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电子发烧友 电子技术论坛 第 2 节 数字频率计设计 [学习要求] 了解数字频率计测频率与测周期的基本原理；熟练掌握数字频率计的设计与 调试方法及减小测量误差的方法。 [重点与难点] 重点：数字频率计的组成框图和波形图。 难点：时基电路和逻辑控制电路。 [理论内容] 一、数字频率计测频率的基本原理 所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s) 内变化的次数。若在一定时间间隔 T 内测得 这个周期性信号的重复变化次数为 N ，则其频率可表示为 f=N/T ( 1) 图 1 数字频率计的组成框图和波形图 图 1(a)是数字频率计的组成框图。被测信号vx 经放大整形电路变成计数器所要求的脉 冲信号I ，其频率与被测信号的频率f x 相同。时基电路提供标准时间基准信号II ，其高电平 持续时间t1=1 秒，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数， 直到l秒信号结束时闸门关闭，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f x =NHz 。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上 的数字稳定；二是产生清“0 ”脉冲V ，使计数器每次测量从零开始计数。各信号之间的时 序关系如图 1(b)所示。 电子发烧友 电子技术论坛 二、数字频率计的主要技术指标 1、频率准确度 f ⎛ f ⎞ ∆ 1 ∆ 一般用相对误差来表示，即 f xx ±⎜⎜⎝Tfx + f cc ⎠⎟⎟ 1 ∆N ±1 式中， 为量化误差(即±1 个字误差) ，是数字仪器所特有的误差，当 Tfx N N ∆ f c ∆T 闸门时间T 选定后，f x 越低，量化误差越大； 为闸门时间相对误差，主要由时 f c T ∆f c 1 基电路标准频率的准确度决定， 〈〈 。 f c Tfx 2 、频率测量范围 在输入电压符合规定要求值时，能够正常进行测量的频率区间称为频率测量范围。频率 测量范围主要由放大整形电路的频率响应决定。 3、数字显示位数 频率计的数字显示位数决定了频率计的分辨率。位数越多，分辨率越高。 4 、测量时间 频率计完成一次测量所需要的时间，包括准备、计数、锁存和复位时间。 三、数字频率计的电路设计与调试 1.基本电路设计 数字频率计的基本框图如图 2 所示，各部分作用如下。 ① 放大整形电路 放大整形电路由晶体管 3DG100 与 74LS00 等组成。其中 3DGl00 组成放大器将输入频率 为f x 的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门 74LS00 构成施密特触发器，它对放 大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。 ② 时基电路 时基电路的作用是产生一个标准时间信号 （高电平持续时间为1s），由定时器 555 构成 的多谐振荡器产生。若振荡器的频率f 1/(t +t ) 0.8Hz ，则振荡器的输出波形如图 1 中 0 1 2 电子发烧友 电子技术论坛 的波形II所示，其中t =1s ，t =0.25s 。由公式t =0.7(R +R )C和t =0.7R C，可计算出电阻R 、 1 2 1