專利名稱：一種多功能高精度數(shù)字頻率計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于信號檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能高精度數(shù)字頻率計。
背景技術(shù)：
頻率測量 是現(xiàn)代電子測量技術(shù)中最基本最常見的測量之一，在郵電通信、交通運輸、科學(xué)研究等方面有著廣泛的應(yīng)用。不少物理量的測量，如轉(zhuǎn)速、振動頻率等的測量都涉及到或可以轉(zhuǎn)化為頻率的測量。而在電子工程、資源勘探、儀器儀表等相關(guān)應(yīng)用中，頻率計則是工程技術(shù)人員必不可少的測量工具。目前市場上有各種多功能、高精度、高頻率的數(shù)字頻率計，但都價格不菲。傳統(tǒng)的數(shù)字頻率計基于單片機與分立元件，體積大，功耗高，穩(wěn)定度低。近年出現(xiàn)了以FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)與單片機為核心的數(shù)字頻率計。FPGA的出現(xiàn)是超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機輔助技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，F(xiàn)PGA器件集成度高、體積小，具有通過用戶編程實現(xiàn)專門應(yīng)用的功能，它允許電路設(shè)計者基于計算機平臺，經(jīng)過設(shè)計輸入、仿真、測試和校驗，直到達到預(yù)期的結(jié)果。但該類數(shù)字頻率計電路結(jié)構(gòu)連接較為復(fù)雜，且功能較為單一，往往只具有測量頻率的功能，并沒有有效利用資源。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本實用新型提供了一種多功能高精度數(shù)字頻率計，頻率測量精度高，且功耗低，功能多樣。一種多功能高精度數(shù)字頻率計，包括一閘門產(chǎn)生模塊、一鑒相器、一寄存器、一運算器、兩個多路選擇器、三個計數(shù)器和一顯示器；其中鑒相器的第一輸入端與第一多路選擇器的第一輸入端相連并接收第一待測信號，鑒相器的第二輸入端接收第二待測信號，鑒相器的輸出端與第一多路選擇器的第二輸入端相連，第一多路選擇器的控制端接收給定的第一控制信號，第一多路選擇器的輸出端與閘門產(chǎn)生模塊的第一輸入端、第三計數(shù)器的時鐘端、第二計數(shù)器的第一使能端相連，第一計數(shù)器的時鐘端和第二計數(shù)器的時鐘端均接收給定的標(biāo)準(zhǔn)信號，閘門產(chǎn)生模塊的第二輸入端接收給定的時鐘信號，閘門產(chǎn)生模塊的輸出端與第一計數(shù)器的使能端、第二計數(shù)器的第二使能端和第三計數(shù)器的使能端相連，第二多路選擇器的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端分別與第一計數(shù)器的輸出端、第二計數(shù)器的輸出端、第三計數(shù)器的輸出端和寄存器的輸出端相連，第二多路選擇器的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端分別與運算器的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端相連，第二多路選擇器的控制端接收給定的第二控制信號，運算器的輸出端與顯示器的輸入端相連。所述的鑒相器由兩個JK觸發(fā)器和一與門構(gòu)成；其中第一 JK觸發(fā)器的時鐘端為鑒相器的第一輸入端，第二 JK觸發(fā)器的時鐘端為鑒相器的第二輸入端，第一 JK觸發(fā)器的J端與第二 JK觸發(fā)器的G端相連，第二 JK觸發(fā)器的K端與第一 JK觸發(fā)器的G端相連，第一JK觸發(fā)器的K端與第二 JK觸發(fā)器的Q端和與門的第二輸入端相連，第二 JK觸發(fā)器的J端與第一 JK觸發(fā)器的Q端和與門的第一輸入端相連，與門的輸出端為鑒相器的輸出端。[0008]所述的閘門產(chǎn)生模塊由一分頻器和一 D觸發(fā)器構(gòu)成；其中分頻器的時鐘端為閘門產(chǎn)生模塊的第二輸入端，分頻器的輸出端與D觸發(fā)器的D端相連，D觸發(fā)器的時鐘端為閘門產(chǎn)生模塊的第一輸入端，D觸發(fā)器的Q端為閘門產(chǎn)生模塊的輸出端。所述的運算器由一乘法器和一除法器構(gòu)成；其中乘法器的第一輸入端為運算器的第一輸入端，乘法器的第二輸入端為運算器的第二輸入端，除法器的除端為運算器的第三輸入端，乘法器的輸出端與除法器的被除端相連，除法器的輸出端為運算器的輸出端。本實用新型的有益效果為(I)功能多；除可測量信號的頻率外，還可測量信號的占空比、周期、脈沖寬度，以及測量兩個信號間的相位差。(2)精度高；測量頻率在量程范圍內(nèi)保持測量誤差恒定，小于0.0001% ;其他測量功能誤差小于0. 1%。(3)體積??；除顯示器等外，核心電路可全部在一塊芯片上實現(xiàn)，體積小巧，便于攜帶。(4)功耗低；耗電量小，節(jié)能節(jié)電。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為鑒相器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為鑒相器的工作時序示意圖。圖4為閘門產(chǎn)生模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為運算器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了更為具體地描述本實用新型，
