数字频率规划

数字频率规划（共9篇）

数字频率规划 篇1

摘要：随着广播业务的不断开拓, 调频频段频谱资源日益紧张, 广播数字化工作越来越迫切, 国外已有多种数字音频广播技术开始应用, 我国自主研发的调频频段数字音频广播即将进入实验阶段, 而频率规划是确保我国数字音频广播成功应用的关键。本文基于两种国外主流技术 (美国的HD Radio系统和欧洲的DRM+系统) , 从频率规划的角度, 重点就播出方式、有效覆盖范围、保护率等方面进行分析研究, 并对未来我国调频频段数字音频广播网络建设提出自己的看法。

关键词：调频广播,数字音频广播,有效覆盖,保护率

1概述

调频广播自诞生以来, 迄今已经有80多年的历史, 由于占用的频带等原因, 覆盖范围较大, 绕射能力强, 声音质量好, 接收机实现较简单, 价格低廉, 因此在声音广播领域占据了非常重要的位置, 是我国及世界大多数国家开展声音广播的主要手段。

然而, 随着听众精神文化需求的不断增长, 许多地区, 尤其是大中城市的调频频段频谱已经异常拥挤, 甚至饱和, 这限制了调频广播未来的发展。在此背景之下, 自上世纪末出现的数字音频广播为广播行业带来了新的希望。

数字音频广播具有音质更好、频谱利用率更高、可大面积组网覆盖、可提供增值数据业务等模拟调频广播无法比拟的优点, 但也面临接收机价格居高不下的瓶颈问题。因此, 未来很长一段时间内, 模拟广播和数字广播并存, 模拟广播向数字广播平滑过渡将是技术发展的必然趋势, 而这个过程中, 频率规划和指配问题尤为重要。

2国内外主流数字音频广播技术的频谱占用模式

目前国际上主流的数字广播系统主要有欧洲的DAB[1]、美国的HD Radio[2]和欧洲的DRM[3]系统, 其中DAB系统主要用于III波段 (165MHz~223MHz) 和L波段 (1.4G) , 适用于调频频段 (87MHz~108MHz) 的则是HD Radio及DRM+。我国自主研发的调频频段数字音频广播 (CDR) 则结合了这两种系统的优点, 并在其基础上又有所创新[4]。

HD Radio、DRM+和我国的CDR系统都是基于成熟的正交频分复用 (OFDM) 技术, 只是基础参数和采用的信道编码技术有所不同。更为重要的是, 由于它们使用的频段相同, 从频率规划的角度, 这些系统的应用都可以相互参考借鉴。

HD Radio系统有混合、扩展混合和全数字三种频谱占用模式, 混合模式和扩展混合模式是用于数模同播过渡的模式, 其特点是在模拟调频两边的频道内 (中心频率±200k Hz) 增加两个带宽为70k Hz~100k Hz的数字广播信号。为不干扰带内和相邻频道的模拟调频广播, 数字广播信号的功率严格控制在一定的频谱模板之下, 一般情况下数字广播信号的功率为带内模拟调频广播信号的1%~10%范围内 (即数模功率比为-20d B~-10d B) 。待数字广播接收机普及, 模拟调频广播全部关闭后, 这种传输模式会逐步被全数字模式全面取代。HD Radio系统混合模式的频谱如图1所示。

DRM+系统 (DRM模式E) 的频谱占用模式则是一个约100k Hz带宽的全数字信号, 独立播出数字音频节目, 或者通过与相邻的调频频道结合实现模拟与数字节目的同播 (图2) , 为避免干扰相邻的模拟调频广播, 数字信号与模拟调频广播信号的的功率差ΔP根据其与相邻调频广播载频的差Δf灵活调整。通常选取Δf≥150Hz;ΔP的选取较为灵活, 推荐当Δf取最小值150Hz时, ΔP≥20d B。

我国自主研发的调频频段数字音频广播系统则结合了两者的特点, 以100k Hz带宽的子带为基础, 可扩展到多个子带以支持更高数据率的业务, 同时也具有和HD Radio系统类似的同播模式, 在调频广播频道内增加两个50k Hz带宽的半子带。因此研究HD Radio系统和DRM+系统的频率规划问题对未来我国调频频段数字音频广播技术的推广也有重要的借鉴意义。

3模数过渡阶段频率规划的主要思路

如前所述, 当前模拟调频广播依然具有强大的生命力, 在声音广播领域占有绝对优势地位, 考虑到数字广播接收机成本问题, 很难通过直接更换接收机的方式推动广播从模拟到数字的转换, 因此只能采用数模同播, 逐步过渡的方法, 先逐步开始试播, 试验数字广播新业务, 培育新兴的数字广播接收机市场, 待数字接收机价格逐步降到与模拟调频广播接收机相比有一定竞争力的时候, 再扩大数字广播的播出力度。

由于当前我国模拟调频广播覆盖网络已经相当完备, 大范围、大规模调整频率规划难度非常大, 为降低频率协调难度, 同时考虑到数字音频广播组网建设和工程实施等问题, 数字音频广播网络建设初期应主要利用现有台站设施, 通过更换关键设备的方式进行数模同播, 在这种条件下, 数字音频广播的有效覆盖范围和数字/模拟广播保护率则成为两个关键因素。

3.1数字音频广播的有效覆盖范围

如前所述, 数字音频广播在发展初期, 应以数模同播方式为主, 则数字音频广播频率规划和网络设计应尽可能与现有模拟广播覆盖网络兼容或接近。这就要求在不干扰带内或邻频的模拟调频广播正常播出的情况下, 尽量保证与同播的模拟广播覆盖范围相当, 这可以避免重新进行频率规划, 既降低了重建网络的费用, 也保持了原有听众的收听习惯。

根据前期广播科学研究院在北京地区HD Radio覆盖测试结果[5], 在数模同播模式下, HD Radio数字信号和带内模拟调频功率比在-20d B时, 数字信号覆盖范围远小于带内模拟调频立体声广播, 当数字信号功率增至-14d B时, 两者覆盖范围接近。考虑到DRM+编码调制方式、接收门限与HD Radio接近, 在相同功率下的覆盖范围应该相当。而我国调频频段数字音频广播系统由于使用了更高级的LDPC编码技术, 在可比的编码调制率下相对这两个系统在接收门限方面有2d B~3d B的增益, 因此在数模功率比在-17d B时达到与带内模拟立体声调频广播相近的覆盖范围是可能的。

3.2同邻频保护率

在当前以模拟调频广播为主的覆盖网络中, 为了保证现有模拟调频广播的覆盖不受影响, 则新增数字音频广播带来的同邻频干扰至关重要, 因此需研究新增数字广播信号后同邻频保护率与原有的模拟调频广播的保护率的差异。

为掌握FM HD Radio和DRM+的传输性能及与模拟FM的兼容性, 世界上多个国家和地区展开了大量的实验室测试和开路试验。图3是在DRM+和HD Radio实验室测试数据基础上, 结合ITU-RBS.412-9建议书绘制的保护率曲线[6,7]。

