150MHz频率计

一、简述

本开源项目参考自Fmeter-G431，原开源项目地址：http://www.mino-elektronik.de/

有关Fmeter-G431的介绍推荐观看以下视频，介绍的挺详细的：

https://www.bilibili.com/video/BV1dV411T75T/?spm_id_from=333.1391.0.0&vd_source=0dc587bc9135af225a3e2f42dbb131f9

https://www.bilibili.com/video/BV1HK4y1z7yA/?spm_id_from=333.1391.0.0&vd_source=0dc587bc9135af225a3e2f42dbb131f9

二、频率计特性

• 测量范围：1Hz~150MHz，小数点后4位结果
• 测量电平：19mVpp~3.3Vpp
• 闸门时间：2s、2s、20s可选
• 频率量程：Hz/kHz/MHz
• 内部参考频率16 MHz
• 9~24 VDC或 6~14VAC电源输入，最大电流 200 mA

三、电路简析与实测

1.测量原理

本开源项目使用的是多周期同步测量原理，测量部分系统框图如下：

由单片机提供闸门信号，经D触发器使得闸门信号与待测信号同步，此时两个与门“开通”，待测信号与基准信号进入计数器I/计数器II。当闸门信号结束后，单片机读取计数器I/计数器II的值，计算得到待测信号的频率。由框图可知待测信号频率测量精度与基准信号精度有关，与闸门信号精度无关。在该系统中，闸门信号只是对被测信号同步，对基准信号并不同步，因此这只是一种准同步。由于闸门时间与基准信号并不同步，因此就有对基准信号计数产生的 ± 1 个字误差。该误差也会影响待测信号频率测量精度。

2.电路简析

频率计由单片机+降压电源+信号处理电路+淘晶驰触摸屏组成。

1）单片机电路

单片机选用便宜的stm32f031。其中PA9作为TIM1的CH2负责接收待测信号。考虑到计数值会很大，使用TIM1+TIM3级联组成32bits的计数器。PA0作为TIM2的CH1负责接收基准信号。预留一个串口可以与淘晶驰触摸屏通讯，也可与PC通讯。本项目使用串口与淘晶驰触摸屏通讯。PA6作为闸门信号输出，由TIM16控制。图中Y1可以省略，使用单片机内部的RC振荡器不影响测量精度。

2）电源电路           

由于DB107S的存在，电源输入可以是经变压器降压的交流电源，也可以是直流电源且没有极性限制，但是这样会增加DB107S的损耗。为应对宽输入电源，使用XL1509降压得到+5V。为了基准信号频率稳定，使用AMSD1117-3.3得到纹波较小的+3.3V电源。

3）信号处理电路

首先信号通过U7.1放大。这里为了节约成本，使用非门作为放大器。原理如下：

这里需要注意的是U7.1应该选用ubuffered的非门，如74LVC1GU04GV,125；

选用buffered的非门如SN74AUP1G04DBVR不能起到放大作用。

同时考虑到非门的增益带宽积，即使放大也不能指望信号的幅度满足要求。

例如下面的温度补偿型晶振，经U7.1放大整形后，信号并不能被后续的与门识别。

信号经放大整形后，经D触发器（74AUP1G74DC,125）8分频后送入与门。选用D触发器注意要选用时钟频率高的型号。

基准信号要求频率稳定度高，受温度影响小，所以基准信号晶振一开始选用TXCO，型号SX3T25.000B010J020S，但是由于波形幅度的限制，最后选用3.3V输出的有源晶振，型号SX5M16.000M20F30TNN。

3. 实测波形

需要注意的是，测量所用的示波器带宽为100M，而测试信号为119MHz，所以实际波形幅度仅供参考。

1）P4的2脚波形

2)U7.1的2脚波形

3)U7.1的4脚波形

4)U8.1的4脚波形

5)U5.1的5脚波形

6)U10.01的5脚波形

7)U6.1的5脚波形

8)U11.1的5脚波形

9)U9.1的4脚波形

4.程序

程序流程图如下：

5.效果展示

 

SX5M16.000M20F30TNN输出测量   

 

SX3T25.000B010J020S输出测量