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本實用新型的技術(shù)方案及其相關(guān)原理進行詳細說明。如圖I所示，一種多功能高精度數(shù)字頻率計，包括一閘門產(chǎn)生模塊、一鑒相器、一寄存器、一運算器、兩個多路選擇器、三個計數(shù)器和一顯示器；其中鑒相器的第一輸入端與第一多路選擇器的第一輸入端相連并接收第一待測信號， 鑒相器的第二輸入端接收第二待測信號，鑒相器的輸出端與第一多路選擇器的第二輸入端相連，第一多路選擇器的控制端接收給定的第一控制信號，第一多路選擇器的輸出端與閘門產(chǎn)生模塊的第一輸入端、第三計數(shù)器的時鐘端、第二計數(shù)器的第一使能端相連，第一計數(shù)器的時鐘端和第二計數(shù)器的時鐘端均接收給定的標(biāo)準(zhǔn)信號，閘門產(chǎn)生模塊的第二輸入端接收給定的時鐘信號，閘門產(chǎn)生模塊的輸出端與第一計數(shù)器的使能端、第二計數(shù)器的第二使能端和第三計數(shù)器的使能端相連，第二多路選擇器的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端分別與第一計數(shù)器的輸出端、第二計數(shù)器的輸出端、第三計數(shù)器的輸出端和寄存器的輸出端相連，第二多路選擇器的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端分別與運算器的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端相連，第二多路選擇器的控制端接收給定的第二控制信號，運算器的輸出端與顯示器的輸入端相連。[0023]本實施例中，時鐘信號為頻率為50MHz的脈沖信號，標(biāo)準(zhǔn)信號為頻率為IOOMHz的脈沖信號。如圖2所示，鑒相器由兩個JK觸發(fā)器和一與門構(gòu)成；其中第一 JK觸發(fā)器的時鐘端為鑒相器的第一輸入端，第二 JK觸發(fā)器的時鐘端為鑒相器的第二輸入端，第一 JK觸發(fā)器的J端與第二 JK觸發(fā)器的0端相連，第二 JK觸發(fā)器的K端與第一 JK觸發(fā)器的0端相連， 第一 JK觸發(fā)器的K端與第二 JK觸發(fā)器的Q端和與門的第二輸入端相連，第二 JK觸發(fā)器的 J端與第一 JK觸發(fā)器的Q端和與門的第一輸入端相連,與門的輸出端為鑒相器的輸出端。如圖4所示，閘門產(chǎn)生模塊由一分頻器和一 D觸發(fā)器構(gòu)成；其中分頻器的時鐘端為閘門產(chǎn)生模塊的第二輸入端，分頻器的輸出端與D觸發(fā)器的D端相連，D觸發(fā)器的時鐘端為閘門產(chǎn)生模塊的第一輸入端，D觸發(fā)器的Q端為閘門產(chǎn)生模塊的輸出端；本實施例中的分頻器為4個100分頻的子分頻器級聯(lián)而成，100分頻的子分頻器由一個8位計數(shù)器構(gòu)成，從 0開始計數(shù)，當(dāng)計到99后，便清零，重新計數(shù)。如圖5所示，運算器由一乘法器和一除法器構(gòu)成；其中乘法器的第一輸入端為運算器的第一輸入端，乘法器的第二輸入端為運算器的第二輸入端，除法器的除端為運算器的第三輸入端，乘法器的輸出端與除法器的被除端相連，除法器的輸出端為運算器的輸出端；本實施例中的乘法器為32位乘32位的乘法器，除法器為64位除32位的除法器。本實施例中，寄存器內(nèi)存儲有四個常數(shù)值，分別為標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率50MHz，標(biāo)準(zhǔn)信號的周期1/50MHZ，常數(shù)100和720，故寄存器的輸出端具有四個輸出端口 ；第一計數(shù)器和第三計數(shù)器均為32位帶一個使能端的計數(shù)器；第二計數(shù)器為32位帶兩個使能端的計數(shù)器，只有在兩個使能端信號都是高電平時才開始計數(shù)；第一多路選擇器為2選I的選擇器；第二多路選擇器為7選3的選擇器。本實施例中多路選擇器對于不同測量目標(biāo)對應(yīng)的選擇輸出如表I所示表I
測量目標(biāo)第一多路選擇器第二多路選擇器~第二多路選擇器^~第二多路選擇器~
__輸出__第一輸出__第二輸出__第三輸出_
頻率第一待測信號 _ 5OMHz —第三計數(shù)器輸出信號第一計數(shù)器輸出信號
占空疋~ 第一待測信號100'第二計數(shù)器輸出信號第一計數(shù)器輸出信號—