由图3中可见, 在±100k Hz频率间隔内HD Radio对FM的干扰与ITU-R BS.412-9曲线比较接近;在±100k Hz~250k Hz的范围内, 数字边带对模拟调频的干扰明显高于模拟FM间的干扰, 当频率间隔为200k Hz时两者保护率区别最大, 高出ITU-R BS.412-9曲线约17d B;在±250k Hz~400k Hz范围内, HD Radio的干扰作用略低于FM间的干扰。

而对于DRM+, 我们看到只有当频率间隔为0k Hz和100k Hz时, DRM+对FM的干扰超出ITU-R BS.412-9曲线5d B, 其他间隔下均低于该曲线。因此, 若使用DRM+来替代现有的模拟FM广播, 其有效功率需要在原FM广播基础上降低至少5d B, 就可以保证在现有模拟调频网络中的兼容。

我国调频频段数字音频广播系统既有与HD Radio系统相近的频谱模式, 也有与DRM+系统相近的纯数字频谱模式, 因此在保护率测试时需区别对待, 分别处理。

4小结

综上所述, 调频频段由于工作频率较低, 覆盖性能好, 因此是开展声音广播不可多得的宝贵资源, 听众数量巨大, 为充分保证现有广大调频广播听众的正常收听, 采用数模同播, 平滑过渡的方式逐步转向全数字播出方式。

而在这个过渡过程中, 数字音频广播的频率规划应尽量保持与现有模拟调频相兼容, 因此数字音频广播的有效覆盖范围和模拟/数字同邻频保护率则是两个关键因素, 未来我国调频频段数字音频广播网络建设过程中应给予重点考虑。

参考文献

[1]GY/T 214-2006 30-3000MHz.地面数字音频广播系统技术规范[S].

[2]NATIONAL RADIO SYSTEMS COMMITTEE NRSC-5-B Inband/on-channel Digital Radio Broadcasting Standard April, 2008.

[3]ETSI ES 201 980 V3.1.1, 2009-8.Digital Radio Mondiale (DRM) :System Speciication[S].

[4]高鹏, 万戈, 陈树萍, 朱海波.数字声音广播的研究与实验[C].ICTC 2011.

[5]北京地区HD Radio广播覆盖现场测试报告[R].广播科学研究院.

[6]Vertraglichkeitsuntersuchungen zum Verhalten von DRM120und HD-Radio gegenuber dem FM-Rundfunk, BOS-Funk und Flugfunkdiensten.

[7]Andreas Steil, Technische Planungsansatze fur digitale Sender im UKW-FM-Umfeld, Symposium zum DRM+-Feldversuch in Kaiserslautern, 2008.

数字频率规划 篇2

（指导教师填写）

课程设计名称 电子技术课程设计 学生姓名

专业班级

设计题目

简易数字频率计

一、课程设计的任务和目的

任务: 设计一个简易数字频率计，用来测量单位时间内数字信号的脉冲个数，并用数码管显示出来。

目的：

掌握简易数字频率计的设计、组装、调试方法。掌握有关集成电路的工作原理。

二、设计内容、技术条件和要求

1.设计简易数字频率计：

⑴.设计一个简易数字频率计，用于测量数字信号的频率并显示，用一个开关控制频率计的起动和停止，并可对频率计置数。

⑵.测频范围为0.1Hz到9999Hz。

⑶.测量所需时基时间可调，分1秒和10秒两档。

⑷.能连续循环测量显示，若用1秒档时要求6秒完成一个循环，其中1秒计数测量；4秒显示结果；1秒清零。然后依次循环。

2.根据上述要求，画出电路框图、原理总图。3.对原理图进行仿真。4.在实验箱上组装、调试。5.撰写设计总结报告。

三、时间进度安排

本课程设计共两周时间。第一周：理论设计

周二

布置设计任务；提出课程设计的目的和要求；讲解电子电路的一般设计方法和电子电路的安装、调试技术；明确对撰写总结报告和绘制原理总图的要求；安排答疑、实验时间。

周二至周五

学生查资料，进行理论设计，其中安排三次答疑，指导学生设计。第二周：仿真和安装调试、撰写设计总结报告 周一

交设计草图供老师审阅。

周二至周三

在EDA实验室对其设计的电路进行仿真，并可根据仿真情况修正设计以确定设计正确，能完成设计要求。周三至周四

在实验箱上进行安装、调试，并通过老师验收。最后，撰写设计总结报告、绘制原理总图。

四、主要参考文献

1.各种版本的数字电子技术基础教材； 2.各种版本的电子技术课程设计指导书；

3.集成电路手册。

指导教师签字：

数字频率规划 篇3

【关键词】测频；频率计；电路设计

1.相关理论概述

数字频率计采用数字电路制作成以十进制码来现实被测信号频率，对于周期性变化的信号频率能够实现有效的测量的一种仪器。它是教学、科研等工作中的基础测量仪器，在模拟电路和数字电路实验中有着重要的作用，其能够直接读出信号源所产生的不同频率范围的信号将会对实验产生很大的影响。频率计主要用在正弦波、矩形波等周期性信号频率值的测量等，它的拓展功能能够实现对信号周期及其脉冲宽度的测量，引起对信号源的接受敏捷度使得其称为试验箱中的重要组成部分。

信号频率测量方法按照工作原理可以分为无源测量、比较测量、示波测量及技术等测量方法。其中最常见的测量方法是电子计数器，在该种技术下，频率计实现单位时间内被测信号脉冲数的直接计数，并将其频率值以数字的形式显示。实现了对不同频率、精确度的测频需求，保障了测量结果的精确度和速度。

2.整形电路的设计

整形电路就像把模拟的信号转换成为二值信号，也就是使其成为只有高电平和低电平的离散信号。在电路设计时我们可以将电压比较器用作模拟电路及数字电路的接口电路，通过其把非矩形信号转换成矩形信号。在选择比较器时，我们要充分考虑影响信号接收和转换功能的各种因素。下图为其整体设计结构图：

首先，是信号传播可能存在的延迟及时时间。信号传播的延迟时间是比较器选择时所要考虑的重要参数，这种时间的延迟有当信号通过元器件时所产生的传输时间上的延迟和信号上升及下降的时间延迟，只有将延迟的时间降低到最小才能有效的缩短信号处理的时间。

其次，要充分考虑电源电压对比较器的影响。就传统而言，比较器一般需要正负 15 伏的双电源来进行供电或者需要达到36 伏的单电源进行供电，这种传统的比较器在一些工业控制中仍有使用的空间和发展前途但以不适应发展的主流。现在多数的比较器需要在限定的电压条件下进行工作，即在电池电压所能够运行的单电源单位内进行工作，因此对其提出了低电流和小封装等当面的要求，并且在实际的应用中比较器还应该具备一定的关断的功能。当具备上述条件是，比较器才能够在试验箱中得到有效的利用，保证频率计在不同电源电压条件下的正常工作。

