CPLD测量频率的电路与软件设计(2)
2 测量原理和方法
在现代测频领域，测频方法有很多种。第一种：利用电路的频率响应特性进行频率测量。这方面的测频技术包括谐振测频法（适用于低频）和电桥测频法（适用于高频）等[5]。这种测频方法不需要电源，电路也相对简单，但是测量方法必将原始，测量精确度较低。第二种：利用待测信号与参考信号频率之间的对比来测量频率。这种方法现在主要包括直接测频法和间接测频法。直接测频法就是在一个参考信号的特定的周期（闸门时间）里来测出被测信号的周期数。直接测频法多用于测量高频信号。间接测频法就是测量被测信号一定数量周期所持续的时间，进而间接的得出待测信号的频率。间接测频法也叫周期测频法，多用于测量低频信号。
测量频率最常用的方法是直接测频法，就是在一个参考信号的特定的周期（闸门时间）里来测出被测信号的周期数。其原理是，用一个频率已知且稳定的信号作为基准信号，测量在此基准信号一个或者半个周期的时间内脉冲的个数，然后根据基准信号的频率计算待测信号的频率。例如，基准信号的周期是2秒，我们可以计算1秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。
如图2.1所示，我们把已知频率信号的半个周期作为闸门时间（T），然后利用技术系统计算闸门时间内的脉冲数。该信号的频率可利用公式f = N / T计算得到。例如，如果闸门时间设定为1秒钟，测得在闸门时间里有100个脉冲，那么待测信号的频率为100Hz。
图2.1 直接测频发法原理说明图
闸门时间也可以设定为非1秒的时间。测频精度是随着闸门时间的增大而增大的。原因：假如T时间内测得脉冲个数为N，则待测信号的频率为f= N/T。在基准信号的边界处，会因为误差多计入或者少计入0-1个脉冲数，因此存在正负一个被测时钟的误差。所以真正的脉冲会是介于（N+1）/T与（N-1）/T之间的任何频率。当被测信号频率很低或者闸门时间很小时，就会产生很大的相对误差。比如，当测得闸门时间内脉冲个数是10个或者闸门时间为1秒时，则测得的频率可能在9HZ到11HZ之间，这时会出现较大的误差。为了提高在低频率时的精确度，我们尽可能的提高闸门时间的长度。当然，闸门时间变长也会使频率刷新时间变长。
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