文 献 综 述

一．选题的背景、目的和意义

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并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，因此频率的测量就显得更为重要。数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字，显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精度高，显示直观，所以经常要用到数字频率

在许多情况下，要对信号的频率进行测量，利用示波器可以粗略测量被测信号的频率，精确测量则要用到数字频率计。数字显示频率计是一种数字显示的测量频率的仪器。他不仅可以测试数字电路中的方波信号，还可以测量正弦信号和多种物理量的变化频率，诸如电机转速、发光体的闪光次数、机械振动次数等，这些物理量需经光电耦合传感器件或经相关的传感器先转变成周期变化的信号，然后用频率计测量单位时间内信号的变化次数，再用数码显示出来。因此，数字频率计在我们日常学习和研究中所起的作用越来越重要，是我们不可缺少的工具。

单片机数字频率计以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点，广泛地应用于各种智能仪器中，这些智能仪器的操作在进行仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化，传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要的键，省掉很多烦琐的人工调节，智能仪器通常能自动选择量程，自动校准。有的还能自动调整测试点，这样不仅方便了操作，也提高了测试精度。而采用的LCD液晶显示器能够清楚地显示出测得的实验结果，直观明了

二、方案比较与选择

方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描把测出的数据送到数字显示电路显示。原理图如下

图（2-1）

方案二：本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分。原理图如下

图（2-2）

2.2方案论证

方案一：模拟信号经过比较器转换成数字信号发送给单片机，单片机通过外部中断采集这个数字信号，触发内部计时器记时，在下一次的中断触发后停止计时器，继而计算出信号频率。最后通过LCD显示反应给用户，做到人机交换。

方案二：本方案使用大量的数字器件，被测量信号放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率于被测信号的频率相同。同时时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率FX=NHZ。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，是显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。

2.3方案选择方案选择方案选择方案选择

比较以上两种方案可以知道，方案一得核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，调试简单只要改变程序的设定值则可以实现不同频率范围的测试能自动选择测试的量程。与方案一相比较方案二则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。如要测量高频的信号还需要加上分频电路，价格相对高了点。基于上述，所以选择了方案一

三、国内外研究概况及发展趋势

由于当今社会的需要，对信息传输和处理的要求不断提高，对频率的测量的精度也需要更高更准确的时频基准和更精密的测量技术。而频率测量所能达到的精度，主要取决于作为标准频率源的精度以及所使用的测量设备和测量方法。目前，测量频频的方法有直接测频法、内插法、游标法、频差倍增法等等。直接测频的方法较简单，但精度不高。频差倍增多法和周期法是一种频差倍增法和差拍法相结合的测量方法，这种方法是将被测信号和参考信号经频差倍增使被测信号的相位起伏扩大，再通过混频器获得差拍信号，用电子计数器在低频下进行多周期测量，能在较少的倍增次数和同样的取样时间情况下，得到比测频法更高的系统分辨率和测量精度，但是仍然存在着时标不稳而引入的误差和一定的触发误差。

在电子系统广泛的应用领域中，到处看见处理离散信息的数字电路。供消费用的冰箱和电视、航空通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中都用到数字技术。 数字频率计是现代通信测量设备系统中必不可少的测量仪器，不但要求电路产生频率的准确度和稳定度都高的信号，也要能方便的改变频率。 数字频率计的实现方法主要有：直接式、锁相式、直接数字式和混合式

（1） 直接式

优点：速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。

（2） 锁相式

优点：相位同步的自动控制，制作频率高，功耗低，容易实现系列化、小型化、模块化和工程化

四、参考文献

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一．本课题研究的内容、目的

1、设计内容：数字频率计

2、掌握电子线路系统的设计方法、装调技术；

3、电路主要性能指标：输入信号频率：1Hz#8212;10kHz

输入信号：正弦波、方波、三角波

时基：1us,10us,100us,1ms

6位数字显示

4、使用上升沿触发

5、用LCD显示频率值

6、利用portuse进行仿真

7、以单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进,分为以下几个模块：模拟数字量转换模块、核心模块ATmega8单片机、LCD液晶显示模块、系统供电模块

二、各模块功能

模拟数字量转换模块：利用比较器固定比值，将模拟量转换成数字TTL信号

核心模块ATmega8单片机：采集频率信号，转换，处理并发送数据至LCD

LCD液晶显示模块：显示采集数据，并实现人机交互界面

系统供电模块：为单片机与LCD以及其他附属器件提供稳定的电源

三、研究手段

使用比较器将被测信号与基准电平进行比较，高于基准电压的信号输出TTL电平1，反之输出0。

这样就使得被测试信号转变为单片机可识别的TTL信号，而这个TTL信号又是由基准电压与被测试信号比较产生，所以两者频率一致。

利用单片机外部中断准确采集TTL信号的频率。

并由单片机做控制器，将频率显示输出在LCD上

其中为了使系统简单易用，使用单片控制器ATmega8来做整个系统。

通过LCD显示，实现人机交互。

四、硬件系统框图

根据设计思想画出硬件系统框图如下。

简单说明：

模拟信号经过比较器转换成数字信号发送给单片机，单片机通过外部中断采集这个数字信号，触发内部计时器记时，在下一次的中断触发后停止计时器，继而计算出信号频率。

最后通过LCD显示反应给用户，做到人机交换。

五、软件工作流程图

主程序的内容包括：起始地址、中断服务程序的起始地址、有关内存单元及相关部件的初始化和一些子程序的调用等。

外部中断程序设计： 外部中断程序的功能是采集数据，在整个系统设计中占有很高的地位，时钟定时器是记录被测量的频率。当系统置好后，启动中断采集数据，启动相应的定时器，并将定时器的数值显示输出。