再次，充分考虑功耗对比机器的影响。功耗的大小直接影响比较器使用寿命和工作效果，功耗越低时其比较器的耗损相对较低，使用使用寿命得到延长，然而功耗由于器件的运作速度相关，功耗降低的同时可能带来运作速度的降低，因此，在比较器选择时，充分考虑功耗与元器件寿命及其运作速度的关系，寻得一种最优组合。

最后，不可忽视门限电压对比较器的影响。外围器件的设置可以用来实现对门限电大的测量，门限电压的大小与电路抗干扰能力呈现一种正比例的关系但与其敏感度成反比例关系。当我们通过对门限电压的测量并通过一定的公式计算，根据实际工作的需要来确定门限电压的具体值。

当我们充分考虑上述影响因素时，便会有针对性的选择相应的新品用于单元电路的设计，从而实现信号在电路中的顺利传输，避免芯片烧坏等现象的发生。

3.计数电路的设计

实现对信号的整形后我们便要关注一些低频信号由于其上升速度等原因可能产生的计数影响，因此在电路设计时应该根据信号的特点来完善计数电路的设计。低频信号上升缓慢或者高频信号叠加于其中时会使得计数电路将该种抖动作为输入脉冲予以计数，从而产生计数上的误差。避免该种现象的发生，我们可以通过低通滤波器的使用来处理低频信号传输中可能产生的抖动，并经过滤波器滤除叠加的高频信号。而反相器的使用可以实现在滤波前把高频信号和低频信号予以分开，即仅使低频信号经过反相器实现滤波得到比较规则的矩形信号而高频信号则不经过该过程。经滤波后的矩形信号输入到单片机中，在单片机选择时，低电压、高性能是我们考虑的重要方面，同时还要选择体积较小功能相对较强的单片器，实现迅速有效的技术。单片机计数器的精确度和终端结构的类型都会影响计数结果，通过精密比较器的植入和振荡器电路的设置，实现频率计的精度和存储等方面的要求。在单片机选择时还应该考虑技术进步革新对于存储器程序的选择和更新的可能，并且考虑单片机大小对于整个电路系统的影响，保证程序写入的便利性。下图为其计数模块设计图：

此外，对于计数电路的设计还要考虑信号频率高低的不同对计数器可能产生的影响，实现单片机对不同信号频率进行分频处理。经过整形后的信号进入选定规格的反相器后，对不同频级的信号进行分级处理，单片机频率自动分辨处理能力的选择能够有效的降低一些频级信号的分辨和处理，保证计数器工作的效率和速度。同时计数器的显示值的大小根据信号的频值进行实现随机变动，实现对不分频信号、高频机低频信号的有效计数。

4.显示电路的设计

显示电路是数字频率计电路设计的重要组成部分，它负责将整形电路及计数电路处理的数据显示出来。在该电路设计时我们要考虑的因素便是显示材料的选择及数据显示的方式。LED 数码管的类型会对数据的现实产生一定的影响，而该种材质的数据显示方式又分为动态和静态两种。就两种现实方式的优缺点而言，静态现实具备较高的亮度，为我们及时准确的读取数值提供了视觉便利，且其接口编程相对容易，但是该种显示方式会占用较多的口线，显示的位数直接关系到锁存器的数量，这直接带来所用器件数量繁多和连线的庞杂 ；而动态显示相交而言能够避免上述一些缺点。在动态显示使用时，先确定未选实现选定未选的段码的显示，经过一定的延时再实现对下一选定为送段码显示，并依此循环。下图为其显示模块图：

其具体的工作流程可以解释为，单片机中不同的构建作为译码器实现信号的输入，由译码器的输出来确定数码管的选择位。将每个数码管的公共端与一个接有高电平的 PNP 三极管的集电极相连，同时将三极管的基极和译码器的输出端相连接，这样可以通过对软件编程来设置单片机中的不用位置构建，从而设计译码器的输入端，其输出端设为低电平且只设一位，从而使与其连接的三界关处于一种饱和的状态，实现对计数器数据的动态显示。实现显示器电路中各元件的有机连接后，还要注重送段码的相关问题，使得相应位数的送段码可以通过一定串行口在数码管上进行显示。

5.结束语

除上述电路设计外，电子频率计的设计还要注重电源、滤波等电路的设计，只有将各种影响其工作的单元电路的设计不断的精细化和完善时，才能有效的保证其工作的效率和在实验和工业中的使用效果。

【参考文献】

[1]沈亚钧.基于单片机的数字频率计设计[J].山西电子技术，2012（05）.

[2]杨帆.数字频率计的设计与实现[J].科技广场，2011（09）.

[3]武卫华，郑诗程.基于SoPC的嵌入式数字频率计设计与实现[J].电子测量与仪器学报，2010（02）.

数字频率规划 篇4

由于频率在各个地市可以复用, 因此在进行共网和专网频率规划时, 各集群网对频率的需求以满足一个省内大城市的集群覆盖需求为参照进行频率规划。郑州作为河南的省会城市, 面积大、需求高, 因此本规划以满足郑州的集群覆盖需求为参照进行频率规划。

1 频率分配思路

频率分配思路及考虑因素如下:

(1) 引导和推动河南省数字集群产业发展;

(2) 满足各种体制的需要;

(3) 将省内816-82l MHz/861-866MHz频段 (频段号从401-600) 进行划分;

(4) 考虑满足数字集群共网和专网的通信需求, 分配时尽量按频段连续分配给频率使用单位;

(5) 设置集群基站应采用小功率、低天线, 提高频率复用率;

(6) 本次规划方案应符合国家对共网与专网频率使用的相关规定, 与之冲突的应逐步进行调整;

(7) 在省内2x5MHz的800MHz数字集群频率资源满足不了需要时, 酌情向国家无线电管理机构申请增加频率。

2 覆盖规划

2.1 覆盖设计方法

频率规划是在基站覆盖设计的基础上进行的。通过覆盖设计可以大致了解郑州市数字集群网络所需基站数量和分布情况。

覆盖设计首先需要确定合适的传播模型、取定覆盖参数, 通过链路预算确定覆盖范围和基站数量;其次根据话务密度划分的不同区域, 对基站进行初始布局, 确定基站的经纬度;最后将设定的覆盖参数和基站经纬度输入网络规划软件, 通过软件完成无线覆盖预测计算, 并根据计算结果反复调整以上各种参数, 直至得到满意的覆盖预测要求。

覆盖设计要考虑三个设计参数:覆盖场强、覆盖半径, 边缘可通概率, 这些参数又与下面各类参数有关:系统余量、快衰落及人为噪声引起的恶化量的储备、各类损耗、路损、基站天线输入功率、天线参数、分集增益、塔放、移动台射频性能、上下行链路平衡的计算等。

2.2 覆盖基站规模

最大链路损耗代入Okunmura-Hata模型后可以得到最大覆盖半径, 也就是小区半径, 通过计算可以得到小区覆盖面积和需要的基站数, 由郑州市总面积可以估算出覆盖所需基站数量为70个。

