基于单片机的多周期完全同步测频技术

文章摘要： 被测信号和晶振信号经过整形后都加到相位检测器；相位检测器检测到两路信号都在某一相位点(零相位点)时产生触发信号，门控电路输出高电平，主门A和B同时打开，计数器A和B同时计数；经过时间了后，相位检测器又检测到两路信号到达同一相位点，产生一触发信号，这时门控电路输出低电平，主门A和B同时关闭，计数器A和B停止计数。由于相检器是从两路信号的同一零相位点开始触发，另一个零相位点再次触发，两次触发的时间间隔与两路信号都相关，且是每路信号周期的整数倍。与前面的多周期测量一样，T=MTx=NT0，fx=M/Nf0，△fx/fx=△M/M

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被测信号和晶振信号经过整形后都加到相位检测器；相位检测器检测到两路信号都在某一相位点(零相位点)时产生触发信号，门控电路输出高电平，主门A和B同时打开，计数器A和B同时计数；经过时间了后，相位检测器又检测到两路信号到达同一相位点，产生一触发信号，这时门控电路输出低电平，主门A和B同时关闭，计数器A和B停止计数。由于相检器是从两路信号的同一零相位点开始触发，另一个零相位点再次触发，两次触发的时间间隔与两路信号都相关，且是每路信号周期的整数倍。与前面的多周期测量一样，T=MTx=NT0，fx=M/Nf0，△fx/fx=△M/M-△N/N+△f0/f0。但这时△M/M=0，△N/N=0，所以△fx/fx=△f0/f0。即被测信号的频率准确度与晶振的频稳度相等。从理论上看，被测信号的频率准确度可以达到10-11~10-12数量级，这样的测量准确度比前面的多周期测量的准确度高好几个数量级。但实际上由于相位检测器的过零检测及门控电路的触发都会产生误差，实际测量的频率准确度会比理论值低，而且这种测量也是靠牺牲测量时间来提高测量准确度，所以也不适宜快速测量。

3多周期完全同步测频在单片机测量系统中的实现

整个测量系统由单片机、模拟电路和显示电路组成。单片机在测量系统中主要完成定时、计数和运算功能。测量开始时，经过整形后的被测信号和晶振信号送到相位检测器，当它们都在第一个零相位点时，检测器将高电子送到单片机，两计数器同时开始计数。当两路信号第二个零相位点到来时，检测器将低电平送到单片机，计数器都停止计数。将两个计数值经过运算后由显示器显示。测量原理框图如图3所示。软件流程图如图4所示。

在测量过程中要用到一个定时器和两个计数器，定时器受相位检测器的控制。当相位检测器检测到两路信号都为零相位时，产生触发脉冲，定时器开始计时；当相位检测器再次检测到两路信号的相位又都为零时，产生触发脉冲，定时器停止计时。与此同时，两计数器分别在定时器计时期间对被测信号及晶振信号进行计数，将汁数结果送运算器运算(由软件编程进行)。最后由显示器显示测量结果。由于测量准确度较高，显示器的位数也要适当增加。

4实际应用及分析

根据-上述设计情况，将这个频率测量系统用三个实验进行实测：一是对中央电视台同步信号系统的频率基准(4．43361875MHz)进行测量，其频率准确度高于5×10-12，选用双恒温晶振的频稳度为1×10-11，测量时最后一位数字在变化，整个系统的频率准确度达2×10-9；二是对某雷达信号的频率进行测量，测得其频率为8988．67436MHz，最后一位有3个字的变化，频率准确度为3×10-9；三是对晶振信号进行二分频信号测量得到20．00000006MHz，最后一位有3个字的变化，频率准确度为3×10-10。从测量结果看，整个测量系统并不能使频率测量准确度与晶振的频稳度在同一个数量级，而是有近两个数量级的差距。主要是由于相检器触发产生的触发误差及系统响应引起的响应误差等。但这个测频系统比通常的多周期同步测量系统(测量频率准确度可达10-6数量级)测量准确度要高出三个数量级。

通过对多周期同步测频法的分析，提出了多周期完全同步测频法的设计方法，最后用单片机实歼这种方法，使频率测量的准确度由原来的10-6数量级提高到10-9数量级。整个测量系统电路结构较简单，软件设计也很容易，可以得到较好的应用。

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