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  • 1 # 老馬識途微控制器

    想要使用萬用表測量頻率,可以將頻率轉換成電壓來測量。

    某些新型的指標式萬用表具有頻率測量功能。需要說明的是

    ,如果想要測量頻率,必須將被測頻率轉換成直流電壓訊號

    ,完成頻率轉換。

    下面我們來介紹一種頻率測量方法。本方法使用一個指標式

    萬用表(滿量程為200mV的直流毫伏表)和一個頻率/電壓轉

    換器。可疑測量10Hz~20kHz範圍的頻率,測量準確度可達2%

    ,被測頻率訊號有效值為50mV~10V。

    一、測量原理

    首先,利用頻率/電壓轉換器把被測的頻率訊號轉換成直流電壓,然後送到2.5V電壓檔。

    測量電路如下圖所示,該電路主要包含運算放大器TL061,CMOS六反相器CD4069,CMOS定時器ICM7555.

    其中IC1作為電壓放大器,IC2起到整形與緩衝的作用,IC3構成頻率/電壓轉換器。

    二、元器件作用詳解

    輸入頻率訊號經限流電阻R1加至IC1的同相輸入端,利用IC1做開環電壓放大。VD1和VD2為輸入級雙向限幅二極體,可將輸入電壓限制在0.7V左右,起到保護作用。C1為隔直電容R3和R4是偏置電阻,可將反相器F1的工作點偏置在電源電壓的中點:((U+)-(U-))/2=E/2=4.5V。F1、F2起到整形作用,使放大後的訊號變成沿口陡峭的矩形脈衝,以便於進行頻率/電壓轉換。F2的輸出訊號經C2耦合到ICM7555的第2腳。R5和R6也是偏置電阻,因為IC3的電源取自ICL7106的U=與Ucom自己,故其第2腳的工作點是((U+)-(Ucom))/2=E/2=1.4V。

    考慮到經多級放大整形後頻率訊號的沿口很陡,耦合電容C2僅為10pF,目的是減小時間常數。如果C2的容量過大,則讀數趨於穩定的時間將大為延長。為保證頻率/電壓轉換能持續進行,ICM7555的復位端接U+,使電路總不復位。控制電壓端(第5腳)懸空不用。R7為定時電阻,C3是定時電容。ICM7555在這裡做單穩態觸發器使用,觸發脈衝為低電平有效。ICM7555內含有兩個比較器和一個RS觸發器。當第2腳輸入電平從負跳變到U+/3時,RS觸發器翻轉,OUT=1,此時U+透過R7對C3充電,當Uc3=2/3U+時,RS觸發器再次翻轉,OUT=1,這樣每觸發一次第2腳,就從第3腳輸出一個正向脈衝。設高電平脈衝寬度為t(s),則:

    從第3腳輸出的脈衝序列透過R8,RP和R9分壓,再經C4,R10,C5濾波,獲得平均值電壓。因為t是固定的,所以觸發頻率f越高,在單位時間內產生的脈衝數也越多,由此獲得/U0越大。這表明/U0與f嚴格成正比,這就是利用ICM7555實現頻率/電壓轉換的原理。

    RP為校準電位器,調整它可使儀表直接顯示出頻率值。

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