电子频率计应用无线电爱好者DIY自制8位频率计，附电路结构及原理分析|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

无线电爱好者DIY自制8位频率计，附电路结构及原理分析

在无线电制作中，有时候难免需要测试振荡电路中的频率变化，这时候有一台频率计是非常方便的事情。

频率计，是一种相对比较简单的测试仪表，因此决定自制一台这里所制作的频率计性能指标如下：1.显示的位数：8位，LED数码管显示2.测试频率范围：100Hz-10MHz，10MHz-100MHz（分频），最高可测150MHz3.供电：DC 7.5V-15V，预留电池接口，可用电池供电4.采用恒温晶体振荡器（OCXO）做基准，基准初始频率稳定度≤±200ppb，温度稳定度≤±10ppb，电源稳定度≤±2ppb5.采用专用频率计数集成电路，电路简单

输入接口分高频和低频，频率计电路结构如下：

低频信号通过施密特触发器74F125整形，直接送入ICM7216D进行频率计数。高频信号先经过宽频放大器放大，进入10分频器11C90进行分频，再经施密特触发器74F125整形，送入ICM7216D进行频率计数计数结果，由8位数码管显示器显示出来由硬件开关选择高频或低频输入

这种频率计工作原理非常简单：首先，其核心是一个计数器和一个闸门

闸门由基准时钟决定，用来控制计数器的启停，当闸门开启时，计数器对输入脉冲进行计数闸门关闭后，计数器停止计数，并将计数结果由数码管显示出来。

通俗的说，就是体育老师手拿秒表，喊：预备~~开始！于是你就开始拼命掰着手指头数数，到了规定时间，老师喊：停！，你就停止，报告说我数了多少个数。

只要知道了闸门开闭的时间，根据计数结果，就可以算出频率，而闸门开闭时间的精度，决定结果的精度。

这种方式虽然简单，但是它不适合测量过高的频率（数不过来了）所以，这个频率计，如果不加分频器，标称可以测10MHz以下的频率，实际测试发现最高可以测到15MHz左右。

首先，用SpringLayout设计电路板草样

通过热转印方式制作线路板

做好的线路板

由于采用OCXO恒温晶体+数码管显示，且打算采用电池供电

因此，频率计的工作电路注定要有几百毫安，对电池续航提出较大考验

电源的设计上，我只需要一个5V电源，如果用7805一类的三端稳压自然最简单

但是，线性稳压损耗较高，为了考虑节能减排，决定尝试采用开关式稳压电路进行降压

这还是头一遭，用开关式电路，固然能够达到节能降耗的设计思路

但是，开关电源带来的噪音和干扰也是一个难办的问题

特别是用在频率计这样一个测试仪表上，会不会对仪表造成干扰？这还是未知

唯物辩证法告诉我们：物质决定意识，意识是物质的反应。意识具有能动作用，意识不仅能够正确的反应客观事物，还能够反作用于客观事物，正确的思想意识能够促进客观事物的发展，错误的思想意识将阻碍客观事物的发展

决定测试一下，观察究竟在频率计上用开关电源有什么影响。

俗话说，兵马未动，粮草先行首先调试电源部分，一个buck的降压电路，用的是TSP6430，一颗国产DC-DC集成电路外围元件少，同步整流

首先进行测试，用一个6V 5W的卤钨灯当作负载，5V供电也有大概700mA电流。可以模拟最大负载，输出带载电压正常，5.23V

开关电源最大的潜在问题就是干扰，测下纹波，肯定有的，不管看起来似乎还好，可以控制在100mV以下

电源搭好了，继续其它电路，这就简单了

OCXO，这属于精密元件，留着最后安装。

有道是群雁高飞头雁领，路线方针确定后，干部是关键

恒温晶体振荡器，这是频率计里最关键的元件之一，它是整个频率计的时钟参考

所有测试结果，都是以它输出的基准频率作为参考的，因此可以说，频率计的性能，一多半都是由它决定

如果它不准了，那测试结果肯定不能正确，用OCXO的缺点也是有的。

第一，这家伙需要一个加热电源，耗电量比较大，最大能有近600mA第二，开机需要预热，经实践发现，这个OCXO大概需要1分钟左右才能完成预热第三，块头大，比如这个还算体积小的也有25mm*25mm的占地面积

