簡易數(shù)字頻率計電路圖（一）

本文介紹一臺采用六功能電子表改裝的數(shù)字頻率計，它具有造價低廉，制作調試簡單，讀數(shù)方便等特點，很適合于初學者自制。

工作原理：由六功能電子表（以下簡稱“表”）原理可知，當把“表”置于“跑表計時”工作狀態(tài)時，在兩次按動“ADVANCE”鍵后，“表”顯時間就是兩次按鍵的間隔時間。若設間隔時間為T，表顯數(shù)值為M，則M=T·F/N（F為注入到表的信號頻率，N為表的分頻系數(shù)）。當使T=N（或T=N×10-x）時，則F=M（或F=M×10x），即表顯數(shù)值M就是輸入到表的信號頻率F。這就是本頻率計的基本工作原理。

電路如圖所示。

9V電源經IC1穩(wěn)壓為IC2和IC3提供穩(wěn)定的5V工作電源，5V電源再經R7和LED2降壓為電子表提供1.5V電源。IC2和IC3等完成對表的清零和產生T=N×10-x（32.80S和3.28S）的標準按鍵脈沖。S2為檔位轉換開關，分×10和×100兩檔，單位為HZ；SB為測量按鈕；S1‘～S3’分別是表的“MODE”、“SET”和“ADVANCE”按鍵。工作過程如下：接通電源，由IC2（NE555）、R1～R4和C3組成的自激振蕩器振蕩，IC3（CD4017）通過C5清零后開始計數(shù)，經一定時間Q9輸出高電平，由于Q9與EN端相接，IC3計數(shù)停止。此后按動S1‘把表轉換至“跑表計時”狀態(tài)。測量時，被測信號接到A和B兩端，S3置測量位，信號經R11、D1和D2限幅后通過C7耦合到表，按動SB，Q9的高電平使IC3清零并再次計數(shù)。隨著IC2脈沖的不斷輸入，IC3的Q1～Q9依次輸出高電平。在Q1輸出高電平時，相當于按了一下S2’鍵，表清“0”（顯示為0:00oo）；在Q3輸出高電平時，相當于按了一下S3‘鍵，表開始計時（實則計數(shù)）；在Q8輸出為高電平時，相當于又按了一下S3’鍵，表計時停止。此時表顯數(shù)值就是在IC2輸出5個脈沖周期內所進入到表內的脈沖個數(shù)（即頻率）。在Q9輸出高電平時，IC3計數(shù)停止，完成一次測量過程。R8～R10、LED3和LED4用于限制輸入到表“鍵”控端的電壓；LED1用于測量指示，在測量完畢后發(fā)光，以示測量時間已到，可以讀數(shù)。

元件選擇：S1為電源開關，S2和S3選單刀雙擲小型撥動開關，SB為測量按鈕開關。為保證測量的穩(wěn)定性能和精度，C3需選擇漏電流較小耐壓在16V的鉭質電容，R1～R2最好用1/4W的金屬膜電阻器，R3和R4用1/2W的51K線性微調電位器。為方便于安裝，電子表需用帶“跑表”功能的BP機式電子表。其它元件的選擇如圖所注。

制作與調試：打開電子表后殼細心拆下線路板，找到表的電源（+）和（-）極，以及“SET”和“ADVANCE”按鍵的接點，作好標識設法用細軟線引出表殼外，再把內部晶振的一個端點與線路板脫開，參照電路圖連接小型開關S3并把S3固定在表殼一側（表內一側正好有此空間），將各引出線與主線路板連接好并恢復電子表機殼后就可進行調試。調整：接通電源，把表置“跑表計時”工作狀態(tài)，S3置校準位，按動SB進行校準。S2在×10位時，調R3使表顯值為32.80S（理論值為32.768S）；S2在×100位時調R4使表顯數(shù)值為3.28S即可。

使用與注意事項：1.測量后，表顯數(shù)值與S2所在檔位的乘積就是被測信號的頻率，單位為HZ。S2在×10檔時，誤差為10HZ；S2在×100檔時，誤差為100HZ。在顯示數(shù)值〉59.99S時，分位值應×6000后再與秒位數(shù)值相加。2.在被測信號頻率較低時，表屏將不能正常顯示，需待測量結束（即LED1發(fā)光）后，把S3打在校準位置進行讀取。3.表到主電路板的各連線應盡量短，特別是C7到S3之間的連線最好使用屏蔽線。4.輸入到表的信號最好小于1MHZ。

功能擴展：1.如欲測量較高信號頻率時，可采用在限幅前加分頻電路的方法進行擴展，如用一塊CD4017可使量程擴展到10MHZ等。2.如把IC2等組成的振蕩器中的電容，電阻（或電感）換成待測元件，依據(jù)振蕩器的脈沖周期T與元件參數(shù)成正比的關系，用它就可測量上述元件的參數(shù)值了。

簡易數(shù)字頻率計電路圖（二）

本文利用前置分頻器SAB6456A和高速數(shù)字分頻器74HC390的分頻功能，結合新型的MSP430F449單片機，給出了一種新穎的、全自動的數(shù)顯測量射頻頻率的設計方案。

圖1 信號的前端處理及分頻電路

主要器件介紹

MSP430F449單片機

MSP430F449 采用16位RISC結構，具有豐富的片內外設和大容量的片內工作寄存器和存儲器，性能價格比很高。它的特點包括：

· 超低的功耗：能夠在1.8V~ 3.6V的電壓下工作；具有工作模式（AM）和5種低功耗模式（LPM）。在低功耗模式下，CPU可以被中斷喚醒，響應時間小于6ps。