3 频率复用规划

从理论上来讲, 小区覆盖是一种近似六边形的覆盖区域, 多个这种小区组合在一起形成一个小区群, 每个这样的一群小区适用一组频率, 在整个系统的服务区内实现对这一组频率及小区群的同时复用。

根据资料, 上海、北京等特大城市的政务网采用23小区复用, 可以得到比较满意的效果。若采用19小区复用, 则是最低的要求。郑州城市的无线环境较上海、北京等特大城市要好得多, 高层建筑对无线信号的阻挡没有上海、北京那样严重。因此在对郑州市800MHz数字集群通信系统的频率复用设计时, 采用19小区复用完全可以满足要求。

4 频率需求

4.1 系统服务质量目标

(1) 网络容量。我们根据历史及经验数据, 预测郑州市共网数字集群市场规模约1.89~2.72万户, 专网数字集群市场规模约0.14~0.2万户, 因此, 郑州市共网系统设计容量:30000户。

(2) 通信概率。主要街道、路面的通信概率:>95%。

(3) 系统服务等级。无线信道呼叫等待概率:45%。

(4) 呼叫建立时间。系统内呼叫建立时间:≤500ms。

4.2 呼叫模型

(1) 用户分配比例为:调度呼叫85%, 电话呼叫10%, 数据呼叫5%。

(2) 调度用户忙时话务量:0.012Erl/户;

(3) 电话互联忙时话务量:0.018Erl/户;

(4) 数据用户忙时话务量:0.01Erl/户;

(5) 集群用户忙时平均话务量=0.012×85%+0.018×10%+0.01×5%=0.0125Erl/户。

4.3 频率需求

从频率规划的角度, 基站数量估算只需以省会城市郑州为例进行即可满足全省频率规划的需要, 根据基站规模估算, 郑州市覆盖基站数为70个。

因此按上述基站数量进行计算, 平均每基站话务量为3.63~5.21Erl。根据Erl表可知, 每基站需要信道数为7~9个。如果采用TETRA体制组建商用共网 (注:Go Ta体制无需规划, 但需要根据每载扇能支持的用户数量规划所需要的频谱量) , 则平均每基站所需载频数量为3对。假定共网平均组呼发起基站数量为2个。如采用19小区复用模式, 考虑5%的余量, 则共网所需频率约为120对。

5 频率分配方案

本次规划的频点范围为401-600号, 在制定数字集群通信频率使用规划时, 根据有关标准考虑不同数字集群系统 (体制) 之间所需的频率保护带宽。

5.1 共用800MHz集群通信网频率分配方案

根据上述频率需求测算, 可知共网需120对频点, 因此, 本着以“共网为主, 专网为辅”的原则, 在保证专网需要的前提下, 频率分配向共网倾斜, 共网使用该频段低端的频率, 共网指配401~540, 共140对频点, 3.5MHz带宽。

公安、国家安全等部门的专用集群通信系统使用350MHz和380MHz频段的专用频率。若需要使用800MHz集群通信系统, 则可利用虚拟专网技术加入面向社会服务的数字集群共网平台, 但要自行采取保密措施。城市应急联动和政务网等建议使用数字集群共网平台。

5.2 专用800MHz集群通信网频率分配方案

专网在816—821MHz/861—866MHz频段中从高端向低端安排, 专网分配25KHz的信道60对, 分配的频段为865.9875-864.5125, 即600-541号之间的频点。

专网需要连续频率时, 应将覆盖范围予以限制.不影响总体规划。

5.3 800MHz集群模转数规划

河南省模拟集群系统通过近两年的大力清理, 模拟集群系统占用的频点得到有效的释放, 目前在使用的模拟集群系统, 建议针对不同安全等级的模拟集群用户, 采用多种措施鼓励用户尽快模转数, 转入共网, 比如可以采取回购频率、收回没有充分使用的频点等。在共网指配的140对频点中, 10对作为模转数的频点, 频点号为401~410。

5.4 各地市频率的协调

河南省内相邻地市之间频点的使用为防止干扰, 应分隔开来, 如一个地市, 可从规划频段内低号开始使用, 另一个地市则可从规划频段内的高号开始使用。

不同城市间的专网和共网可使用同一频段, 只需注意相邻地市频点的使用顺序;同一城市内的不同集群网络之间的频点使用也应考虑防止邻近频点的干扰合理分配。

6 结论

本次规划针对专用网、共用网, 将200对频点的5MHz带宽总体进行规划, 在实际频率分配中, 对于共用数字集群网, 从200对频率的低端频点开始向高端分配, 共分配140对频点, 即401-540号频点;对于专用数字集群网, 从200对频率的高端频点开始向低端分配, 共分配60对频点, 即600-541号频点。同一地区不可能同时使用4种技术体制, 可根据用户选用的技术体制, 做适当调整, 以推动河南省800MHz数字集群通信的发展。

摘要：本文针对郑州市的数字集群系统分共网、专网进行容量设计、覆盖设计和频率需求测算, 了解了一个城市对集群频率的需求, 进而再对整个省的频率使用方案进行规划。通过本次频率规划, 使河南省宝贵的集群频率资源能够得到合理有效的利用, 为无线电管理部门的频率指配提供有价值的参考。

关键词：数字集群,频率规划,共网,专网

参考文献

[1]1992年1月30日发布的《800兆赫无线集群通信系统频率使用管理暂行规定》 (国无管[1992]3号) .

[2]2000年12月28日公布的我国《数字集群移动通信系统体制》标准.

[3]2001年3月22日发布的信无简函[2001]35号.

[4]2001年7月发布的《关于800MHz集群频率使用管理有关事宜的通知》 (信部无[2001]518号) .

[5]2002年至2003年, 相继发布的《关于调整800MHz集群系统频道配置方式有关问题的通知》[2002]387和《关于调整800MHz集群频率使用管理有关问题的通知》[2003]112文件.

