简易数字频率计电路图（一）
本文介绍一台采用六功能电子表改装的数字频率计，它具有造价低廉，制作调试简单，读数方便等特点，很适合于初学者自制。
工作原理：由六功能电子表（以下简称“表”）原理可知，当把“表”置于“跑表计时”工作状态时，在两次按动“ADVANCE”键后，“表”显时间就是两次按键的间隔时间。若设间隔时间为T，表显数值为M，则M=T·F/N（F为注入到表的信号频率，N为表的分频系数）。当使T=N（或T=N&TImes;10-x）时，则F=M（或F=M&TImes;10x），即表显数值M就是输入到表的信号频率F。这就是本频率计的基本工作原理。
电路如图所示。
9V电源经IC1稳压为IC2和IC3提供稳定的5V工作电源，5V电源再经R7和LED2降压为电子表提供1.5V电源。IC2和IC3等完成对表的清零和产生T=N&TImes;10-x（32.80S和3.28S）的标准按键脉冲。S2为档位转换开关，分&TImes;10和×100两档，单位为HZ；SB为测量按钮；S1‘～S3’分别是表的“MODE”、“SET”和“ADVANCE”按键。工作过程如下：接通电源，由IC2（NE555）、R1～R4和C3组成的自激振荡器振荡，IC3（CD4017）通过C5清零后开始计数，经一定时间Q9输出高电平，由于Q9与EN端相接，IC3计数停止。此后按动S1‘把表转换至“跑表计时”状态。测量时，被测信号接到A和B两端，S3置测量位，信号经R11、D1和D2限幅后通过C7耦合到表，按动SB，Q9的高电平使IC3清零并再次计数。随着IC2脉冲的不断输入，IC3的Q1～Q9依次输出高电平。在Q1输出高电平时，相当于按了一下S2’键，表清“0”（显示为0:00oo）；在Q3输出高电平时，相当于按了一下S3‘键，表开始计时（实则计数）；在Q8输出为高电平时，相当于又按了一下S3’键，表计时停止。此时表显数值就是在IC2输出5个脉冲周期内所进入到表内的脉冲个数（即频率）。在Q9输出高电平时，IC3计数停止，完成一次测量过程。R8～R10、LED3和LED4用于限制输入到表“键”控端的电压；LED1用于测量指示，在测量完毕后发光，以示测量时间已到，可以读数。
元件选择：S1为电源开关，S2和S3选单刀双掷小型拨动开关，SB为测量按钮开关。为保证测量的稳定性能和精度，C3需选择漏电流较小耐压在16V的钽质电容，R1～R2最好用1/4W的金属膜电阻器，R3和R4用1/2W的51K线性微调电位器。为方便于安装，电子表需用带“跑表”功能的BP机式电子表。其它元件的选择如图所注。
制作与调试：打开电子表后壳细心拆下线路板，找到表的电源（+）和（-）极，以及“SET”和“ADVANCE”按键的接点，作好标识设法用细软线引出表壳外，再把内部晶振的一个端点与线路板脱开，参照电路图连接小型开关S3并把S3固定在表壳一侧（表内一侧正好有此空间），将各引出线与主线路板连接好并恢复电子表机壳后就可进行调试。调整：接通电源，把表置“跑表计时”工作状态，S3置校准位，按动SB进行校准。S2在×10位时，调R3使表显值为32.80S（理论值为32.768S）；S2在×100位时调R4使表显数值为3.28S即可。
使用与注意事项：1.测量后，表显数值与S2所在档位的乘积就是被测信号的频率，单位为HZ。S2在×10档时，误差为10HZ；S2在×100档时，误差为100HZ。在显示数值〉59.99S时，分位值应×6000后再与秒位数值相加。2.在被测信号频率较低时，表屏将不能正常显示，需待测量结束（即LED1发光）后，把S3打在校准位置进行读取。3.表到主电路板的各连线应尽量短，特别是C7到S3之间的连线最好使用屏蔽线。4.输入到表的信号最好小于1MHZ。
功能扩展：1.如欲测量较高信号频率时，可采用在限幅前加分频电路的方法进行扩展，如用一块CD4017可使量程扩展到10MHZ等。2.如把IC2等组成的振荡器中的电容，电阻（或电感）换成待测元件，依据振荡器的脉冲周期T与元件参数成正比的关系，用它就可测量上述元件的参数值了。
简易数字频率计电路图（二）
本文利用前置分频器SAB6456A和高速数字分频器74HC390的分频功能，结合新型的MSP430F449单片机，给出了一种新颖的、全自动的数显测量射频频率的设计方案。
图1 信号的前端处理及分频电路
主要器件介绍
MSP430F449单片机
MSP430F449 采用16位RISC结构，具有丰富的片内外设和大容量的片内工作寄存器和存储器，性能价格比很高。它的特点包括：
· 超低的功耗：能够在1.8V~ 3.6V的电压下工作；具有工作模式（AM）和5种低功耗模式（LPM）。在低功耗模式下，CPU可以被中断唤醒，响应时间小于6ps。
· 较强的运算能力：16位的RISC结构，丰富的寻址方式；具有16个中断源，可以任意嵌套；在8MHz时钟驱动下指令周期可达125ns； 内部包含硬件乘法器和大量寄存器，以及多达64KB的Flash程序空间和2KB的RAM，为存储数据和运算提供了保证。
