专利名称：等精度全自动频率计的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子测量仪器领域，涉及一种频率计。
频率计的性能主要取决于测量精度和测量功能。现有频率计的测量精度又取决于两个因素，其一是计数时产生的尾数固有量化误差(即尾数±1量化误差)，使得频率测量精度与被测频率成反比，这是低频测量时的主要误差源；其二是时基准确度，可通过采用合适准确度的时基合理解决。为了减小第一种误差因素的影响，一个改进的做法是通过增加闸门时间来解决，如中国专利CN88218329.X公开的高精度智能频率计中就是采用这种方法来实现的，但是这种做法一是效率低、浪费时间，二是其精度提高很有限，如100S采样的分辨率也只能达到0.01Hz，三是测得的频率值为较长时间的平均值，有些场合不能满足使用要求。
同时，现有高精度频率计测量时不能全自动化，即不能实现等精度的全自动测量，使用不方便。
本实用新型的目的是提供一种低成本、等精度的全自动频率计，能够实现高精度、等精度、全自动频率测量(有的称之为“傻瓜频率计”)，具有设计巧妙、实施容易、成本低廉、测量时间短、测量精度高、测量功能强的优点，适合于各种电信号的频率测量。
实现本实用新型的技术方案是，它由放大整形电路、闸门电路、计数电路、同步电路、计时电路、时基电路、CPU电路和显示电路组成，其特征在于(1)同步电路由一个JK触发器和一个反相器组成，JK触发器的J端和K端分别与反相器的输入端和输出端相连，JK触发器的J端与CPU电路的I/O端相连，JK触发器的CK端与放大整形电路的输出端相连，JK触发器的输出端与闸门电路、计时电路和CPU电路相连；(2)放大整形电路采用超宽频带前置放大电路形式。
本实用新型能够实现等精度频率测量的关键是闸门电路由同步电路控制，并且同步电路输出的控制信号的上升沿与放大整形后的待测信号的前端脉冲的下降沿同步，而该控制信号的下降沿与放大整形后的待测信号的某个脉冲的下降沿同步，从而使得闸门电路开启时间为待测信号的周期的整倍数，进而保证计数时不产生尾数固有的量化误差(即尾数±1量化误差)，待测信号的频率值f＝N/T，其中N为闸门电路开启时间里的脉冲个数，T为闸门电路开启时间，这种方法的频率测量精度与待测信号的频率高低无关，由闸门电路开启时间的测量精度决定，从而实现对高低频信号具有同样的测量精度——等精度测量。
本实用新型的全自动功能是在等精度测量的前提下，由超宽带前置放大整形电路自动适应各种幅度大小的待测信号，并由存入CPU电路的配套软件实现自动换量程功能。
本实用新型的简要工作原理进一步说明如下待测信号从放大整形电路输入端输入，放大整形电路输出为标准的TTL数字信号，闸门电路的开启时间受同步电路控制，同步电路同时控制计时电路，以使计时和计数的起止时间与闸门电路开启时间同步，计数电路、计时电路、显示电路通过数据总线形式与CPU电路相连，在同步电路发出中断请求时，CPU电路读入和处理计数电路和计时电路中的数据，经高精度浮点运算处理后就可得到等精度的待测信号频率数据，并按测出的频率大小由软件控制自动选择量程，最后送到显示电路显示。
开始测量时，CPU电路的I/O端向同步电路输出高电平，当放大整形后的待测信号出现下降沿时，同步电路输出为高电平，CPU电路测出同步电路输出为高电平时，继续保持I/O端向同步电路输出高电平一段时间，该保持时间的长短为一预先设置的固定值(典型的为1S)，之后，I/O端向同步电路输出低电平，此时若放大整形后的待测信号出现下降沿时，同步电路输出低电平。
以下将结合附图对本实用新型作进一步描述。
图1是本实用新型的原理方框图。
图2是本实用新型同步电路的电原理图。
图3是本实用新型同步、计数时序逻辑图。
图4是本实用新型放大整形电路的电原理图。
图5是本实用新型软件流程图。
参见图1、图2，本实用新型由放大整形电路1、闸门电路2、计数电路3、同步电路4、计时电路5、时基电路6、CPU电路7和显示电路8组成，同步电路由一个JK触发器9和一个反相器10组成，JK触发器9的J端和K端分别与反相器10的输入端和输出端相连，JK触发器9的J端与CPU电路的I/O端相连，JK触发器9的CK端与放大整形电路1的输出端相连，JK触发器9的输出端与闸门电路2、计时电路5和CPU电路7相连，JK触发器9采用74S113，反相器10采用74LS04。计数电路3、计时电路5、显示电路8通过数据总线形式与CPU电路7相连，在同步电路4输出为低电平时，即向CPU电路发出中断请求，CPU电路7读入并处理计数电路3和计时电路5中的数据，经高精度浮点运算处理后就可得到等精度的待测信号频率数据，并送到显示电路8显示。CPU电路采用Intel 8031为主构成。
参见图3，CPU(Intel8031)的I/O端的P1.0输出高电平后，当放大整形后的待测信号出现下降沿时，同步电路输出为高电平，I/O端的P1.0再保持1S时间的高电平，之后I/O端的P1.0为低电平，在此状态下，放大整形后的待测信号再出现下降沿时，同步电路输出为低电平。同步电路输出高电平的时间长短为T；同步电路输出高电平的时间内闸门电路才有输出，其输出为N个计数脉冲。
参见图4，放大整形电路1采用超宽频带前置放大电路形式，由隔直保护及阻抗匹配电路11、三级放大电路12、整形及电平转换电路13为主构成。隔直保护及阻抗匹配电路11由Q1、D1、D2、C1、C2、C3、R1、R2、R3、W1组成，三级放大电路12由Q2、2/3MC10116为主构成，整形及电平转换电路13由1/3 MC10116、Q3、Q4为主构成。放大整形电路1输入为待测信号，输出为标准的TTL数字信号。
图5为CPU电路软件的工作流程图。
权利要求1.一种等精度全自动频率计，它由放大整形电路1、闸门电路2、计数电路3、同步电路4、计时电路5、时基电路6、CPU电路7和显示电路8组成，其特征在于(1)同步电路4由一个JK触发器9和一个反相器10组成，JK触发器9的J端和K端分别与反相器10的输入端和输出端相连，JK触发器9的J端与CPU电路的I/O端相连，JK触发器9的CK端与放大整形电路1的输出端相连，JK触发器9的输出端与闸门电路
2.计时电路3和CPU电路7相连；(2)放大整形电路1采用超宽频带前置放大整形电路形式。
专利摘要本实用新型公开了一种等精度全自动频率计,它由放大整形电路1、闸门电路2、计数电路3、同步电路4、计时电路5、时基电路6、CPU电路7和显示电路8组成,同步电路4由一个JK触发器9和一个反相器10组成,放大整形电路1采用超宽频带前置放大整形电路形式。能够实现高精度、等精度、全自动频率测量,具有设计巧妙、实施容易、成本低廉、测量时间短、测量精度高、测量功能强的优点,适合于各种电信号的频率测量。
文档编号G01R23/00GK2274348SQ9622444
公开日1998年2月11日 申请日期1996年8月21日 优先权日1996年8月21日
发明者秦石乔, 苏勇, 钟钦 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学