· 較強的運算能力：16位的RISC結構，豐富的尋址方式；具有16個中斷源，可以任意嵌套；在8MHz時鐘驅動下指令周期可達125ns； 內部包含硬件乘法器和大量寄存器，以及多達64KB的Flash程序空間和2KB的RAM，為存儲數(shù)據(jù)和運算提供了保證。

· 豐富的片上外設：包括看門狗定時器，基本定時器，比較器，16位定時器（TA、TB），串口0、1，液晶顯示驅動器，6個8位的I／O端口，12位ADC （最高采樣率200kHz）等。豐富的片上外設可以很方便地構建一個較為完整的系統(tǒng)。另外，充分利用計數(shù)器的多路任意波形產生功能和中斷控制功能，保證了一些復雜的時序控制任務的完成。

·方便高效的開發(fā)環(huán)境：MSP430F449是Flash型器件，片內有調試接口和電可擦寫的Flash存儲器，可以先下載程序到Flash內，再在器件內通過軟件控制程序的運行，由JTAG接口讀取片內信息供設計師調試。這種方式不需要仿真器和編程器，調試十分方便。

前置分頻器SAB6456A

SAB6456A是專為UHF/VHF設計的前置分頻器。內部的MCpin為分頻控制端，可對頻率范圍為70MHz-1GHz的信號進行64/256分頻，當MC pin開路時為64分頻；當MC pin接地時為256分頻。有較高的靈敏度和較強的諧波抑制能力。

圖2 單片機外圍電路

工作原理

該設計主要分兩部分：分頻和計數(shù)。首先，輸入信號限幅后經SAB6456A分頻，256分頻后的信號再經兩片74HC390高速分頻器進行1000分頻，此時模擬信號變?yōu)榈皖l數(shù)字信號，頻率在10kHz以下；其次，分頻后的信號直接接入MSP430F449單片機，利用內部的16位定時器A來定時和計數(shù)。該定時器可分為幾個部分：計數(shù)器部分，捕獲/比較寄存器及輸出單元。其中，計數(shù)器有4種工作模式，3個捕獲/比較寄存器。利用計數(shù)器的連續(xù)計數(shù)模式和上升沿捕獲模式，在定時器中斷中計數(shù)N個脈沖信號時間，再除N得到頻率。

硬件設計

圖1為信號的前端處理及分頻設計。輸出后的信號再經兩片SN74HC390分頻，SN74HC390是高速分頻器件，最高分頻頻率為50MHz。每片 SN74HC390可實現(xiàn)100分頻，采用兩片串聯(lián)，可實現(xiàn)對信號的1000分頻，經分頻后的數(shù)字信號頻率較低，約4kHz以下，可由單片機直接計數(shù)。

圖2為單片機外圍電路，包括復位電路，電源電路和單片機工作必須的晶振。晶振有8MHz和32.768kHz兩種，8MHz 作為定時器A的計數(shù)器輸入時鐘源；32.768kHz 作為數(shù)碼管的顯示頻率。74LS373為D型鎖存器，5V單電源供電，因輸出電流足夠大，也可以直接驅動共陰極LG3631AH型數(shù)碼管。

軟件設計

將分頻的輸出端OUT接至單片機的頻率輸入端，程序開始先延時一段時間，待信號穩(wěn)定。開捕獲中斷和定時器A，在定時器A 中斷中計數(shù)N個脈沖，測量結束后得到N個脈沖的時間，然后除N得到脈沖的頻率，乘以分頻系數(shù)得到實際頻率并顯示，經過短暫延時后重新測量，如此循環(huán)測量并顯示。

在測量頻率時，為保證精度要關掉LED顯示，所以，對于頻率較低的信號會發(fā)生LED閃爍的情況，解決辦法是測量較少個脈沖以減少平均測量時間或減少延時。

采用動態(tài)掃描顯示，動態(tài)掃描顯示的原理是：由P4向各個位輪流輸出掃描信號，使每一位瞬間只有一個數(shù)碼管被選通，然后由P3向該位輸入顯示的字型碼，驅動該位字形段顯示字形。這樣，在P3送出的碼段和P4送出的位段的配合下，使各個數(shù)碼管輪流顯示各自的字形，每位的顯示時間要超過1ms，這樣人眼就感覺不到閃爍了。

測量主程序如下：

void frequency_measure（void）

{float tmp，tmp1;

key_flag=0;//按鍵標志清0

P1OUT|=BIT0;

Delay（1000）; file://延時一段時間等待信號穩(wěn)定

while（1）

{ IE2&=~0X80; file://關BT，關LED

firstflag=1;//開始測量第一個脈沖

TACTL|=TAIE; file://開捕獲

CCTL1|=CCIE;//開timer a

while （f_ok_flag==0）;//等待測量結束

f_ok_flag=0;

if （aa1》aa2）

overflow=overflow-1;

tmp=aa2-aa1;

tmp1=40.0/（overflow*0.008191875+（tmp/8000000.0））;

result=tmp1*0.256;

IE2|=0X80;//開BT，開LED

yanshi（2，2）;//可以修改這里的參數(shù)，越大表示延時越長，太小的話LED就會變暗

CCTL1&=~CCIE;//關捕獲

TACTL&=~TAIE;//關timer a

return;

}

}

流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程

結語

本文給出的硬件和軟件均經過實踐檢驗，使用該測量儀器所測結果精度較高。該測量儀器價格較低，結構簡單，是一種經濟型的頻率測試儀。