一种高精度宽频域频率测量系统及频率测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高精度宽频域频率测量系统，其包括有：一波形整形电路，其输入端连接于信号源；一闸门控制模块，所述闸门控制模块用于执行控制指令而控制所述矩形波信号的通/断；一分频器，所述分频器用于将所述矩形波信号进行分频处理后输出脉冲信号；一微控制器，所述微控制器用于向闸门控制模块发送控制指令，对分频器输出的脉冲信号计数并换算出信号频率数据，以及根据测频修正参数对信号频率数据进行校准；一上位机，其连接于微控制器，用于向微控制器发送测频修正参数，以及接收由微控制器上传的校准后的信号频率数据。本发明专利技术能实现高精度宽频域频率测量，并且结构简单、操作方便、成本低廉、易于扩展、稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号测量
，尤其涉及一种高精度宽频域频率测量系统及频率测量方法。
技术介绍
信号测量
中，频率测量是十分常见的概念，频率是信号周期的倒数，频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。频率计主要由四个部分构成：时基电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量，在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准，在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。中国专利CN204347131U公开了一种智能频率计，其包括：微处理器、信号调理整形模块、分频模块、通道选择开关、数据存储器、量程单位显示模块、数值显示模块、串行通信接口，所述信号调理整形模块的输出信号分为两部分，一部分经过分频模块分频后输出至通道选择开关，一部分直接输出至通道选择开关，微处理器分别与通道选择开关、数据存储器、量程单位显示模块、数值显示模块、串行通信接口、分频模块相连。微处理器可根据测量信号频率值的大小，实现是否进行分频后测量和档位自动调整，也可通过串行通信接口将测量信号的频率值上传至PC机，以满足不同场合的需求，该方案没有详细给出测频的参数和电路实现过程，因此测频的精度、频率的测量范围、稳定性和可靠性无从得知。通常情况下，由于元器件受老化、温度、工作频率、工作电压的影响，输入信号频率过高或者过低都会影响到波形整形电路、分频电路的输出的精度和稳定性，那么频率计数也将产生一定的误差，直接影响到频率计的测频精度，目前绝大部分频率计没有考虑到测频的动态参数补偿，这样就导致频率计对高频和低频信号的测量的精确度不一样。要实现常规的周期信号的频率测量，首先需要整形电路将非矩形波的信号源(比如三角波、锯齿波、正弦波等)变换成矩形脉冲，一般的集成芯片，比如555定时器、74LS14构成的整形电路对于低频信号的整形完全胜任，但是往往难以适应高频信号的整形，对于MHZ级别的频率整形效果很差，因波形严重畸变得不到标准的矩形波，从而影响后续的频率测量的精度。中国专利CN103472300A介绍了一种简易技术频率计，包括由集成电路CD4017组成的逻辑电路、555定时器组成的时基电路、CD40110集成电路和数码管，该测频方案全部由硬件实现，无需微处理器进行软件控制，成本较低，但是因为没有波形整形电路，对于非矩形波(比如正弦波、三角波等)的频率没法测量。中国专利CN103499738A中提到的频率计中均包括整形电路、分频电路、微处理器等模块，但是该方案测频范围仅为0HZ-9999HZ，频带很窄，稳定性和精度也难以保障。为实现高精度频率测量，往往需要高速的处理器提供高精度的定时器作为时基信号和高精度的计数器来对脉冲进行计数，但是相应的处理器成本和功耗往往也比较高，而且对于高频信号如果没有合适的分频电路还是难以测量，中国专利CN102749508A介绍了频率测量装置和方法，装置包括中央处理单元以及和中央处理单元连接的滤波电路和定时器；滤波电路用于将正弦波电信号转换为正弦波电信号同周期的方波电信号；定时器用于记录方波电信号翻转的发生时刻；中央处理单元用于接收滤波电路输出的方波电信号，读取定时器记录的发生时刻并确定方波电信号的翻转周期，根据翻转周期确定正弦波电信号的频率，但是该系统因为没有分频电路，因此无法对高频信号进行测量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能实现高精度宽频域频率测量，并且结构简单、操作方便、成本低廉、易于扩展、稳定可靠的频率测量系统及频率测量方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案。一种高精度宽频域频率测量系统，其包括有：一波形整形电路，其输入端连接于信号源，所述波形整形电路用于将信号源输出的波形信号整形变换为矩形波信号；一闸门控制模块，其输入端连接于波形整形电路的输出端，所述闸门控制模块用于执行控制指令而控制所述矩形波信号的通/断；一分频器，其输入端连接于闸门控制模块的输出端，所述分频器用于将所述矩形波信号进行分频处理后输出脉冲信号；一微控制器，分别连接于分频器的输出端以及闸门控制模块的控制端，所述微控制器用于向闸门控制模块发送控制指令，对分频器输出的脉冲信号计数并换算出信号频率数据，以及根据测频修正参数对信号频率数据进行校准；一上位机，其连接于微控制器，用于向微控制器发送测频修正参数，以及接收由微控制器上传的校准后的信号频率数据。