这是这颗OCXO的技术指标，可以看出，具有相当优秀的性能指标

将OCXO装上电路板，至此，电路板部分构建基本完成

唯一的缺憾是分频芯片暂时没有买到，需要等几天

接显示单元试试，空载，正常点亮

目前看情况似乎一切还好，没有见到明显的干扰情况出现

接入一个测试用的频率信号，显示正常，迈出了成功的第一步

电路搭好后，下面开始制作外壳，外壳采用铝板构造，三明治结构，简单粗暴。

首先，从铝板材上裁剪需要的部分

将铝板裁剪成合适尺寸，画线，钻孔

初步组装

制作显示单元的支架，测量中间的间距

裁剪一个铝条，也是边角料

按设计尺寸折弯，制作显示单元支架

对位固定

组装显示单元和支架

找到一根没有油的签字笔笔芯

制作塑料柱

用于隔开显示单元电路和支架，防止短路

继续组装

显示单元和主控板之间的连线插口

通电测试，显示正常

盖好盖子，这就组装完了

尺寸，不算大，后面是电源接口和时钟闸门选择开关的位置。时钟闸门，经过实践发现就用1s能满足大多数需要。所以就没装，正好手上也没合适的开关，暂不装了

两个SMA接口分别对应高频输入和低频输入，边上有一个跳线帽用来切换高、低频端口。因为近期受某种微小生物的影响，不能自由逛电子市场，在线购物又划不来，所以暂时没有合适的拨动开关，用跳线先替代吧

侧面

下面开始进行测试，上电什么都不接，显示000

接入一根射频跳线，空载稳定度很好，没有受到干扰导致自己跳动

首先，请出测试用的频率基准。

这是一颗中国电子科技集团第十三研究所产的OCXO恒温晶体振荡器。标称输出频率10.0MHz，性能，和用作基准的那颗OCXO基本相似，还更优于那一个。

在事物的发展变化过程中，由于自己内部的矛盾运动，表现为量变和质变两种状态，量变是质变的必要准备，是质变的前提和基础，

它决定质变的性质和方向；质变是量变的必然结果，量变达到一定程度必然引起质变，质变在巩固量变成果基础上进一步引起新的量变。

OCXO的频率稳定度是以ppb（十亿分之一）作为指标的，核心晶体轻微的温度变化，就会导致输出频率的漂移

OCXO里面重要的结构就是恒温槽，恒温槽越大，温控能力越佳，性能相对越好

OCXO是有源器件，需要外接电源才能正常工作。给它提供一个12V的工作电源

测试结果，还算比较满意，两个OCXO经过预热后输出稳定的频率

最后显示字数在10000000~9999998之间跳动，也就是说，有2Hz的波动

对于这个结果，我觉得算是满意，唯物辩证法教导我们说：事物与事物之间都是相互联系，相互渗透，相互影响的。

频率计的性能，不光看基准，要综合考虑整体性能

在看看用其它频率源是否也能正常工作，这是自制的晶振测试器，用它输出信号，这些晶振，就不是带有温度补偿和恒温槽的晶振了，就是普通的2脚无源晶振，售价大约0.2-1元不等，这是一颗12.8MHz晶振

12.8MHz分频出的800KHz

测试4.00MHz晶振

测试7.00MHz晶振

测试9.00MHz晶振

大家可能好奇为什么测试的频率值和晶体的标称频率不一致，

从上图看，各个晶体的测试数值和标称数值存在着几百Hz的差值

个人认为原因如下：

1、任何事物的内部都包含着既对立又统一的矛盾，我们需要一个稳定的频率，而实际往往事与愿违晶体本身的误差、温度特性都会导致频率变化，对于这种晶体，一般厂家会给出25ppm左右的误差和温度系数。而实际，往往误差要高于这个指标，比如用烙铁靠近晶体，会发现频率变化显著，甚至能上KHz

