声卡数字频率计
PC 中的声卡不仅能输出和录制各种音频信号，利用其内部的 A/D（模拟/数字）转换器，
通过编写程序还可以用来对外部的周期性的模拟信号进行采样，并计算出该信号的频率值。
文中所述的作者设计的程序就是这样的一种程序，能够满足一般电子爱好者把 PC 作为数字
频率计使用的要求。该程序是标准的 Windows 界面，界面友好，以黑色背景红色大号字体
显示频率值，具有醒目、程序简洁和测量精度高的特点，界面如图所示。
一、 原理
该程序是在 VC++6.0 环境中，用 C++语言编写的，分三个模块：一个是程序框架模
块，实现程序的框架结构；二是声卡采样模块，实现声卡对外部模拟信号的采样；三是对采
得的信号进行频率值计算。
现实中的正弦波信号都是非纯正的正弦信号。对非纯正的正弦信号和其它波形信号的
频率值的测量，主要是测量其信号基波的频率值。标准的数字频率计测量信号的频率值时，
为了提高测量精度，一般采用两种方法：当被测信号的频率远高于基准频率时，采用频率记
数法，即基准频率信号作为闸门信号，在该闸门信号的时间间隔内，对被测信号的脉冲进行
记数，用公式：被测信号的频率=被测信号的脉冲数÷闸门信号的时间间隔，计算出信号的
频率值；当被测信号的频率远低于基准频率时，采用周期记数法，即被测信号作为闸门信号，
在该闸门信号的时间间隔内，对基准信号的脉冲进行记数，用公式：被测信号的周期=基准
信号的脉冲数×基准信号的周期，计算出信号的周期，再求其倒数，就可计算出频率。
该程序计算频率值时，也采用两种方法，不同的是，一种是快速复数傅立叶变换
（FFTC）法，即对采得的信号数据进行快速复数傅立叶变换，把时间域的信号转换为频率
域的信号，在频率域中找出最大值，就是该信号基波的频率值；另一种是采样脉冲记数法，
即在时域内，检测出被测信号在采样长度内的周期数 M（M 取整数）和该周期数内的采样
脉冲数 N，采样长度就是对信号采样的点数，用公式：被测信号的频率 =声卡采样频率
×M÷N，计算出信号的频率值。快速复数傅立叶变换（FFTC）法的优点是，不仅能对常见
的标准的周期性波形，如：正弦波、方波、三角波等信号基波的频率进行测量，而且还能计
算出各种复杂波形的和信噪比非常低的信号基波的频率值，如：淹没于噪声中的信号；缺点
是，分辨率受公式：分辨率（Hz）=采样频率(Hz)÷采样长度，的限制，如：当采样频率=
采样长度时，分辨率是 1Hz，最小测量误差是，1Hz÷被测信号的频率（Hz），可见，被
测信号的频率值越低，该方法的测量误差越大。采样脉冲记数法的优点是，测量低频信号时
精度较高；缺点是，不适合波形复杂和信噪比低的信号频率的测量。所以，为了提高测量的
可靠性和精度，在被测信号频率高时，或波形复杂时，或信噪比低时，采用快速复数傅立叶
变换（FFTC）法；否则，采用采样脉冲记数法。在测量的过程中，程序先判断信号上述的
性质，根据信号的性质，自动地采用相应的测量方法。
频率高低分界点的确定。类似于标准数字频率计的基准频率源，声卡采样脉冲的基准
频率源也是由石英晶体震荡器产生的，该石英晶体震荡器的频率稳定度一般是 10
-4
左右，
由此可认定，用声卡测量频率的精度不会超过 10
-4
。设计该程序时，使声卡采样频率等于采
样长度，根据奈奎斯特定律，最高可测量的频率等于声卡采样频率的二分之一，一般的声卡
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界面图
