频率计一、频率计的基本原理：频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。

其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T（如右图所示）。

频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。

在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。

主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。

在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。

二、频率计的应用范围：在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。

频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。

正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。

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。

三、频率计厂商介绍：目前，市场上的频率计厂家可分为三类：中国大陆厂家、中国台湾厂家、欧美厂家。

其中，欧美频率计厂家所占有的市场份额最大。

欧美频率计厂家主要有：Pendulum Instruments 和Agilent科技。

Pendulum Instruments 公司是一家瑞典公司，总部位于瑞典首都斯德哥尔摩。

Pendulum 公司源于Philips公司的时间、频率部门，在时间频率测量领域具有40多年的研发生产经历。

Pendulum Instruments 公司常规频率计型号主要有：CNT-91、CNT-90、CNT-81、CNT-85。

同时，Pendulum Instruments公司还推出铷钟时基频率计CNT-91R、CNT-85R。

以及微波频率计CNT-90XL（频率测量范围高达60G）。

Agilent科技公司是一家美国公司，总部位于美国的加利福尼亚。

Agilent科技公司成立于1939年，在电子测量领域也有着70多年的研发生产经历。

Agilent科技公司的常规频率计信号主要有：53181A、53131A、53132A。

同时，Agilent科技公司还推出微波频率计：53150A，53151A，53152A（频率测量范围最高可达46G）4.2.3简易数字频率计电路设计数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。

如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。

因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。

一、设计目的1. 了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理；2. 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。

二、设计任务与要求要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示，具体指标为：1.测量范围：1HZ—9.999KHZ，闸门时间1s；10 HZ—99.99KHZ，闸门时间0.1s；100 HZ—999.9KHZ，闸门时间10ms；1 KHZ—9999KHZ，闸门时间1ms；2.显示方式：四位十进制数3. 当被测信号的频率超出测量范围时,报警.三、数字频率计基本原理及电路设计所谓频率，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 fx=N/T 。

因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。

可见数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成，总体结构如图4-2-6：图4-2-6数字频率计原理图从原理图可知，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fx相同。

时基电路提供标准时间基准信号Ⅱ，具有固定宽度T的方波时基信号II作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入，被测信号频率为fx,闸门宽度T，若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N/THz。

可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择,选择T大一些,测量准确度就高一些,T小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确.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。

1.放大整形电路放大整形电路可以采用晶体管 3DGl00和74LS00，其中3DGl00组成放大器将输入频率为fx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标准的时间信号，可以由555组成的振荡器产生，若时间精度要求较高时，可采用晶体振荡器。

由555定时器构成的时基电路包括脉冲产生电路和分频电路两部分。

（1）555多谐振荡电路产生时基脉冲采用555产生1000HZ振荡脉冲的参考电路如图4-2-7所示。

电阻参数可以由振荡频率计算公式f=1.43/((R1+2R2)*C)求得。

（2）分频电路由于本设计中需要1s、0.1s、10ms、1ms四个闸门时间，555振荡器产生1000HZ，周期为1ms的脉冲信号，需经分频才能得到其他三个周期的闸门信号，可采用74LS90分别经过一级、二级、三级10分频得到。

图4-2-7 555多谐振荡电路3. 逻辑控制电路在时基信号II结束时产生的负跳变用来产生锁存信号Ⅳ，锁存信号Ⅳ的负跳变又用来产生清“0”信号V。

脉冲信号Ⅳ和V可由两个单稳态触发器74LSl23产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。

触发脉冲从B端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端Q可获得一正脉冲, Q非端可获得一负脉冲，其波形关系正好满足Ⅳ和V的要求。

手动复位开关S按下时，计数器清“ 0 ”。

参考电路如图4-2-8图4-2-8数字频率计逻辑控制电路4.锁存器锁存器的作用是将计数器在闸门时间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．闸门时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号Ⅳ，将此时计数器的值送译码显示器。

选用8D锁存器74LS273可以完成上述功能．当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。

从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。

正脉冲结束后，无论D为何值，输出端Q的状态仍保持原来的状态Qn 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．5.报警电路本设计要求用4位数字显示，最高显示为9999。

超过9999就要求报警，即当千位达到9（即1001）时，如果百位上再来一个时钟脉冲（即进位脉冲），就可以利用此来控制蜂鸣器报警。

电路如图4-2-9：图4-2-9 数字频率计报警电路四、调试要点1.通电准备打开电源之前，先按照系统原理图检查制作好的电路板的通断情况，并取下电路板上的集成块，然后接通电源，用万用表检查板上的各点电源电压值，之后再关掉电源，插上集成块。

2.单元电路检测接通电源后，用双踪示波器 ( 输人耦合方式置 DC 档 ) 观察时基电路的输出波形，看其是否满足设计要求，若不符合，则调整R1和R2。

然后改变示波器的扫描速率旋钮，观察 74LSl23 的第13 脚和第10 脚的波形是否为锁存脉冲Ⅳ和清零脉冲 V 的波形。

将 4 片计数器 74LS90 的第 2 脚全部接低电平，锁存器 74LS273 的第11 脚都接时钟脉冲，在个位计数器的第 14 脚加入计数脉冲，检查 4 位锁存、译码、显示器的工作是否正常。

3.系统连调在放大电路输入端加入Vpp=1v ，f=1kHz 的正弦信号，用示波器观察放大电路和整形电路的输出波形，应为与被测信号同频率的脉冲波，显示器上的读数应为1000Hz 。

五、总结报告1.总结数字频率计设计、安装与调试过程。

2.分析安装与调试中发现的问题及故障排除的方法。

3.分析减小测量误差的方法。

各种电感的计算公式加载其电感量按下式计算:线圈公式:阻抗(ohm) = 2 * 3.14159 * F(工作频率) * 电感量(mH)，设定需用 360ohm 阻抗，因此：电感量(mH) = 阻抗 (ohm) ÷ (2*3.14159) ÷ F (工作频率) = 360 ÷ (2*3.14159) ÷ 7.06 = 8.116mH据此可以算出绕线圈数：圈数 = [电感量* { ( 18*圈直径(吋)) + ( 40 * 圈长(吋))}] ÷圈直径 (吋)圈数 = [8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ÷ 2.047 = 19 圈空心电感计算公式：L(mH)=(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H)D------线圈直径N------线圈匝数d-----线径H----线圈高度W----线圈宽度单位分别为毫米和mH。

空心线圈电感量计算公式:l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44)线圈电感量 l单位: 微亨线圈直径 D单位: cm线圈匝数 N单位: 匝线圈长度 L单位: cm频率电感电容计算公式:l=25330.3/[(f0*f0)*c]工作频率: f0 单位:MHZ 本题f0=125KHZ=0.125谐振电容: c 单位:PF(本题建义c=500...1000pf 可自行先决定,或由Q值决定)谐振电感: l 单位: 微亨线圈电感的计算公式:1。

针对环行CORE，有以下公式可利用: (IRON)L=N2．AL L= 电感值（H）H-DC=0.4πNI / l N= 线圈匝数(圈)AL= 感应系数H-DC=直流磁化力 I= 通过电流(A)l= 磁路长度（cm）l及AL值大小，可参照Micrometal对照表。

例如: 以T50-52材，线圈5圈半，其L值为T50-52(表示OD为0.5英吋)，经查表其AL值约为33nHL=33．(5.5)2=998.25nH≒1μH当流过10A电流时，其L值变化可由l=3.74(查表)H-DC=0.4πNI / l = 0.4×3.14×5.5×10 / 3.74 = 18.47 （查表后）即可了解L值下降程度(μi%)2。