2.晶体的工作方式，负载电容，晶体是有串联谐振频率和并联谐振频率的，晶体可以看成一个LCR电路，外部电路的改变对晶体的振荡频率也会产生微小改变，所以测试频率和晶体标称频率有微小不一致，也是正常现象。

矛盾双方又统一又斗争促成对立面的转化，推动事物的运动、变化和发展；矛盾既是客观的、普遍的，又各有其特殊性，它揭示了事物内部对立双方又统一又斗争是事物普遍联系的根本内容，是事物发展的实质，是事物发展的根本动力。

如果想要非常精确，后续发明了TCXO，如果需要特别精准，又研制出了OCXO，若是追求极致，有一种设备叫原子钟。

最后说说开关电源工作的如何

首先，在用假负载进行测试过程中，开关电源工作的很好，最大2.2A负载烤鸡没有压力，在频率计实际工作中，要看工况了。

在低频接口工作中，应该说还是正常的，和用4.8V镍氢电池供电，没有太大区别，但是在高频接口工作中，开关电源对前置放大器产生了较为严重的干扰。

具体表现为测试接口旷置时，会出现几十KHz的读数，在进行测量时，显示的末尾3位数字会不断跳动，无法稳定读数，虽然经过加装滤波电感，退耦电容等措施令干扰有所缓解，但是仍不能完全消除所以，最终暂时改为了传统的线性三端稳压器LM7805

针对今后可能采用7.4V锂电池供电，还需要更换为LDO，虽然开关电源被否定了，但是唯物辩证法教导我们说：否定之否定是哲学上的重要规律，体现在DIY制作上，就是总是在不断地自我否定之中前进。这种前进看似在原地转圈，不停地回到起点，实际上是在螺旋式上升。

每一次回到起点时都不是简单的重复，而是上升到了更高的层次和境界，理论水平和实践经验都得到了升华。

FAQ： Q:这个频率计精度如何？ A：不知道，因为没有标准对它进行计量检定。量值统一最重要的就是量值的溯源和量值传递用OCXO作为基准，只是看重它的稳定性。作为测量仪表，没有绝对精确。有的只是相对精确。如果对于国家基准来说，可能它不是准的，但是对于自己的基准OCXO来说，它应该是准的。

Q:平时我们需要多精确的仪表？ A:看你干什么，要是平时DIY，家电维修什么的，最基础的精度级比如2.5级就足够了追求好一点的1.0级算相当不错，如果您要发射宇宙飞船，研制个核弹头什么的那另当别论比如测家里的电压得到220V和225V的结果并不会有什么影响，比如我调SSB滤波器就要追求到几十Hz了

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作者：2n3055

本文来源：数码之家

频率计的使用规范和功能说明

本文主要以SYN5636型高精度频率计作为标准，对日常通称的频率计可测功能做了简单的说明，对国家和行业对频率计使用要求的标准规范做了一个简单的总结，同时对频率计的市场应用进行了分析，方便用户在对频率计的设备使用直接有一个概念性的认知，能够快速的上手使用。

1.频率计规范说明

频率计又称频率计数器，很多日常使用用户也将频率计称为计数器或频率计，作为测量频率信号的电子测量仪器的多种习惯性叫法，不同的叫法延用于多个行业的时期。

我国对频率计的规范使用要求，目前可行并有效的标准为频率计JJG349-2014检定规程，其作为测量仪器或参考数据标准设备时，必须满足规程要求，主要通过第三方检定数据作为参考基准，评价其是否满足国家或者行业的使用要求。本文提到的频率计和频率，均指同一类型设备。

目前我国对频率计检测计量规范标准JJG349-2014检定规程，主要解释权属于全国时间频率计量技术委员会。频率计检定规程，从制定至今共经历两个版本，最早是JJG349-2001版本，现在已经被最新的JJG243-2014检定规程标准替换。

频率计JJG243-2014检定规程制定实施，相对于旧版本，相对提高了计量性能的标准要求，增加了周期测量下限，频率测量上限的区间，对检定方法做了修改，细化和补充等，其具体变化如下：