相位差鑒相器輸出信號—720 _第二計數(shù)器輸出信號第一計數(shù)器輸出信號第一待測信號l/50MHz第一計數(shù)器輸出信號第三計數(shù)器輸出信號
脈寬第一待測信號1/50MHZ第二計數(shù)器輸出信號第三計數(shù)器輸出信號本實施例數(shù)字頻率計的測量原理為對于頻率測量設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號頻率與第一待測信號頻率分別為fb與ft，實際閘門關(guān)閉后，第一計數(shù)器和第三計數(shù)器的計數(shù)分別為Nb與Nt，那么第一待測信號的頻率可表達為ft —( I )對式I等號兩邊取對數(shù)后求導(dǎo)，可得
Aft Afb AWt ANb(,
_6] T = TT +萬-萬(2)[0037]在測量中，由于對第一待測信號計數(shù)的起停時間都是由該信號的上升沿觸發(fā)的， 故在閘門時間內(nèi)對第一待測信號的計數(shù)Nt無誤差，故式2可改寫為
權(quán)利要求1.一種多功能高精度數(shù)字頻率計，其特征在于，包括一閘門產(chǎn)生模塊、一鑒相器、一寄存器、一運算器、兩個多路選擇器、三個計數(shù)器和一顯示器； 其中，鑒相器的第一輸入端與第一多路選擇器的第一輸入端相連并接收第一待測信號，鑒相器的第二輸入端接收第二待測信號，鑒相器的輸出端與第一多路選擇器的第二輸入端相連，第一多路選擇器的控制端接收給定的第一控制信號，第一多路選擇器的輸出端與閘門產(chǎn)生模塊的第一輸入端、第三計數(shù)器的時鐘端、第二計數(shù)器的第一使能端相連，第一計數(shù)器的時鐘端和第二計數(shù)器的時鐘端均接收給定的標(biāo)準(zhǔn)信號，閘門產(chǎn)生模塊的第二輸入端接收給定的時鐘信號，閘門產(chǎn)生模塊的輸出端與第一計數(shù)器的使能端、第二計數(shù)器的第二使能端和第三計數(shù)器的使能端相連，第二多路選擇器的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端分別與第一計數(shù)器的輸出端、第二計數(shù)器的輸出端、第三計數(shù)器的輸出端和寄存器的輸出端相連，第二多路選擇器的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端分別與運算器的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端相連，第二多路選擇器的控制端接收給定的第二控制信號，運算器的輸出端與顯示器的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能高精度數(shù)字頻率計，其特征在于所述的鑒相器由兩個JK觸發(fā)器和一與門構(gòu)成；其中第一 JK觸發(fā)器的時鐘端為鑒相器的第一輸入端,第二 JK觸發(fā)器的時鐘端為鑒相器的第二輸入端，第一 JK觸發(fā)器的J端與第二 JK觸發(fā)器的^端相連，第二 JK觸發(fā)器的K端與第一 JK觸發(fā)器的^端相連，第一 JK觸發(fā)器的K端與第二 JK觸發(fā)器的Q端和與門的第二輸入端相連，第二 JK觸發(fā)器的J端與第一 JK觸發(fā)器的Q端和與門的第一輸入端相連，與門的輸出端為鑒相器的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能高精度數(shù)字頻率計，其特征在于所述的閘門產(chǎn)生模塊由一分頻器和一D觸發(fā)器構(gòu)成；其中分頻器的時鐘端為閘門產(chǎn)生模塊的第二輸入端，分頻器的輸出端與D觸發(fā)器的D端相連，D觸發(fā)器的時鐘端為閘門產(chǎn)生模塊的第一輸入端，D觸發(fā)器的Q端為閘門產(chǎn)生模塊的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能高精度數(shù)字頻率計，其特征在于所述的運算器由一乘法器和一除法器構(gòu)成；其中乘法器的第一輸入端為運算器的第一輸入端，乘法器的第二輸入端為運算器的第二輸入端，除法器的除端為運算器的第三輸入端，乘法器的輸出端與除法器的被除端相連，除法器的輸出端為運算器的輸出端。
專利摘要本實用新型公開了一種多功能高精度數(shù)字頻率計，其由一閘門產(chǎn)生模塊、一鑒相器、一寄存器、一運算器、兩個多路選擇器、三個計數(shù)器和一顯示器相互連接組成。本實用新型通過合理巧妙的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)可測量信號的頻率外，還可測量信號的占空比、周期、脈沖寬度，以及測量兩個信號間的相位差；且頻率測量精度高，測量頻率在量程范圍內(nèi)保持測量誤差恒定；體積小，除顯示器等外，核心電路可全部在一塊芯片上實現(xiàn)，便于攜帶；功耗低，節(jié)能節(jié)電。
文檔編號G01R23/10GK202362380SQ20112051977
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者王睿, 王金華 申請人:浙江大學(xué)