智能仪器频率测试仪设计说明

智能 频 率测试 仪 设 计专业：应用电子技术班级：09 应电 2 班 学号：2024061595：建宇指导老师：董卫军1 前言本次设计是以 STC12C5A3252 单片机为控制核心的频率与相位测试仪。本次设计可完成对信号频率的频率测量和相位差测量。要求测量频率的围为 20Hz 到 20KHz，相位的围为 0°到360°。可通过按键实现测频或测相，用 LED 数码管直接显示读数，显示清楚直观。误差小，稳定性高。设计要求:⑴．功能要求①．可以测量被测信号的频率。②．使用多周期同步测量原理，实现全频段等精度测量。③．输入采纳沟通耦合方式。④．使用 220V/50Hz 沟通电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。⑵．主要技术指标①．测量频率围：1Hz~1MHz②．测量误差：≤0.01%（全频段）③．额定输入信号电压：500mV④．最大输入信号电压：100V⑤．输入阻抗：1MΩ⑥．显示方式：6 位 LED 数码管显示被测信号的频率。2 总体方案设计2.1 方案比较2.1.1 方案一方案一的结构框图如下图 2.1 所示。图 2.1 方案一方框图2.1.2 方案二方案二的结构框图如下图 2.2 所示。图 2.2 方案二方框图2.2 方案论证本设计要完成信号频率的测量和相位差的测量。设计中有两路输入信号，也是被测量信号，它们是两个频率一样的正弦信号，频率围为 20Hz 到 20KHz，幅度为 1 到 5V（可以扩展到（0.3到 5V），但两者幅度不一定相等。令正弦信号为，式中：称为幅值（最大值），且=,称为有效值；称为相位，称为初相位，称为角频率。、、称为正弦量的三要素。方案一和方案二的比较见表 2.1。整形电路STC12C5A3252整形电路移相电路待测信号 2待测信号 1输入信号键盘控制切换LED 显示整形电路整形电路FPGAAT89C51LED 显示AB待测信号 1待测信号 2表 2.1 方案一和方案二的比较 方案项目方案一方案二芯片部分 741741整形部分LM324LM339信号转换部分74HC08FPGA 适配板单片机部分STC12C5A3252AT89C51显示部分LEDLED 只有两个同频率的（正弦）信号才有相位差的概念。不妨令两个同频率的正弦信号为 则相位差，由此可看出，相位差在数值上等于初相位之差，是一个角度。不妨令,式中是相位差对应的时间差，且令为周期信号，则有比例关系:360°=:,可以推导得到=360° 此式说明，相位差与 一一对应，可以通过测量时间差与周期信号的测量，也就是时间的测量，而时间的测量则要用到电子计数器。信号频率的测量可以采纳直接测频率的方法和周期测频率的...