分频后,产生一个标准的时基信号,作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门,作为计数器的时钟信号。
计数显示电路:在闸门电路导通的情况下,开始计数被测信号中有多少个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完成后,此时要使数码管显示计数完成后的数字。
控制电路:控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。
控制电路工作波形示意图
被测信号经整形后变为脉冲信号(矩形波或者方波),送入闸门电路,等待时基信号的到来。时基信号有555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器,经整形分频后,产生一个标准的时基信号,作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门,作为计数器的时钟信号,计数器即开始记录时钟的个数,这样就达到了测量频率的目的。