毕业论文：频率计的设计

输入信号为低电平时，没有时钟脉冲输出为高电平时输出时钟信号，对其进行记数，假设为，就可以计算出脉宽，为，即。

将参考信号整形为方波信号，并以此信号为基准，延时产生另个同频的方波信号，再通过波形变换电路将方波信号还原成正弦波信号。

以延时的长短来决定两信号间的相位值。

这种处理方式的实质是将延时的时间映射为信号间的相位值。

相位的测量则是通过将原正弦信号和移相后的信号分别经过整形后相与，由门和控制，通过定时对外部信号高电平进行计时，从而测得相与后的高电平持续时间。

再通过之前测得频率的倒数除以得到它们时间差，由，算出即为相位滞后角显示模块这部分由个位数据锁存器以及位数码显示管组成，在电路中能起到大电流输出和高压输出作用，专门用来驱动继电器的芯片。

当为高电平，即时，位锁存器工作，当时序由高电平变为低电平时即发生负跳变时，将位选信号锁存，再经过进行位选。

当为高电平，即时，数据通过口，当时序由高电平变为低电平时即发生负跳变时，经锁存，段锁存器工作，再经过延时，就能够将我们所要显示的频率或相位按照我们的要求显示出了。

锁存器电路见图。

显示模块电路见图。

图显示模块电路图段锁存器位锁存器片选模块片选模块电路见图。

片选译码器图片选模块电路图这模块由线译码器和四输入或非门组成。

通过译码器，将路信号译码，，，所得信号，与信号相或非来控制锁存器的工作情况，，。

电源输入模块电源模块电路见图。

电源输入连接器电源输入图电源输入模块电路图这部分电路由连接器，电源输入组成，为系统提供可靠稳定的电源。

电路参数的计算及元器件的选择显示部分见图，因为本组所测频率范围为到，共需个八位数码显示管，所以选用了两组个的显示管。

在移相整形部分见图，采用电阻，用电阻，用电阻，用电阻，用电容。

在片选部分见图选用作译码器，选用对输出信号进行或非处理产生片选信号。

元器件见表所示。

表元器件选择表特殊器件的介绍的介绍为八进制态非反转透明锁存器，是高性能硅门器件。

器件的输入是和标准输出兼容的加上拉电阻，他们能和输出兼容。

当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的即输出同步。

当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。

其特点有输出能直接接到，和接口上类别型号封装个数排阻电位器二极管三极管电容极性电容晶振继电器显示器按键连接器扁头电源输入程序下载口电源模块电阻操作电压范围低输入电流器件的高噪声抵抗特性其引脚图如图。

图著的提高，并学会了如何将自己所学的运用于实践之中，本系统所涉及的东西几乎涵盖了大学所学的各个方面的知识，如电子技术电路原理程序设计基础检测与转换单片机等，可以说，没有大学前三年的系统学习本设计几乎是不可能完成的，尽管下半年就将毕业，但是学习却是终身受益的事情，只有不断学习才能不断进步，只有不断的将所学运用于实践，才能检验出所学是否正确，自己是否真的掌握。

本系统还有很多有待提高之处，这需要在以后的学习中完善自己的知识不断补充。

在本次课程计完成之际，首先要感谢我组的指导老师，从课题选择到具体的设计过程，无不凝聚着老师的心血和汗水，设计期间，老师为我们提供了种种专业知识上的指导和些富于创造性的建议，没有这样的帮助和关怀，我们不会这么顺利的完成这次设计。

在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

其次，设计的顺利完成，也离不开其它各位老师同学和朋友的关心和帮助。

在整个的课程设计中，各位老师同学和朋友积极的帮助和意见，在他们的帮助下，课程设计得以不断的完善，最终完成。

通过这次课程设计，我们学会了把书本上的理论知识如何运用到实践中，在以后的生活学习中，我们也将不断努力创新。

参考文献谭浩强程序设计教程北京清华大学出版社，谭浩强程序设计第三版北京清华大学出版社，郭惠吴讯单片机语言程序设计完全自学手册北京电子工业出版社，张毅刚单片机原理及应用北京高等教育出版社，谢自美电子线路设计实验测试第三版武汉华中科技大学出版社，古天祥电子测量原理北京机械工业出版社，康华光电子技术基础模拟部分第五版北京高等教育出版社，康华光电子技术基础数字部分第五版北京高等教育出版社，欧伟明电子信息系统设计西安西安电子科技大学出版社，附录系统的电路原理图电源输入或连接器片选译码器段锁存器位锁存器单片机接口电源输入程序下载接口附录图录频率仿真图附录相位仿真图附录系统实物总图附录程序代码头文件定义数据口地址口，写信号低电平有效低位中位高位头文件函数库延时函数延时级显示函数，先将段码通过口送出经锁存，再将位码通过口输出经，输出位码写壮态送入数据打开数据锁存器对所得数据信号频率或者相位进行处理键盘扫描程序，通过向口输出，通过判断口的信号是否发生了改变，如果发生了改变，考虑到键盘的抖动，通过延时后，再次判断口的值，并将口的键值返回到主程序计数器方式，调接键盘扫描程序判断键值，如果为，则进行测试频率的操作调用测频函数调用数据处理函数显示频率判断键值，如果为，则进行测试相位的操作引言在电子技术中，频率是最基本的参数之，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。

