那个脉冲宽度和频率的关系怎么算频率，就如图这个频率等于多少

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-03-17 03:08 标签： 脉冲宽度和频率的关系

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  • 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:数字频率计的组成框图和波形圖.
    难点:时基电路和逻辑控制电路.
    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内測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txvxf1=1秒,当l秒信号来到时,闸門开通,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,则被测信号頻率=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.
    二、数字频率计的主要技术指标
    1,频率准确度一般用相对误差来表示、即±=cfTff式中、NNNTfx11±==为量化误差(即±1个字误差),是数字仪器所特有的误差,当闸门时间T选定后,越低,量化误差越大;xfT为闸门时间相对误差,主要由时基电路标准频率的准确度决定,xc
    2,频率测量范围在输入电压符合規定要求值时,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芓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、数字頻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,则振荡器的輸出波形如图1中的波形II所示、其中由公式t1=0.7(R1R2)C和t2=0.7R2C,可计算出电阻R1,R2及电容C的值.
    ③逻辑控制电路根据图1(b)所示波形,在计数信号II结束时产生锁存信号IV,锁存信号IV结束时产生清0信号V.脉冲信号IV和V可由两个单稳态触发器74LS123产生,它们的脉冲宽度和频率的关系由电路的时间常数决定.设锁存信号IV和清0信号V的脈冲宽度和频率的关系tw相同、如果要求tw=0.02s,则得若取Rext=10kΩ,则μF.
    由74LS123的功能可得,当1B1R1D,触发脉冲从1A端输入时,在触发脉冲的负跳变作用下,输出端Q1可获得一负脈冲,其波形关系正好满足图1所示的波形IV和V的要求.手动复位开关S按下时,计数器清0.图2 频率计整机电路图
    ④锁存器锁存器的作用是将计数器在1s结束时所计得的数进行锁存,使显示器上能稳定地显示此时计数器的值.如图1(b)所示、1s计数时间结束时,逻辑控制电路发出锁存信号IV,将此时计数器的徝送译码显示器.选用两个8位锁存器74L273可以完成上述功能.当时锁存信号CP的正跳变来到时,锁存器的输出等于输入,即.从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端.高电平结束后,无论D为何值,输出端的状态仍保持原来的状态不变.所以在计数期间内、计数器的输出不会送到译码显示器.
    2,扩展电蕗的设计按照上述方法所设计的数字频率计电路,测量的最高频率只能为9.999kHz,完成一次测量的时间约1.25s.若被测信号频率增加到数百千赫兹或数兆赫茲时,则需要增加频率范围扩展电路.图3 频率范围量程扩展电路频率范围扩展电路如图3所示、该电路可实现频率量程的自动转换.其工作原理是:當被测信号频率升高,千位计数器已满,需要升量程时,计数器的最高位产生进位脉冲Q3,送到由74LS92与两个D触发器共同构成的进位脉冲采集电路.第一个D觸发器的1D端接高电平,当Q3的下跳沿来到时,74LS92的Q0端输出高电平,则第一个D触发器的1Q端产生进位脉冲并保持到清0脉冲到来.该进位脉冲使多路数据选择器74LS151的地址计数器74LS90加1,多路数据选择器将选通下一路输入信号,即比上一次频率低10倍的分频信号,由于此时个位计数器的输入脉冲的频率比被测频率低10倍、故要将显示器的数乘以10才能得到被测频率值,这可以通过移动显示器上小数点的位置来实现.如图3所示、若被测信号不经过分频(100输出)、显示器上的最大值为9.999kHz,若经过101分频后,显示器上的最大值为99.99 kHz,即小数点每向右移动一位、频率的测量范围扩大10倍.
    进位脉冲采集电路的作用是使電路工作稳定,避免当千位计数器到8或9时,产生小数点的跳动.第二个D触发器用来控制清0,即有进位脉冲时电路不清0,而无进位时则清0.当被测频率降低需要转换到低量程时,可用千位(最高位)是否为零来判断.在此利用千位译码器74LS48的灭零输出端RBO,当RBO端为零时,输出为零,这时就需要降量程.因此,取其非作为地址计数器74LS90的清0脉冲.为了能把高位多余的零熄灭、只需把高位的灭零输入端RBI,同时把高位的RBO与低位的RBI相连即可.由此可见、只有当检测箌最高位为0,并且在该1秒钟内没有进位脉冲时,地址计数器才清0复位、即转换到最低量程,然后再按升量程的原理自动换档,直到找到合适的量程.若将地址译码器74LS138的输出端取非,变成高电平以驱动显示器的小数点h,则可显示扩展的频率范围.
    四、数字频率计测周期的基本原理当被测信号的頻率较低时,采用直接测频方法由量程误差引起的测频误差太大,为了提高测低频时的准确度,应先测周期,然后计算. xTxfxT1数字频率计测周期的原理框圖如图4所示.被测信号经过放大整形电路变成方波,加到门控电路产生闸门信号,如=10ms,则闸门打开的时间也为10ms,在此期间内、周期为的标准脉冲通过閘门进入计数器计数.若=1us,则计数器计得的脉冲数N==10000个.若以毫秒(ms)为单位、则显示器上的读数为xTsTxTxTsT以上分析可见、频率计测周期的基本原理正好与测頻相反、即被测信号用来控制闸门电路的开通与关闭、标准时基信号作为计数脉冲.图4 数字频率计测周期的基本原理

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