數字頻率計

數字頻率計

數字頻率計是採用數字電路製做成的能實現對周期性變化信號頻率測量的儀器。頻率計主要用於測量正弦波、矩形波三角波和尖脈衝等周期信號的頻率值。其擴展功能可以測量信號的周期和脈衝寬度。通常說的,數字頻率計是指電子計數式頻率計。

基本介紹

  • 中文名:數字頻率計
  • 外文名:digital frequency meter
  • 用途:測量正弦波等周期信號的頻率值
  • 別稱:電子計數式頻率計
  • 優點:測量迅速,精度高,顯示直觀
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基本原理

測量頻率的方法有很多,按照其工作原理分為無源測量法、比較法、示波器法和計數法等。計數法在實質上屬於比較法,其中最常用的方法是電子計數器法。電子計數器是一種最常見、最基本的數位化測量儀器。
數字計數式頻率計能直接計數單位時間內被測信號的脈衝數,然後以數字形式顯示頻率值。這種方法測量精確度高、快速,適合不同頻率、不同精確度測頻的需要。電子計數器測頻有兩種方式:一是直接測頻法,即在一定閘門時間內測量被測信號的脈衝個數;二是間接測頻法,如周期測頻法。
由於數字電路的飛速發展和積體電路的普及,計數器的套用十分廣泛。利用電子計數器測量頻率具有精度高,顯示醒目直觀,測量迅速,以及便於實現測量過程自動化等一系列突出優點,所以該方法是目前最好的。
數字計數式頻率基本原理圖數字計數式頻率基本原理圖

主要構成

頻率計主要由四個部分構成:輸入電路、時基(T)電路、計數顯示電路以及控制電路。
頻率計主要構成頻率計主要構成
輸入電路:由於輸入的信號可以是正弦波,三角波。而後面的閘門或計數電路要求被測信號為矩形波,所以需要設計一個整形電路則在測量的時候,首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉化成矩形波。在整形之前由於不清楚被測信號的強弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當輸入信號電壓幅度較大時,通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當輸入信號電壓幅度較小時,若前級輸入衰減為零時不能驅動後面的整形電路,則調節輸入放大的增益,被測信號得以放大。
時基和閘門電路:閘門電路是控制計數器計數的標準時間信號,被測信號的脈衝通過閘門進入計數器的個數就是由閘門信號決定的,閘門信號的精度很大程度上決定了頻率計的頻率測測量精度。當要求頻率測量精度高時,應使用晶體振盪器通過分頻獲得。時基信號可由555定時器構成一個較穩定的多諧振盪器,經整形分頻後,產生一個標準的時基信號,作為閘門開通的基準時間。被測信號通過閘門,作為計數器的時鐘信號
計數顯示電路:在閘門電路導通的情況下,開始計數被測信號中有多少個上升沿。在計數的時候數碼管不顯示數字。當計數完成後,此時要使數碼管顯示計數完成後的數字。
控制電路:控制電路裡面要產生計數清零信號和鎖存控制信號。控制電路工作波形的示意圖如下圖。
控制電路控制電路
被測信號經整形後變為脈衝信號矩形波或者方波),送入閘門電路,等待時基信號的到來。時基信號有555定時器構成一個較穩定的多諧振盪器,經整形分頻後,產生一個標準的時基信號,作為閘門開通的基準時間。被測信號通過閘門,作為計數器的時鐘信號,計數器即開始記錄時鐘的個數,這樣就達到了測量頻率的目的。

優點用途

在電子技術領域,頻率是一個最基本的參數。數字頻率計作為一種最基本的測量儀器以其測量精度高、速度快、操作簡便、數字顯示等特點被廣泛套用。許多物理量,例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動、位移、速度等通過感測器轉換成信號頻率,可用數字頻率計來測量。尤其是將數字頻率計與微處理器相結合,可實現測量儀器的多功能化、程控化和智慧型化.隨著現代科技的發展,基於數字式頻率計組成的各種測量儀器、控制設備、實時監測系統已套用到國際民生的各個方面。

舉例

若在一定時間間隔T內測得這個周期性信號的重複變化次數N,則其頻率可表示為f=N/T。其中脈衝形成電路的作用是將被測信號變成脈衝信號,其重複頻率等於被測頻率fx。時間基準信號發生器提供標準的時間脈衝信號,若其周期為1s,則門控電路的輸出信號持續時間亦準確地等於1s。閘門電路由標準秒信號進行控制,當秒信號來到時,閘門開通,被測脈衝信號通過閘門送到計數解碼顯示電路。秒信號結束時閘門關閉,計數器停止計數。由於計數器計得的脈衝數N是在1秒時間內的累計數,所以被測頻率fx=NHz。

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