一种基于移相同步的高精度测频装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于移相同步的高精度测频装置及方法，该装置包括主芯片、及分别与主芯片电性连接的闸门控制模块、标准频率合成及移相模块、待测频率计数器和标准频率计数器。本发明专利技术采用移相同步多周期测频，通过对标准信号进行移相，结合计数值的变化，在保证实际闸门和待测信号严格同步的情况下，实现了实际闸门上升沿和下降沿与标准信号的同步，有效消除了对待测信号和标准信号±1个周期的计数误差，大大提高了测频精度，实现了在整个测试频段的高精度测量。

A high precision frequency measuring device and method based on phase-shifting synchronization

【技术实现步骤摘要】
一种基于移相同步的高精度测频装置及方法
本专利技术属于高精度频率测量
，具体涉及一种基于移相同步的高精度测频装置及方法。
技术介绍
频率测量是测量领域的经典研究课题，精确的频率测量变得越来越重要，频率测量技术在航空航天、卫星制导、测试计量等领域有着十分重要的位置，频率测试的主要方法有：直接测频法，频差倍增法、模拟内插法，时间幅度转换法，多周期同步法，游标法等。上述测频方法都存在一定程度的误差，部分方法测试系统较复杂。近年来发展起来的相检宽带测频法，用基于群相位关系的方法，对群相位重合点进行捕捉，实现了对频率的高分辨率测量。但这种方法在群周期太大时，闸门时间不可控，在相位量子太小时，群相位重合点难以准确捕捉，且易受到噪声影响。另外，这种方法对频率上限和下限的测量都有一定的限制。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种基于移相同步的高精度测频装置及方法，实现了实际闸门和标准信号的同步，消除了对频率信号计数的±1周期误差，大大提高了测量精度，且在整个测试频段内都有很高的精度。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于移相同步的高精度测频装置，包括主芯片、及分别与主芯片电性连接的闸门控制模块、标准频率合成及移相模块、待测频率计数器和标准频率计数器；所述闸门控制模块和待测频率计数器的输入端均输入待测信号，所述主芯片输入预置闸门信号至闸门控制模块以产生实际闸门信号，并分别输出至待测频率计数器和标准频率计数器，所述主芯片控制标准频率合成及移相模块产生可移相的标准信号，并输出至标准频率计数器。进一步地，所述主芯片采用单片机，闸门控制模块采用D触发器，D触发器的引脚1、4连接供电电源，D触发器的引脚2与单片机的引脚25连接，D触发器的引脚3与待测信号输入插座连接，待测信号输入插座的另一端接地。进一步地，所述标准频率合成及移相模块采用DDS频率合成器，DDS频率合成器的引脚1、2、3、4分别与单片机的引脚43、44、45、46连接，DDS频率合成器的引脚28、27、26、25分别与单片机的引脚47、2、3、4连接，DDS频率合成器的引脚5、10、24、19均接地，DDS频率合成器的引脚6、11、23、18连接供电电源，DDS频率合成器的引脚7与单片机的引脚28连接，DDS频率合成器的引脚8与单片机的引脚27连接，DDS频率合成器的引脚9与晶振的引脚3连接，晶振的引脚1、2均接地，晶振的引脚4连接供电电源，并通过并联的第九电容、第十电容、第十一电容接地，DDS频率合成器的引脚12通过第八电阻接地，DDS频率合成器的引脚20与第五电阻连接，DDS频率合成器的引脚21分别与第一电感和第六电阻连接，第一电感另一端分别与第二电感和第七电容连接，第二电感另一端分别与第四电容和第八电容连接，第五电阻、第六电阻、第七电容和第八电容另一端均接地，第一电感和第二电感两端分别并联有第五电容和第六电容，第四电容另一端与DDS频率合成器的引脚16连接，DDS频率合成器的引脚15分别与第三电阻、稳压器阴极及变阻器连接，第三电阻另一端连接供电电源，变阻器另一端分别与稳压器参考极和第七电阻连接，稳压器阳极和第七电阻另一端均接地。进一步地，所述待测频率计数器包括第一计数器、第二计数器、第三计数器和第四计数器，四个计数器的引脚1、2、3、4、5、6、7、8均分别与单片机的引脚5、6、8、9、10、11、12、13连接，四个计数器的引脚14、9、17、16、18均连接供电电源，四个计数器的引脚15均与D触发器的引脚5连接，四个计数器的引脚12均与单片机的引脚24连接，四个计数器的引脚19均与单片机的引脚21连接，第一计数器的引脚13与待测信号输入插座连接，第一计数器的引脚11与第二计数器的引脚13连接，第二计数器的引脚11与第三计数器的引脚13连接，第三计数器的引脚11与第四计数器的引脚13连接。