简易数字频率计电路图大全

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。

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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。

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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。

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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。

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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
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发布日期:2019年07月14日  所属分类:工业控制