· 丰富的片上外设：包括看门狗定时器，基本定时器，比较器，16位定时器（TA、TB），串口0、1，液晶显示驱动器，6个8位的I／O端口，12位ADC （最高采样率200kHz）等。丰富的片上外设可以很方便地构建一个较为完整的系统。另外，充分利用计数器的多路任意波形产生功能和中断控制功能，保证了一些复杂的时序控制任务的完成。
·方便高效的开发环境：MSP430F449是Flash型器件，片内有调试接口和电可擦写的Flash存储器，可以先下载程序到Flash内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计师调试。这种方式不需要仿真器和编程器，调试十分方便。
前置分频器SAB6456A
SAB6456A是专为UHF/VHF设计的前置分频器。内部的MCpin为分频控制端，可对频率范围为70MHz-1GHz的信号进行64/256分频，当MC pin开路时为64分频；当MC pin接地时为256分频。有较高的灵敏度和较强的谐波抑制能力。
图2 单片机外围电路
工作原理
该设计主要分两部分：分频和计数。首先，输入信号限幅后经SAB6456A分频，256分频后的信号再经两片74HC390高速分频器进行1000分频，此时模拟信号变为低频数字信号，频率在10kHz以下；其次，分频后的信号直接接入MSP430F449单片机，利用内部的16位定时器A来定时和计数。该定时器可分为几个部分：计数器部分，捕获/比较寄存器及输出单元。其中，计数器有4种工作模式，3个捕获/比较寄存器。利用计数器的连续计数模式和上升沿捕获模式，在定时器中断中计数N个脉冲信号时间，再除N得到频率。
硬件设计
图1为信号的前端处理及分频设计。输出后的信号再经两片SN74HC390分频，SN74HC390是高速分频器件，最高分频频率为50MHz。每片 SN74HC390可实现100分频，采用两片串联，可实现对信号的1000分频，经分频后的数字信号频率较低，约4kHz以下，可由单片机直接计数。
图2为单片机外围电路，包括复位电路，电源电路和单片机工作必须的晶振。晶振有8MHz和32.768kHz两种，8MHz 作为定时器A的计数器输入时钟源；32.768kHz 作为数码管的显示频率。74LS373为D型锁存器，5V单电源供电，因输出电流足够大，也可以直接驱动共阴极LG3631AH型数码管。
软件设计
将分频的输出端OUT接至单片机的频率输入端，程序开始先延时一段时间，待信号稳定。开捕获中断和定时器A，在定时器A 中断中计数N个脉冲，测量结束后得到N个脉冲的时间，然后除N得到脉冲的频率，乘以分频系数得到实际频率并显示，经过短暂延时后重新测量，如此循环测量并显示。
在测量频率时，为保证精度要关掉LED显示，所以，对于频率较低的信号会发生LED闪烁的情况，解决办法是测量较少个脉冲以减少平均测量时间或减少延时。
采用动态扫描显示，动态扫描显示的原理是：由P4向各个位轮流输出扫描信号，使每一位瞬间只有一个数码管被选通，然后由P3向该位输入显示的字型码，驱动该位字形段显示字形。这样，在P3送出的码段和P4送出的位段的配合下，使各个数码管轮流显示各自的字形，每位的显示时间要超过1ms，这样人眼就感觉不到闪烁了。
测量主程序如下：
void frequency_measure（void）
{float tmp，tmp1;
key_flag=0;//按键标志清0
P1OUT|=BIT0;
Delay（1000）; file://延时一段时间等待信号稳定
while（1）
{ IE2&=~0X80; file://关BT，关LED
firstflag=1;//开始测量第一个脉冲
TACTL|=TAIE; file://开捕获
CCTL1|=CCIE;//开timer a
while （f_ok_flag==0）;//等待测量结束
f_ok_flag=0;
if （aa1》aa2）
overflow=overflow-1;
tmp=aa2-aa1;
tmp1=40.0/（overflow*0.008191875+（tmp/8000000.0））;
result=tmp1*0.256;
IE2|=0X80;//开BT，开LED
yanshi（2，2）;//可以修改这里的参数，越大表示延时越长，太小的话LED就会变暗
CCTL1&=~CCIE;//关捕获
TACTL&=~TAIE;//关timer a
return;
}
}
流程图如图3所示。
图3 主程序流程
结语
本文给出的硬件和软件均经过实践检验，使用该测量仪器所测结果精度较高。该测量仪器价格较低，结构简单，是一种经济型的频率测试仪。
技术专区
- sub-6GHz非独立式的5G NR网络测试
- LabVIEW的数控机床网及汽车仪表检测仪设计文献
- 关于示波器设置的抖动完美测量
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