进一步地，所述标准频率计数器包括第五计数器、第六计数器、第七计数器和第八计数器，四个计数器的引脚1、2、3、4、5、6、7、8均分别与单片机的引脚33、34、35、36、37、38、39、40连接，四个计数器的引脚14、9、17、16、18均连接供电电源，四个计数器的引脚15均与D触发器的引脚5连接，四个计数器的引脚12均与单片机的引脚24连接，四个计数器的引脚19均与单片机的引脚22连接，第五计数器的引脚13与DDS频率合成器的引脚14连接，第五计数器的引脚11与第六计数器的引脚13连接，第六计数器的引脚11与第七计数器的引脚13连接，第七计数器的引脚11与第八计数器的引脚13连接。基于上述高精度测频装置，本专利技术还提出了一种基于移相同步的高精度测频方法，包括以下步骤：S1、利用上述的测频装置，分别输入待测信号至闸门控制模块和待测频率计数器，同时输入预置闸门信号至闸门控制模块，并在标准频率合成及移相模块产生标准信号；S2、利用闸门控制模块产生实际闸门信号，并分别输出至待测频率计数器和标准频率计数器；S3、利用标准频率合成及移相模块对标准信号进行移相控制，使得标准信号与实际闸门信号前沿或后延同步，并将移相后的标准信号输出至待测频率计数器；S4、利用待测频率计数器和标准频率计数器分别对待测信号和标准信号进行计数；S5、根据待测频率计数器和标准频率计数器的计数值及标准信号的频率对待测信号频率进行测量。进一步地，所述实际闸门信号的周期为被测信号周期的整数倍。进一步地，所述利用标准频率合成及移相模块对标准信号进行移相控制时，标准信号相位提前或滞后2π，整个移相过程中，标准信号的计数值无变化，则得到待测信号频率的计算公式为：其中，fX为待测信号频率，fS为标准信号频率，NX为待测频率计数器对待测信号进行计数得到的计数值，NS为标准频率计数器对标准信号进行计数得到的计数值。进一步地，所述利用标准频率合成及移相模块对标准信号进行移相控制时，标准信号相位提前θ1或滞后θ2，标准信号的计数值减1，则得到待测信号频率的计算公式为：其中，fX为待测信号频率，fS为标准信号频率，NX为待测频率计数器对待测信号进行计数得到的计数值，NS为标准频率计数器对标准信号进行计数得到的计数值。进一步地，所述利用标准频率合成及移相模块对标准信号进行移相控制时，标准信号相位提前θ1或滞后θ2，标准信号的计数值增1，则得到待测信号频率的计算公式为：其中，fX为待测信号频率，fS为标准信号频率，NX为待测频率计数器对待测信号进行计数得到的计数值，NS为标准频率计数器对标准信号进行计数得到的计数值。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用移相同步多周期测频，通过对标准信号进行移相，结合计数值的变化，在保证实际闸门和待测信号严格同步的情况下，实现了实际闸门上升沿和下降沿与标准信号的同步，有效消除了对待测信号和标准信号±1个周期的计数误差，大大提高了测频精度，实现了在整个测试频段的高精度测量。附图说明图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移相同步的高精度测频装置，其特征在于，包括主芯片、及分别与主芯片电性连接的闸门控制模块、标准频率合成及移相模块、待测频率计数器和标准频率计数器；所述闸门控制模块和待测频率计数器的输入端均输入待测信号，所述主芯片输入预置闸门信号至闸门控制模块以产生实际闸门信号，并分别输出至待测频率计数器和标准频率计数器，所述主芯片控制标准频率合成及移相模块产生可移相的标准信号，并输出至标准频率计数器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于移相同步的高精度测频装置，其特征在于，包括主芯片、及分别与主芯片电性连接的闸门控制模块、标准频率合成及移相模块、待测频率计数器和标准频率计数器；所述闸门控制模块和待测频率计数器的输入端均输入待测信号，所述主芯片输入预置闸门信号至闸门控制模块以产生实际闸门信号，并分别输出至待测频率计数器和标准频率计数器，所述主芯片控制标准频率合成及移相模块产生可移相的标准信号，并输出至标准频率计数器。