在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。

频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。

在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。

在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。

测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有精度高使用方便测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之。

相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量。

常应用在科学领域，如数学物理学电学等。

交流电的大小和方向是随时间变化的。

两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫做相差。

这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。

随着科学技术飞速发展，对频率相位的可靠性输出精度要求越来越高，利用单片机设计制作的数字频率相位测量仪就显示出其优越性。

功能切换由面板上的按键控制单片机实现，给电路实验带来极大的方便，提高了工作效率。

本次设计是以单片机为控制核心的频率及相位测试仪。

本次设计可完成对信号频率的频率测量和相位差测量。

要求测量频率的范围为到，相位的范围为到。

可通过按键实现测频或测相，用数码管直接显示读数，显示清晰直观。

误差小，稳定性高。

总体方案设计方案比较方案方案的结构框图如下图所示。

图方案方框图方案二方案二的结构框图如下图所示。

图方案二方框图方案论证本设计要完成信号频率的测量和相位差的测量。

设计中有两路输入信号，也是被测量信号，它们是两个频率相同的正弦信号，频率范围为到，幅度为到可以扩展到到，但两者幅度不定相等。

整形电路整形电路移相电路待测信号待测信号输入信号键盘控制切换显示整形电路整形电路显示待测信号待测信号令正弦信号为，式中称为幅值最大值，且，称为有效值称为相位，称为初相位，称为角频率。

称为正弦量的三要素。

方案和方案二的比较见表。

表方案和方案二的比较只有两个同频率的正弦信号才有相位差的概念。

不妨令两个同频率的正弦信号为则相位差，由此可看出，相位差在数值上等于初相位之差，是个角度。

不妨令，式中是相位差对应的时间差，且令为周期信号，则有比例关系，可以推导得到此式说明，相位差与对应，可以通过测量时间差及周期信号的测量，也就是时间的测量，而时间的测量则要用到电子计数器。

信号频率的测量可以采用直接测频率的方法和周期测频率的方法。

般信号频率较高时，采用直接测频率法，而信号频率较低时，采用测周期的方法。

用直接测频率的方法获得信号频率即是让定时器计数器对外部事件计数，而让定时器计数器定时，只有在这内启动对外部事件即信号计数，则的计数值就是待测信号的频率。

用测周期的方法获得信号频率即是对进行分频后的波形中，高电平的宽度正好对应的周期，我们将此高电平信号作为单片机内部定时器的硬件启动停止信号，方案项目方案方案二芯片部分整形部分信号转换部分适配板单片机部分显示部分便可测得周期，由公式，得频率。

方案工作原理两路待测信号经整形后变成了矩形波信号和，和是同频率，不同相位的矩形波。

频率的测量对信号频率的测量可以采用直接测量法和测周期法。

般信号频率较高时采用直接测量法，而信号频率较低时用测周期法。

本设计我组采用测周期法。

由图可知，将输入信号送入单片机再对高电平进行扫描，记录在内高电平出现的次数，则就是测得的频率。

图输入信号图相位差的测量我组用个与门将两输入的待测信号比较后叠加，而输出的波形中，正脉冲宽度就是要测量的待测和待测相位差所对应的时间差，跟据公式可得相位值。

如图所示。

图相位比较图方案工作原理让实现数据的采集，即待测信号的频率两路输入信号的相位差所对应的时间差分别转换为二进制数据，供单片机读取使用。

从获取数据并经过计算转换等有关处理后，得到信号的频率和相位差并送数码管显示。

待测信号待测信号经整形电路处理后，变为矩形波，不妨令其为，可以认为为两个同频率的有相位差的矩形波。

通过对整形后的信号的处理，要获得二进制数形式表示的信号频率以及相位差对应的时间差。

频率的测量。

对频率的测量采用测周期的方法，即在信号周期时间内，对时标信号进行计数。

设时标信号的频率为，时标信号周期为，对信号二分频都得信号信号信号与门输出信号高平宽度就是信号周期，此高电平宽度作为闸门的控制信号，控制计数器在时间内对进行计数，则有，被测信号的频率为上式中计数器的计数值，当定时，它的大小表示信号频率的大小。

相位差对应的时间差的测量。

对相位差的测量跟频率测量的方法类似，不过闸门控制信号为的高电平宽度，则有的确定及其的二进制数据位数的确定。

因为相位差测量的绝对误差，而在测量时有个字的误差，对待测信号频率而言，下式成立