引 言
频率测量方法的优化越来越受到重视. 频率计的基本原理是用一个频率稳
定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒
内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为 1 秒。闸门时间也可以大于或小
于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频
率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就
受影响。本文。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
本
设计基本要求是
设计基本要求是
:
:
(1)
(1)
可以选择不同的频率范围
可以选择不同的频率范围
.
.
(2)
(2)
测量波形为三角波或矩形波
测量波形为三角波或矩形波
.
.
(3)
(3)
测量波形频率范围为
测量波形频率范围为
0~100HZ,
0~100HZ,
幅值为
幅值为
TTL
TTL
电平
电平
.
.
(4)
(4)
使用数码管显示出实时频率值
使用数码管显示出实时频率值
.
.
.
.
发挥部分
发挥部分
：
：
(1)
(1)
测量范围可扩展到
测量范围可扩展到
4MHZ
4MHZ
，或者更高
，或者更高
.
.
(2)
(2)
测量波形可为任意波形
测量波形可为任意波形
.
.
(3)
(3)
测量波形的幅值为
测量波形的幅值为
1~5V
1~5V
峰峰值
峰峰值
.
.
(4)
(4)
自动切换档位
自动切换档位
.
.
方案设计与论证
数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，
连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。随着复杂
可编程逻辑器件的广泛应用，用C语言编程到ATmega16，将使整个系统大大简
化。提高整体的性能和可靠性。ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功
耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，
ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速
度之间的矛盾。
1方案设计与初步论证：
（1）频率测量方法概述
频率测量方法
模拟法
数字法
直读法
比较法
差
频
法
示波法
拍频
法
电
桥
法
谐
振
法
李
沙
育
图
形
法
测
周
期
法
电
容
充
放
电
式
电
子
计
数
式
表 1 频率测量方法
直读法又称无源网络频率特性测量法;比较法是将被测频率信号与已知频率信号相比
较 ,通过观、听比较结果 ,获得被测信号的频率;电容充放电式计数法是利用电子电路控制电
容器充放电的次数 ,再用电磁式仪表测量充放电电流的大小 ,从而测出被测信号的频率值;电
子计数法是根据频率定义进行测量的一种方法 ,它是用电子计数器显示单位时间内通过被
测信号的周期个数来实现频率的测量。
利用电子计数式测量频率具有精度高、测量范围宽、显示醒目直观、测量迅速 ,以及便
于实现测量过程自动化等一系列优点 ,所以下面将重点介绍电子计数式测量频率的几种方
法。
(1) 脉冲数定时测频法(M 法) : 此法是记录在确定时间 Tc 内待测信号的脉冲个数 Mx
,则待测频率为 :
Fx= Mx/ Tc
显然,时间 Tc 为准确值,测量的精度主要取决于计数 Mx 的误差。其特点在于:测量方法
简单;测量精度与待测信号频率和门控时间有关 ,当待测信号频率较低时 ,误差较大。
⑵脉冲周期测频法(T 法) : 此法是在待测信号的一个周期 Tx 内,记录标准频率信号变化
次数 Mo。这种方 法测出的频率是:
Fx = Mo/ Tx
此法的特点是低频检测时精度高 ,但当高频检测时误差较大。
⑶脉冲数倍频测频法(AM 法) : 此法是为克服 M 法在低频测量时精度不高的缺陷发展
起来的。通过 A 倍频,把待测信号频率放大 A 倍,以提高测量精度。其待测频率为:
Fx= Mx/ ATo
其特点是待测信号脉冲间隔减小 ,间隔误差降低;精度比 M 法高 A 倍 ,但控制电路较复
杂。
⑷脉冲数分频测频法(AT 法) : 此法是为了提高 T 法高频测量时的精度形成的。由于 T
法测量时要求待测信号的周期不能太短 ,所以可通过 A 分频使待测信号的周期扩大 A 倍,所
测频率为:
Fx = AMo/ Tx
其特点是高频测量精度比 T 法高 A 倍;但控制电路也较复杂。
⑸脉冲平均周期测频法(M/ T 法) : 此法是在闸门时间 Tc 内,同时用两个计数器分别记
录待测信号的脉冲数
Mx 和标准信号的脉冲数 Mo 。若标准信号的频率为 Fo ,则待测信号频率为 :
Fx = FoMx/ Mo
M/ T 法在测高频时精度较高 ;但在测低频时精度较低。
⑹多周期同步测频法: 是由闸门时间 Tc 与同步门控时间 Td 共同控制计数器计数的一种
测量方法,待测信号频率与 M/ T 法相同。此法的优点是 ,闸门时间与被测信号同步,消除了
对被测信号计数产生的±1 个字误差 ,
测量精度大大提高 ,且测量精度与待测信号的频率无关,达到了在整个测量频段等精度测量。
3 确定实验方案
3．1 可用实验方案介绍
3.1.1 方案 1
采用频率计模块(如 ICM7216)构成 。特点是结构简单 ,量程可以自动切换。
ICM7216 内部带有放大整形电路 ,可以直接输入模拟信号。外部振荡部分选用一块高精
度晶振体和两个低温系数电容构成 10MHz 并联振荡电路。用转换开关选择 10ms ,0. 1s ,1s
,10s 四种闸门时间 ,同时量程自动切换。
缓冲电路是为了让频率计采用记忆方式 ,即计数过程中不显示数据 ,待计数过程结束后 ,显
示测频结束 ,并将此显示结果保持到下一次计数结果 ,显示时间不小于 1s ,小数点位置随量
程自动移动。芯片驱动电路输出 15mA — 35mA 的峰值电流 ,所以在 5V 电源下可直接点
亮 LED。