2.如权利要求1所述的基于移相同步的高精度测频装置，其特征在于，所述主芯片采用单片机，闸门控制模块采用D触发器，D触发器的引脚1、4连接供电电源，D触发器的引脚2与单片机的引脚25连接，D触发器的引脚3与待测信号输入插座连接，待测信号输入插座的另一端接地。


3.如权利要求2所述的基于移相同步的高精度测频装置，其特征在于，所述标准频率合成及移相模块采用DDS频率合成器，DDS频率合成器的引脚1、2、3、4分别与单片机的引脚43、44、45、46连接，DDS频率合成器的引脚28、27、26、25分别与单片机的引脚47、2、3、4连接，DDS频率合成器的引脚5、10、24、19均接地，DDS频率合成器的引脚6、11、23、18连接供电电源，DDS频率合成器的引脚7与单片机的引脚28连接，DDS频率合成器的引脚8与单片机的引脚27连接，DDS频率合成器的引脚9与晶振的引脚3连接，晶振的引脚1、2均接地，晶振的引脚4连接供电电源，并通过并联的第九电容、第十电容、第十一电容接地，DDS频率合成器的引脚12通过第八电阻接地，DDS频率合成器的引脚20与第五电阻连接，DDS频率合成器的引脚21分别与第一电感和第六电阻连接，第一电感另一端分别与第二电感和第七电容连接，第二电感另一端分别与第四电容和第八电容连接，第五电阻、第六电阻、第七电容和第八电容另一端均接地，第一电感和第二电感两端分别并联有第五电容和第六电容，第四电容另一端与DDS频率合成器的引脚16连接，DDS频率合成器的引脚15分别与第三电阻、稳压器阴极及变阻器连接，第三电阻另一端连接供电电源，变阻器另一端分别与稳压器参考极和第七电阻连接，稳压器阳极和第七电阻另一端均接地。


4.如权利要求3所述的基于移相同步的高精度测频装置，其特征在于，所述待测频率计数器包括第一计数器、第二计数器、第三计数器和第四计数器，四个计数器的引脚1、2、3、4、5、6、7、8均分别与单片机的引脚5、6、8、9、10、11、12、13连接，四个计数器的引脚14、9、17、16、18均连接供电电源，四个计数器的引脚15均与D触发器的引脚5连接，四个计数器的引脚12均与单片机的引脚24连接，四个计数器的引脚19均与单片机的引脚21连接，第一计数器的引脚13与待测信号输入插座连接，第一计数器的引脚11与第二计数器的引脚13连接，第二计数器的引脚11与第三计数器的引脚13连接，第三计数器的引脚11与第四计数器的引脚13连接。


5.如权利要求4所述的基于移相同步的高精度测频装置，其特征在于，所述标准频率计数...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫磊，唐斌，
申请(专利权)人：成都航空职业技术学院，
类型：发明
国别省市：四川;51