优选地，所述波形整形电路包括有第一反相器、第二反相器、电位器和分压电阻，所述电位器的前端用于连接信号源，所述电位器的滑动端连接于第一反相器的输入端，所述第二反相器的输入端连接于第一反相器的输出端，所述分压电阻连接于第一反相器的输入端与第二反相器的输出端之间，所述第二反相器的输出端用于输出矩形波信号。优选地，所述闸门控制模块包括有第一与非门，所述第一与非门的一个输入端与第二反相器的输出端相连接，所述第一与非门的另一输入端用于接收微控制器发出的控制指令，且当所述控制指令为1时将所述矩形波信号接通，当所述控制指令为0时将所述矩形波信号断开。优选地，所述第一反相器、第二反相器和第一与非门集成于一个型号为74HC00N的芯片之内，所述第一反相器由一个将输入端短接的与非门构成，所述第二反相器由另一个将输入端短接的与非门构成。优选地，所述分频器由8位二进制加法器构成。优选地，所述微控制器由STC89S52单片机及其外围电路构成。优选地，所述上位机与微控制器之间通过电平转换模块连接，所述电平转换模块是由MAX232芯片及其外围电路构成的串口通信电路。优选地，还包括有电源模块，所述电源模块用于对波形整形电路、闸门控制模块、分频器和微控制器供电。一种高精度宽频域频率测量方法，基于频率测量系统实现，该频率测量系统包括有波形整形电路、闸门控制模块、分频器和微控制器，该频率测量方法包括如下步骤：步骤S1，系统初始化，波形整形电路将信号源输出的波形信号整形变换为矩形波信号，闸门控制模块处于关闭状态；步骤S2，微控制器判断是否产生定时器中断，若是则执行步骤S3，若否则重复该步骤S2；步骤S3，所述微控制器向闸门控制模块发送控制指令，以令闸门控制模块将所述矩形波信号传输至分频器；步骤S4，所述分频器将矩形波信号进行分频处理后输出脉冲信号至微控制器；步骤S5，所述微控制器对分频器输出的脉冲信号计数；步骤S6，定时器到达预设定时时间，关闭定时器和闸门控制模块，所述微控制器根据脉冲信号个数和定时时间换算出信号频率数据；步骤S7，所述微控制器根据上位机提供的测频修正参数对信号频率数据进行频率校准，将校准后的信号频率数据上传至上位机。优选地，所述步骤S1中，系统初始化包括定时器初始化和串口初始化；所述步骤S6中，定时器的定时时间为1S。本专利技术公开的高精度宽频域频率测量系统中，利用波形整形电路将非矩形波变换为矩形波，利用闸门控制模块控制送往分频器的矩形波的输入通断，利用分频器将整形后的矩形波进行分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度宽频域频率测量系统，其特征在于，包括有：一波形整形电路，其输入端连接于信号源，所述波形整形电路用于将信号源输出的波形信号整形变换为矩形波信号；一闸门控制模块，其输入端连接于波形整形电路的输出端，所述闸门控制模块用于执行控制指令而控制所述矩形波信号的通/断；一分频器，其输入端连接于闸门控制模块的输出端，所述分频器用于将所述矩形波信号进行分频处理后输出脉冲信号；一微控制器，分别连接于分频器的输出端以及闸门控制模块的控制端，所述微控制器用于向闸门控制模块发送控制指令，对分频器输出的脉冲信号计数并换算出信号频率数据，以及根据测频修正参数对信号频率数据进行校准；一上位机，其连接于微控制器，用于向微控制器发送测频修正参数，以及接收由微控制器上传的校准后的信号频率数据。

【技术特征摘要】
1.一种高精度宽频域频率测量系统，其特征在于，包括有：一波形整形电路，其输入端连接于信号源，所述波形整形电路用于将信号源输出的波形信号整形变换为矩形波信号；一闸门控制模块，其输入端连接于波形整形电路的输出端，所述闸门控制模块用于执行控制指令而控制所述矩形波信号的通/断；一分频器，其输入端连接于闸门控制模块的输出端，所述分频器用于将所述矩形波信号进行分频处理后输出脉冲信号；一微控制器，分别连接于分频器的输出端以及闸门控制模块的控制端，所述微控制器用于向闸门控制模块发送控制指令，对分频器输出的脉冲信号计数并换算出信号频率数据，以及根据测频修正参数对信号频率数据进行校准；一上位机，其连接于微控制器，用于向微控制器发送测频修正参数，以及接收由微控制器上传的校准后的信号频率数据。2.如权利要求1所述的高精度宽频域频率测量系统，其特征在于，所述波形整形电路包括有第一反相器、第二反相器、电位器和分压电阻，所述电位器的前端用于连接信号源，所述电位器的滑动端连接于第一反相器的输入端，所述第二反相器的输入端连接于第一反相器的输出端，所述分压电阻连接于第一反相器的输入端与第二反相器的输出端之间，所述第二反相器的输出端用于输出矩形波信号。3.如权利要求2所述的高精度宽频域频率测量系统，其特征在于，所述闸门控制模块包括有第一与非门，所述第一与非门的一个输入端与第二反相器的输出端相连接，所述第一与非门的另一输入端用于接收微控制器发出的控制指令，且当所述控制指令为1时将所述矩形波信号接通，当所述控制指令为0时将所述矩形波信号断开。4.如权利要求3所述的高精度宽频域频率测量系统，其特征在于，所述第一反相器、第二反相器和第一与非门集成于一个型号为74HC00N的芯片之内，所述第一反相器由一个将输入端短接的与非门构成，所述第二反...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁运琨，赵国如，谢高生，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44