数字频率规划 篇5

0引言

自2008年1月1日, 国家新闻出版广电总局 (以下简称总局) 正式批准在北京地区采用GB 20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》国家标准 (以下简称“DMTB”) 进行地面数字电视广播高清业务和标清业务的试验播出以来, 全国300多个地级以上城市陆续采用DTMB标准正式播出了地面数字电视高清业务和标清业务。

为实现《地面数字电视广播覆盖网发展规划》通知 (广发【2012】113号) 的发展目标, “到2020年, 全国地面数字电视广播覆盖网基本建成, 提供中央电视台第一套、第七套和本省第一套、本地第一套电视节目等高清、标清公共服务节目”, 总局在2014年11月在京组织开展了中央广播电视节目无线数字化覆盖工程全国频率规划方案的制定工作, 并于2014年12月30日和财政部联合印发了《关于实施中央广播电视节目无线数字化覆盖工程 (以下简称“中央覆盖工程”) 的通知》 (新广电发【2014】311号) 。

为科学、合理的使用频率资源, 中央覆盖工程是以省为单位开展频率规划工作, 各省的方案基本上采用“省级/区域单频网为主, 多频网为辅”的频率规划方案, 每个台站各指配规划2个地面数字电视频率。为进一步完善中央覆盖工程的DTMB网络覆盖效果, 总局于2015年4月组织各省开展了中央覆盖工程补点频率方案的申报工作。基于规划策略、规划原则、规划和补点频方案的系统分析, 本文梳理了中央覆盖工程DTMB频率规划方法和指配结果, 为地面电视频谱的高效率使用、科学化管理提供了技术支撑。

1频率规划策略

我国广播电视传输覆盖主要采用无线、有线、卫星和新媒体等多种方式, 其中无线覆盖既承担公共服务的职能, 又要满足固定接收和移动、便携接收的需求。近些年来, 我国无线电视广播事业发展迅速, 总局组织实施了农村中央广播电视覆盖工程、省广播电视覆盖工程等多项重大工程, 开通大量模拟无线电视频道;东、中部地区地面电视频道资源总体十分紧张。而我国地面电视专用频率资源有限 (仅有47个频道) , 如北京、上海等一些重点城市, 本地及周边地区实际启用的地面模拟及数字电视频道数量已接近饱和。因此, 在“模数过渡”时期中央覆盖工程可使用的频谱资源非常有限。

此外, 我国幅员广阔, 各省之间在经济发达程度、地理环境、人口分布、广播电视发展情况等方面都各不相同, 从而各省在地面电视业务发展需求和频率资源状况等方面都存在差异。另一方面, 一个省内的各地市或县的地面电视节目和频率资源由各省广播电视局统一管理。因此, 以省为单位开展中央覆盖工程的地面数字电视频率规划最为合理、可行。

在频率资源调配方面, 省广播电视局掌握了全省各地市、区县的地面电视频率使用状况, 为其组织开展省内各地市、区县之间的频率资源协调带来便利条件。以省为单位开展频率规划也便于在总局的指导下开展省际频率资源协调, 避免省际间频率相互干扰。由此可见, 以省为单位开展频率规划可以降低管理成本、提高频率规划效率。在基础设施利用方面, 我国地面数字电视建设发展的基本原则之一是充分利用现有的广播电视基础设施, 以降低成本、加快地面电视模数过渡进程。以省为单位开展频率规划便于统筹协调省、市、县的地面电视基础设施, 避免重复建设。

2频率规划原则

无线电频谱是有限的宝贵资源, 因此科学、合理的制定地面数字电视频率规划方案, 是实施中央覆盖工程的技术基础。在中央覆盖工程实施前, 总局在全国范围内批复使用的地面模拟电视频道约7000多个, 承担着为广大农村群众提供多套电视节目的任务;地面数字电视频道约2000多个, 播出数字电视、移动电视和移动多媒体广播电视等节目。

目前, 我国正处于地面电视的“模数过渡”时期, 地面数字电视信号覆盖尚不健全, 地面数字电视接收终端也未广泛普及, 为了不影响用户收看原有的地面模拟电视, 在制定中央覆盖工程全国DTMB频率规划及补点频率方案时, 需要规避地面模拟电视所使用的频道, 避免对地面模拟电视产生干扰, 即不影响现有地面模拟电视的播出和覆盖 (尤其是播出和转播中一、中七、省一、地一和县自办等五套节目的模拟频道) 。与此同时, 为了避免同频干扰, 原有的地面模拟电视只能通过在不同的发射点采用不用的频道, 即组建多频网来实现节目覆盖。地面模拟电视的组网方式和避让其占用频道的原则, 导致了中央覆盖工程全国DTMB频率规划工作的复杂性和困难性。

地面数字电视最大的优势之一就是可以克服同频干扰组建单频网, 即在较大区域内发射相同节目的站点都使用相同的频道, 只需占用1个频道来实现相同节目的覆盖, 从而提高宝贵的频率资源的利用率, 利用有限的频率资源提供更为丰富的广播电视业务。另一方面, 采用单频网覆盖还可以为开展跨区移动接收等地面数字电视业务提供有利条件, 也使得地面数字电视的频率和节目管理更为规范、合理。

考虑到原有地面模拟电视和现有地面数字电视基本都采用多频网进行覆盖, 在此基础上很难规划出可用的单频网频道。为了实现合理、高效的频率规划目标, 全国DTMB频率规划方案中难免需要对现有相关地面电视频率进行调整, 以便为多个发射站点找出相同的频率资源组建单频网。在制定全国DTMB频率规划方案时, 需结合各省地面电视的发展需求, 因地制宜采用区域单频网方式实现中央、省、市电视节目的覆盖, 采用多频网方式实现县节目的覆盖, 使得各省的频率资源配置更加系统化、科学化和合理化。而在部分频率资源高度紧张的地区, 还采用了跨区域单频网组网方式来满足节目覆盖的需求。

中央覆盖工程全国DTMB频率规划主要遵循以下规划原则:

1.以省为单位开展中央覆盖工程的地面数字电视频率规划;

2.结合各省需求, 采取单频网与多频网相结合的组网方式开展频率规划;

3.在部分频率资源高度紧张的地区, 可采用跨区域单频网组网方式开展频率规划;

4.在相邻省份的规划方案发生冲突时, 由总局统一组织完成省际频率协调工作;

5.每个台站上指配2个地面数字电视频道, 以满足除CCTV-3、5、6、8外的12套标清中央电视节目的全国无线数字化覆盖;

6.地面数字电视频率规划不能干扰现有的地面模拟电视业务;

7.地面数字电视频率规划不能干扰现有的和已批复的地面数字电视业务;

8.规划总体方案要保证地面数字电视规划之间的兼容。

3中央覆盖工程DTMB频率规划及补点频率方案分析

3.1 DTMB频率规划方案

DTMB频率规划方案涉及各省现有的地面发射台站、转播台站和补点台站共计3117个, 按照每个台站分配2部发射机的原则 (个别台站为1部发射机) , 发射机的数量总计6230部。其中, 频点 (发射机) 的建设性质可分为2类:一类是改造性质, 即该频点的发射机原本采用DTMB方式播出中央节目, 为符合中央覆盖工程的电视节目播出要求, 必须对发射机进行技术改造, 共计384部;另一类是新建性质, 即需要对该频点所使用的频率进行新的规划并购买新的DTMB发射机, 共计5846部。由此可见, DTMB规划方案主要针对新增的5846个频点开展频率指配工作, 占频点总数的92.5%, 方案制订工作复杂且难度大。

由于无法找到可用频率资源, 规划方案为河北省6个新建频点 (发射机) 分别指配了VHF频段DS-9、DS-11频道, 用来实现中央覆盖工程的电视节目覆盖。此外, DS-45频道的发射机数量最多, 共计394部;DS-23频道的发射机数量最小, 共计69部;由于DS-43~DS-48频道上, 现有的地面模拟电视发射机数量较少, 便于DTMB单频网的频率指配, 因而规划方案中发射机数量较多的分布在该频段上 (DTMB频率规划方案的频道分布情况如图1所示) 。

