原创《一种实用数字频率计实现方法》：本文关于频率计论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。
摘 要：目前测量频率的方法主要有计数法和周期法两种[1],其计数工作一般需要使用单片机来完成,虽然测量精度较高,但也会增加设计的工作量.本文介绍一种利用低频频压转换芯片设计高频数字频率计的方法,不仅可实现对高达200kHz脉冲信号的测量,而且还能够大幅度降低设计成本.
关键词：频率计；频压转换；高频电源；分频器
一、原理分析
本文的基本思想是将被测脉冲信号转换为电压信号,找到频率和电压间的线性关系,最后通过测量电压来实现测量频率的目的.在选择频率电压转换芯片（VFC）时发现,工作频率超过200kHz的频率电压转换芯片,如VFC320、AD650等,其内部集成的功能多,精度高,但成本也相对较高.本文选择成本较低的LM331芯片配合双D触发器来设计,其原理框图见图1所示.由于LM331的工作频率只能达到100kHz,需要先对被测信号（最高频率200kHz）进行4分频,即将0～200kHz的被测信号转化为0～50kHz的信号,再利用VFC芯片转化为0～2V的电压,最后通过控制数字电压表的小数点和单位实现0～200kHz频率的显示.实验中用控制芯片SG3525产生被测PWM信号,双D触发器实现对输入信号的整形和4分频.
二、电路设计
LM331是NS公司生产的单片频压转换芯片,可用作精密频率电压转换或电压频率转换,为DIP8封装.它的工作频率范围在1～100kHz之间,最大非线性失真小于0.01%,图2是LM331用作频压转换时的 电路,工作原理见图1.
输入脉冲信号经R3、Cin组成的微分电路接入比较器的负极（6脚）,正极（7脚）接R1、R2的分压信号.在每个脉冲信号的下降沿,微分电路使6脚出现一个负的窄脉冲,此时7脚电平高于6脚,芯片内部的定时比较器输出高电平,内部恒流源经1脚向CL充电.和此同时,复位晶体管导通,接于5脚的Ct迅速对地放电[2].
当Ct的电压下降至低位时,定时比较器将输出低电平,恒流源停止向CL充电,等待下一个时钟下降沿的到来.CL的充电时间是由Ct和Rt组成的暂稳态电路决定的,输入信号的频率越高,在单位时间内向CL的充电次数也越多,CL两端的电压也就越高,从而实现了频率和电压的转换.
三、元件参数的计算方法
本次设计的最高频率为200kHz,经4分频后是50kHz,完成转换后的电压最大值为2V,即200kHz的频率对应2V的电压.如果使用量程是0～199两位半的数字电压表显示,则可实现200kHz对应1.99V,100kHz对应1.00V等一一对应的关系.电路的主要参数可按以下步骤计算[3].
第一步：确定充电时间Tw.由上述分析可知,Tw必须小于输入信号的周期T（20μs）,如果预先将Rt定为2k,则可计算出Ct的最大值为0.0091μF,设计中选择0.0047μF即可.
第二步：确定恒流源的电流Ir.根据芯片的技术资料,其值一般在100～500μA之间,即Rs和Rws的阻值应该在3.8k至19k之间,设计时使用一个5k的电阻和一个10k的滑动变阻器实现调节,最后将通过调节此阻值来实现200kHz和2V的对应.
第三步：确定输出电阻RL.将第二步中Rs和Rws的阻值确定在一个中间值10k,即可计算出RL的值为14.6k.滤波电容RL的选择主要影响输出电压的纹波,如果其值较大,输出电压会相对平滑一些,但电压和频率的跟踪也会变得缓慢,设计中选择1μF比较合理.
四、调试结果
频率计的设计思想是将0～200kHz的方波信号经四分频器转化到0～50kHz,再用LM331将频率信号转化为电压信号显示.图3中 波形为输入的PWM信号,蓝色波形为分频器输出信号,可以看到,信号频率变成原来的四分之一,波形质量也较好,增加了抗干扰的能力.
图3中的方波信号经过LM331外接微分电路后,在比较器负极（6脚）和正极（7脚）得到的信号如图4所示,在输入脉冲下降沿时7脚的电平高于6脚,从而触发内部电流源向外接电容充电.通过调整充电电流的大小（2脚的滑动变阻器）,使输入脉冲频率为50kHz时对应输出电压为2V,如图5所示.
改变输入信号的频率,记录部分频率点和输出电压的对应关系如表1所示,可以看到,基本实现了频率和电压的一一对应关系.
五、结语
实践表明,利用频压转换芯片配合双D触发器设计数字频率计有三个好处.
（1）节约成本.使用VFC320、AD650等工作频率较高的VFC芯片,其单支芯片的价格在数十元,而使用LM331芯片和双D触发器设计成本仅需几元.
（2）增加了抗干扰的能力.通过双D触发器后的4分频信号占空比为50%,信号质量较好,可以克服在调节PWM信号占空比时造成对频压转换的影响.
（3）可扩展性强.如果要设计频率超过200kHz的频率计,可通过8分频或16分频来实现.对于精度要求不是很高的数字频率计来说,此种设计方法具有很强的实用性.
参考文献
[1] 尹海峰,尹海潮,孙树强.频率的测量在单片机设计中的运用[J].科技信息,2008（7）：37-38.
[1] 吕建国.一种用LM331实现的频率/标准电压转换电路[J].四川大学学报,2004（41）：262-263.
[1] 林健.LM331的V/F电路调试中的若干问题分析[J].集成电路应用,1995（2）：36-39.
频率计论文参考资料：
结论：一种实用数字频率计实现方法为关于本文可作为频率计方面的大学硕士与本科毕业论文安捷伦频率计论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