注：以上截图出自JJG349-2014频率计检定规程稿引言页面。

频率计新检定规程中引言部分对新规程的除编辑性修改外的主要技术变化已经详细列出，其中包括提高了频率测量上限，周期测量下限和时间间隔测量下限；新增引言，术语内容，提出有效分辨力概念；修改，补充了计量性能要求内容；细化并明确了检定条件和检定方法；修改，补充周期测量误差检定方法；补充时间间隔测量误差中的单通道脉冲宽度检定方法；新增检定证书/检定结果通知书内页格式，检定证书检定结果页格式，检定结果通知书检定结果页格式，检定原始记录数据页格式。

频率计引言部分增加有效分辨力，其给出的概念为有效分辨力是指仪器显示测量结果中稳定，准确的最低数位所代表的的量值。同时将测量频率范围从之前的1GHz一下调整到了18GHz以下频率计的检定，提高了频率测量上限。

频率计检定规程中在计量性能要求中分段给出了不同频率，周期范围，灵敏度的要求，具体如下图所示：

频率计检定规程中对内置时基振荡器的开机特性，日频率不平等配哪个，日老化率，1s频率稳定度，频率复现性，频率准确度参数做了参考标准，主要具体到的技术参数如下：

开机特性：10-7～10-11

日频率波动：10-7～10-11

日老化率：10-7～10-11

1s频率稳定度：10-8～10-12

频率复现性：10-7～10-11

频率准确度：10-6～10-10

检定规程中对内置时基振荡器的要求中，对以上参数做了特殊情况下，部分厂家的产品可以按照其产品说明书为准。同时注明内置时基为高稳晶振，铷振荡器及GNSS振荡器时，性能要求依据相应规程并以产品说明书为准。

2.频率计的功能和应用

随着电子技术的不断进步，频率计的功能和性能也在不断完善，频率计的应用领域也越来越多，频率计可以用于的行业和场景是航空航天、导弹、武器等领域的时间测量和晶振，电子元器件等科研、计量领域的时间、频率测量，尤其在在工业生产和科学实验中经常需要用到频率计。如果知道待测信号的大概频率，就可以用滤波器抑制已知的干扰信号，而在计数器量程之外的其他信号或低电平信号不会对待测信号的频率测量产生干扰。

频率计的功能使用，是在进入设备的操作界面后进行选择对应的测试功能，这款频率计对频率、周期、时间间隔、输入功率、平均值、最大值、最小值、峰峰值等等功能的测量，只需要在触摸屏装置界面选择对应的测量功能和测量通道，设置频率计的对应闸门时间后，选择开始按钮频率计进行工作，选择停止频率计停止工作。频率计不论选择那种测试信号，频率计都会以数字形式显示频率值。

频率计的测量原理主要表现在闸门时间越短，测量的频率值刷新就越快，并且测的频率精度会受到影响。频率计对频率值准确度要求比较高时，则需要将闸门时间加长，时间越长得到的频率值就越准确，所以相对应的每测一次频率的间隔就越长。通常情况下闸门时间越短测量的频率值刷新就越快，但是这样测量的频率精度会降低。如果对频率值要求较高时，则需要增加闸门时间的时长，这样闸门时间越长得到的频率值就越准确，但是相对应的频率时间间隔就越长。

频率计在测量完毕后，如需要对测量的数值结果保存到电脑，则频率计可以通过数据通信接口USB或RJ45，将数值传输至电脑上。频率计还可以接入一个正弦10MHz外部参考为标准，用来衡量被测设备的周期信号或时间频率信号的测量值误差大小结果是否准确。目前国内的频率计只有SYN5636/5633/5635/5637型做到了分辨率最高可达12位/s和15位/1000s显示。

3.小结

本文主要对频率计从规范标准上做了较多的说明，主要还是参考由全国时间频率计量技术委员会归档的JJG349-2014通用器检定规程，其作为行业内对通用计数器第三方检定，测试，校准的基本参考规范，现有效运行，其具体的检定内容，检定方法，检定依据可以看详细的规程内容。同时对频率计的功能和应用做了简单的说明，方便用户快速掌握频率计的基本性能。有其他关于频率计选择和使用的事宜，可联系同步天下业务人员。