根据各省地面数字电视的发展需求, DTMB频率规划方案中单频网的类型主要分为2类:一类是区域单频网, 针对中央、省、县节目的不同覆盖需求, 采用省级、市级和县级单频网的方式来实现电视节目覆盖 (仅广西壮族自治区采用乡镇级单频网) ;另一类是跨区域单频网, 由于局部地区频率资源的稀缺, 无法为中央覆盖工程找到可用的频道, 从而采用2个以上地市或县组建单频网来实现电视节目覆盖, 即跨市级和跨县级单频网 (中央覆盖工程全国各省频率规划方案的详细情况见表1) 。DTMB单频网组网条件复杂, 而频率规划方案仅为单频网指配了可用的频道。在中央覆盖工程实施过程中, 还需要根据实际的覆盖情况对网络参数进行优化, 提高覆盖效果。

3.2 DTMB补点频率规划方案

为了进一步提高中央覆盖工程地面数字电视覆盖效果, 完善地面数字电视覆盖网络建设, 总局于2015年4月组织各省开展了中央覆盖工程补点频率方案的申报工作。各省的DTMB补点频率方案主要分为三类:1、为已规划频道的中央覆盖工程DTMB单频网进行补充覆盖, 无需重新指配频道;2、采用多频网的方式为中央覆盖工程地面数字电视覆盖网络进行补充覆盖, 需对新建频点重新规划频率;3、采用直放站的方式为中央覆盖工程进行补充覆盖, 无需重新指配频道。截止到2015年5月底, 各省的中央覆盖工程DTMB补点频率方案已基本完成。

4结束语

综上所述, 中央覆盖工程采用了以省为单位开展地面数字电视频率规划的方式, 并结合各省本身的地面电视发展需求, 通过单频网与多频网相结合的组网方式来实现中央与本地节目的覆盖。在总局科技司的组织领导下, 广播电视规划院利用多年来在地面数字电视广播频率规划与协调方面积累的丰富经验, 为中央覆盖工程地面数字电视频率规划规划方案的制定提供了有力的技术支撑, 频率规划方案的制定也为中央覆盖工程的实施提供了坚实的技术基础。

参考文献

[1]姜文波, 冯景锋, 刘骏, 常江.中央广播电视节目无线数字化覆盖工程技术方案解读[J].广播与电视技术, 2015 (4) .

数字频率计系统设计 篇6

采用STC12C5206AD单片机, 它是宏晶科技生产的单时钟/机器周期 (1T) 的单片机, 是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机, 指令代码完全兼容传统8051, 但速度快8-12倍且用户应用程序空间较大。ISP (在系统可编程) /IAP (在应用可编程) , 无需专用编程器, 无需专用仿真器, 使用方便, 其DIP封装请见图1。放大部分采用TI公司的OPA690, OPA690是一款具有禁用功能的宽带电压反馈运算放大器, 具有灵活的输送范围:单电源:+5V到+12V供电, 双电源:±2.5V到±5V供电。其输出电压摆幅:±4.0V, 转换速率可达1800v/μs, 对单位增益稳定有很大作用, 其结构请见图2。线性电压比较器采用美信公司的MAX913, 其具有10ns的超快速电平翻转特性, 可采用单5V或±5V双电源供电, 具有稳定的线性区且无最小输入线号摆率的要求, 其DIP封装请见图3。液晶部分采用1602LCD显示屏作为测量数据的显示部分。

2系统理论分析与计算

设计思路为信号经放大器其放大后, 进入MAX913进行整形, 然后送入单片机做脉冲计数, 从而计算出原始信号频率。OPA690典型电路请见图4。根据题目要求, 系统的触发要求采用上升沿触发, 且触发的电平可调。根据此要求, 我们采用比较电平可调的MAX913整形电路。通过在-5V-+5V范围内设定基准比较电平, 当输入信号超过该电平时, 输出全为高;当输入信号低于该电平时, 输出全为低。该法可以较好的满足题目设计的要求。信号经过整形之后, 送入单片机的外部记数引脚, 通过引脚使能来计得外部信号数量, 通过开始闸门时间来进行计算所捕获的信号的频率, 即为原始信号的频率, 计数流程请见图4。

3算法的分析

本系统采用外部技术的算法来测得输入信号的频率。闸门开始后, 开始对输入信号计数, 闸门关闭后通过计得的高电平的次数与闸门时间和系统晶振来算得信号频率。

其关系为:

M= (t0*65536) + (TH0*256) +TL0;单片机内计数值

N= (t1*65536) + (TH1*256) +TL1;单片机外计数值

测得频率为:

4信号频率测试数据与分析

4.1信号频率测试数据分析

4.2信号占空比测试数据与分析

4.3信号幅度测试数据与分析

摘要：本数字频率计系统为由STC12C5206单片机最小系统、线性电压比较器、放大部分、液晶显示部分组成的测频系统。正弦信号经放大器放大后通过电压比较器整形为矩形波, 单片机在闸门时间内通过外部计数后与内部时钟作对比从而求得外部信号频率。

关键词：数字频率计,STC12,测频,外部计数

参考文献

[1]王守中.51单片机开发入门与典型事例[M].北京:人民邮电出版社, 2007

[2]李硕, 赵彤帆, 李根全, 宋海珍.Matlab软件在单摆自由振动中的应用[J].实验室研究与探索, 2013, 11:65-68.

简易数字频率计的设计 篇7

第一, 八位十进制数字显示;第二, 测显范围为1Hz~10MHz;第三, 量程分为四档, 分别为×1000、×100、×10、×1。

二、数字频率计的设计原理

数字频率计实际上就是一个脉冲计数器, 即在单位时间里 (如1秒) 所统计的脉冲个数的装置。频率数即为在1秒内通过与门的脉冲个数。

频率计工作时, 先要产生一个计数允许信号即闸门信号, 闸门信号的宽度为单位时间, 例如1 s。在闸门信号有效的时间内对被测信号计数, 即为信号频率。测量过程结束, 需要锁存计数值或留出一段时间显示测量值。下一次测量前, 应该对计数清零。

三、系统整机电路

系统整机电路如图1所示。

(一) 时钟振荡器。

本设计的时钟振荡器是由晶振和门电路组成的, 作用是产生一个标准时间信号, 电路中采用的是石英晶体振荡器, 它的固有频率为8MHz, 晶振与两个电容形成了一个谐振回路。该电路输出矩形脉冲信号, 加到分频电路进行处理的脉冲信号频率为8MHz。电路中, 输出端74LS04非门是对振荡器输出的信号进行隔离, 以减少电流间的相互影响。

