如何进行简易数字频率计的设计分析

　　文章简单阐述了数字频率计在设计之前的理论分析，给出了数字频率计误差分析、灵敏度涵义、触发信号误差、信号时间间隔的测量等问题的理论分析，为数字频率计的设计打下了一定的基础。

　　本课题是2016年全国大学生电子设计竞赛的赛题之一，从其设计要求指标和难度而言，均高于往届类似的赛题。本设计从多种角度给出笔者认为最佳的设计方案，愿此文能给广大读者、在校大学生、电子设计与制作爱好者提供有帮助的设计理念和设计方案。

　　1.1 课题设计指标

　　（1）频率和周期测量功能 。

　　①正弦波，频率范围为1 Hz～100 MHz；有效值电压范围为10 mV～1 V；

　　②预置闸门时间为 1 s 时，测量误差的绝对值不大于10-4。

　　（2）时间间隔测量功能。

　　①方波，频率范围为100 Hz～1 MHz；峰峰值电压范围为50 mV～1 V；

　　②被测时间间隔的范围为0.1 μs～100 ms；

　　③测量误差的绝对值不大于10-2。

　　（3）脉冲信号占空比的测量功能。

　　①矩形波，频率范围为1 Hz～5 MHz；峰峰值电压范围为50 mV～1 V；

　　②被测脉冲信号占空比的范围为10%～ 90%；

　　③测量误差的绝对值不大于10-2 。

　　（4）刷新时间≤ 2 s，显示稳定，并能自动显示单位。

　　（5）其他。例如，进一步降低被测信号电压的幅度等。 1.2 赛题考核的主要技术指标 1.2.1 测量误差

　　（1）频率和周期测量误差不大于10-4（难点：1 Hz， 100 MHz）；

　　（2）时间间隔测量误差不大于10-2（难点：频率为100 Hz，测量0.1 μs）；

　　（3）占空比测量误差不大于 10-2（难点：频率为1 MHz，测量10%）。

　　1.2.2 灵敏度

　　（1）频率和周期测量时，被测信号有效值电压范围为 10 mV～1 V；

　　（2）进一步降低被测信号电压的幅度。

　　1.2.3 测量误差指标的涵义

　　（1）被测信号在1 Hz～10 MHz范围内，每一个频率点上的测量误差均≤10-4。

　　（2）10-4的涵义：若fx=1.123456‥‥Hz，由于１Hz的10-4 为0.000 1 Hz，则应该显示 1.123 4±0.000 1 Hz。即允许的显示数为1.123 3～1.123 5三者之一。

　　（3）为了体现10-4的精度，频率计的显示范围应该为： 1.000 0 Hz～99.999 MHz。即频率计应该采用5位数字显示，且最高显示位不能为“0”，且单位能自动设置，小数点能自动定位。

　　（4）如果显示位数采用4位及以下，则仪器不能体现 10- 4的精度；如果显示位数采用6位及以上，则数据最后有2～3位含有误差，无意义。