(二) 分频电路。

本部分的电路是由74LS93和74LS390组成的, 74LS93为8分频器, 振荡器输出频率为8MHz的信号, 经过74LS93得到频率为1MHz的信号, 接着再通过三块74LS390芯片, 74LS390为双十进制计数器, 相当于含有两个十进制计数器, 前一个计数器的输出信号作为第二个计数器的输入信号, 将第二个计数器触发计数, 结果将1MHz频率逐步分频, 频率为103Hz、102Hz、10Hz, 1Hz, 从而进行量程×1000、×100、×10、×1的选择。74LS93和74LS390两块芯片为异步清零, 高电平有效, 使其无效, 因此都接地。

(三) 计数锁存与清“0”控制电路。

这部分电路主要是由两个74LS123单稳态触发器组成, 其主要作用是:U1是将1Hz脉冲变成窄脉冲, 将CL102计数器数据寄存显示, 其暂稳时间是由RC电路决定的;U2产生的窄脉冲是计数器的清零脉冲, U2相当于两个单稳态触发器, 前一个单稳态电路的输出信号作为第二个单稳态电路的输入信号, 从而起到延时的作用, 送数脉冲延时了100ns左右, 以保证寄存器的数据正确, 可完成×1、×10、×100、×1000等几种不同的量程。如测量量程不用开关, 则需增加显示器的数量, 从而达到满意的量程。小数点的控制, 可根据量程确定, 点亮的显示器的dp端接到+5v, 其它位的dp接到地上。如不需要显示小数点, 可全部接地。

(四) 计数、锁存、译码和显示电路。

这部分电路采用了八只CMOS电路CL102四合一显示, 完成计数、锁存、译码和显示的四个功能。整形电路将整形后的信号输入CL102芯片, 进行锁存计数。单稳态触发器U1给该芯片送计数锁存脉冲, 进行译码显示;U2发出计数清“0”脉冲, 对8位LED数码管进行清“0”。

(五) 电源电路。

本设计需要的是+5V的电源, 电路中先将市电降压到7.5V左右, 然后采用了桥式整流电路进行整流, 利用电容和7805稳压器的组合来实施滤波稳压, 输出+5v的电源。

四、芯片功能介绍

(一) 74LS390的简介。

双二-五-十进制加法计数器74390。每个集成块中有2组计数器, 每组计数器由两个计数器组成, 共有4个计数器。每组计数器内有1个一位二进制计数器和1个五进制计数器, 它们可以单独计数, 但清零时同时清零。A, B为时钟脉冲的输入, 下降沿触发。QA, QB、QC、QD为计数输出。如1位二进制计数器的输出QA接上五进制计数器的时钟脉冲的输入B, 则构成8421BCD码十进制的计数器。A为时钟脉冲的输入, QA、QB、QC、QD为输出, QD是最高位;五进制计数器的输出QD接上二进制计数器时钟脉冲输入A, 则构成5421BCD码十进制的计数器, B为时钟脉冲的输入, QB、QC、QD、QA为输出, QA是最高位。清零RD为异步清零, 高电平有效。

(二) 555定时器的简介。

1.555电路的工作原理。

555电路的内部电路含有两个电压比较器, 一个基本RS触发器, 一个放电开关管T, 比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成的分压器提供。他们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

2.集成定时器的基本功能。

一是直接复位。当直接复位端接低电平, 则无论阈值端TH、低触发端及电路原态输出和状态如何, 定时器输出均为0, 此时放电开关管T允许饱和导通。二是置0。当端接高电平时, 只要TH端和端分别大于各自比较器的参考电压2UCC/3和UCC/3, 则定时器输出为0, 放电开关T允许饱和导通。三是置1。当端接高电平, 只要TH端和端分别低于各自比较器的参考电压2UCC/3和UCC/3, 则定时器输出为1, 放电开关T截止。四是保持原态。当端接高电平, 若TH端低于其参考电压2UCC/3, 且端高于参考电压UCC/3, 则定时器输出保持原态。

五、结语

本设计电路, 在元器件的选择上, 都进行了择优选用, 在技术上, 尽量向最新、最先进的技术靠拢。但也存在着一定的不足, 如频率计的计数速率还有着很大的提升空间, 这将是今后要继续努力的一个方向。

摘要：本设计主要选择以集成芯片作为核心器件, 设计了一个简易数字频率计, 以触发器和计数器为核心, 由信号输入、隔直, 触发、计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。放大整形电路:对被测信号进行预处理;闸门电路:攫取单位时间内进入计数器的脉冲个数;时基信号:产生单位时间信号;计数器译码电路:计数译码集成在一块芯片上, 计单位时间内脉冲个数, 把十进制计数器计数结果译码输出驱动数码管;显示:把BCD码译码在数码管显示出来。设计中采用了模块化设计方法, 采用适当的放大和整形, 扩大了测量频率的范围。

关键词：数字频率计,计数功能,译码显示

参考文献

[1] .通用集成电路速查手册 (第二版) 济南:山东科学技术出版社, 2003

[2] .梁廷贵.计数器分频器锁存器寄存器驱动器分册[M].北京:科学技术文献出版社, 2005

[3] .毕满清.电子技术实验与课程设计[M].北京:机械工业出版社, 2005

数字频率规划 篇8

关键词：数字频率合成技术,设计,DDS

0 引言

近年来, 数字集成电路得到了很快的发展, 一种新的频率合成技术在此基础上诞生了。目前, 直接数字式频率合成 (DDS) 技术更是得到了大家的普遍关注。相位累加器、波形存储器、数模转换器是该技术的组成部分, 它的正弦波产生是通过数控振荡器 (NCO) 来实现的, 并且所产生的正弦波的频率 (相位) 都是可调的[5]。

1 直接数字频率合成技术的基本原理

DDS中通过一个周期TC, 相位累加器 (PD) 存储N比特的频率相位值, PC累加一次是由频率控制字K (Frequency Control Words) 来控制的, 这也意味着PD中存储了一个信号波形的相位值。K通过与2N取模即相除运算, 存储的离散二进制代码数字形式的相位值, 通过正弦函数表ROM电路转化为了相应的离散二进制代码数字量化幅度值, 再经过数模转换器把数字量化的幅度值转变为一个呈现阶梯式的模拟信号。要得到一个平滑的模拟正弦信号输出, 最后通过低通滤波器平滑作用完成整个信号波形, 这就是DDS频率合成的基本原理。由原理分析可以看出, 当PD计数大于2N时, 累加器自动溢出最高位, 保留后面的N比特数字, 存入累加器中, 即相当于做模余运算, 每2N/K个时钟周期相位累加器就溢出一次[6]。直接数字频率合成的输出频率fo是由K和fc所确定的, 其关系式如下:

当K—I时, 输出频率为最小频率输出, 则DDS的最小频率分辨率可达:

此时, DDS相当于一个小的数字分频器。当N非常大时, 即相当于累加器长度也是非常大, 这样就能够得到所要频率分辨率。由于计算所得出的K值不一定为整数, 因此存在一定的误差, 这些都属于正常范围内的。

因为正弦查询表 (ROM) 模块的容量受到限制, PD是将转化为二进制数的高位来当做寻址地址, 并把这个寻址地址送入ROM中来得到波形幅度值。通过DDS中系统时钟对正弦信号进行采样, 把这些采样点储存到ROM中, 通过改变查询表来达到各种不同的波形输出效果。

2 DDS的基本结构

DDS的核心部分包括PD、ROM、数模转换器 (DAC) 和低通滤波器 (LEE) 这4部分。下面分别对它们进行简单介绍。

2.1 相位累加器 (PD)

PD主要包括频率字寄存器和相位寄存器, 是直接数字频率合成的组成部分。PD主要作用是实现相位的累加, 得到一个数, 并把这个数存储起来。

假定PD的值为∑n, 经过一个周期之后, 所存储的结果设为∑n+1, 两者之间的关系如下:

由式 (3) 可看出, ∑n是公差为K的等差数列, 得出以下结论:

其∑0为PD的最初值。

PD主要是有N比特加法器和N比特寄存器构成, 所谓的寄存器一般是由N个D触发器所组成的。

2.2 正弦查询表 (ROM)

ROM中所保存的数据是通过相位变换, 变换成相对应的二进制数值, 从而得到正弦幅值, 由此可知, ROM所实现的功能是在某个周期内, PD通过相位变换的二进制数值通过对其高m位进行寻址, 输出的结果是在这个周期内通过相位变换得到的二进制正弦幅值序列。ROM的存储量可用表达式2m·Mbit来表示, 其中m为PD的输出位数, M为正弦查询表的输出位数。假设m=12, M=8, 通过式2m·M计算可以得出ROM的存储量为32768bit。

如果需要在DDS芯片中集成大的正弦查询表存储量, m和M值变大可以使用容量压缩, 通过这种方法可以使DDS的杂散性有所提高, 但会使成本提高, 功耗增大和可靠性下降。

2.3 数模转换器 (DAC)

DAC的作用通过转换将二进制数字信号转换成模拟信号。由于在数模转换器中所输出的信号并非连续的信号, 是以绝对分辨率为最小单位, 因此数模转换器所输出的是阶梯模拟信号。

2.4 低通滤波器 (LPF)

低通率波器的作用是将数模转换器所产生的阶梯模拟信号转化为平滑的模拟信号。

3 DDS的工作特点

通过对DDS的工作原理以及基本结构介绍, 总结出DDS具有以下几个特点。

3.1 频率分辨率高

假设K=1, 并且fc为一特定值时, 直接数字频率合成的分辨率, 主要由PD中的N决定, 当N非常大时, 可以得出很高的频率分辨精度, 这些都属于理论上得出来的。输出频点多, 可达2N个频点, 相比较而言, 传统的频率合成方法是很难达到这么高的频率分辨精度。

3.2 频率变化速度快

根据DDS的原理, 可以了解到DDS不需要通过相位反馈来实现频率合成, 所以频率的建立以及切换相对来说很快, 切换速度可以用μs来表示, 在DDS中各个部分是相对独立的。在直接数字频率合成技术中, 合成的频率所需要的时间是由几个因素来决定的。如DDS中需要数控振荡器, 组成数控振荡器的一些工艺结构会影响频率合成时间;DAC变换过程中上升沿、下降沿以及信号处理过程中的时延会给DDS频率合成时间带来影响, 数字信号处理过程中的时延与时钟周期是息息相关的。

3.3 能实现各种数字调制

因为DDS中需要的信号频率、相位、幅度都是由数字信号部分所控制, 如调频部分可以由K控制, 如果在进行CHIRP调制时, 只用在K前再加一个累加器即可;调相时在PC输出端直接加上调制信号;调幅时直接在ROM表输出端对幅度进行控制, 因此可以通过预置内部PC的初始值来精确控制输出信号。同时, DDS还可以实现PSK (phase shift keying) 、FSK (Frequency-shift keying) 等高精度的数字调制和正交调制。

3.4 集成度高

直接频率合成中低通滤波器属于模拟信号部分, 其余部分都是属于数字信号部分, 从而使系统具有集成度高、功耗低、体积小、重量轻等特点。

3.5 其他工作特点

1) 可以产生任意波形。

2) 输出相位噪声低, 对参考频率源的相位噪声有改善作用。

3) 频率切换时相位连续。

4) 可以输出宽带正交信号。

4 结语

直接数字频率合成技术是利用相位累加器存储信号的相位信息, 其信息的存储要通过频率控制字K来控制相位的累加情况, 通过正弦查询表把相位信息转化为离散的数字量幅度信息, 经过数模转换器把离散的数字量信息变换成模拟正弦量, 最后低通滤波后输出所需的频率。采用DDS频率合成技术其优点是能得到高精度的频率和相位分辨率, 能获得快速频率转换时间和低相位噪声的频率信号, 这种技术均具有结构非常简单并且集成度很高的特点

参考文献

[1]孙文波, 薛明华, 刘林.一种基于DDS的快速跳频信号源系统设计[J].电子测量技术, 2007, 30 (9) :137-140.

[2]赵伟, 黄秀节, 雷国伟.基于DDS技术的随机频率信号发生器[J].电子测量技术, 2010, (1) :22-28.

[3]曹群, 颜德田.基于DDS的中功率低频信号源的设计[J].电子测量技术, 2005, (8) :35-38.

数字频率计的设计与实现 篇9

在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此频率的测量就显得尤为重要。数字频率计的被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号,如配以适当的传感器,还可以对多种物理量进行测试,比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此,数字频率计是一种应用很广泛的仪器。单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机,是指集成在一块芯片上的计算机,它具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点,在许多行业都得到了广泛的应用。基于单片机的数字频率计与传统的频率计相比,将使整个系统大大简化,并且提高整体的性能和可靠性。同时在基本电路模块基础上,不必修改硬件电路,通过修改系统源程序,增加一些新功能,即可满足不同用户的需要,实现数字系统硬件的软件化。

1 数字测频的基本原理

数字测频是将模拟信号进行模数转换,变成数字信号后进行测量,具有精度高、使用方便、测量迅速的优点。数字测频可分为脉冲数定时测频法和脉冲周期测频法。

脉冲数定时测频法将待测信号进行放大整形后直接作为计数器的计数时钟,在闸门时间ts内利用计数器对这些脉冲进行计数,然后用在闸门时间内计数器计数所得的脉冲个数N除以闸门时间ts即可得待测信号频率fx,即fx=N/ts。频率测量法原理如下图一所示:

测量误差为:

式(1)中,1/tx*fx为计数误差,为闸门时间的相对误差。从式(1)可以看出,待测信号的频率越高,则测量误差越小。

脉冲周期测频法是将待测周期信号加到闸门形成电路形成闸门时间tx,在计数器时钟输入端加上周期为T0的计数脉冲。同频率测量法类似,根据计数器的计数值N通过公式tx=N*T0可以计算出待测信号的周期tx,周期的倒数就是待测信号的频率。周期测量法原理如图二所示:

在这种情况下,根据误差传递公式:

式(2)中:为计数误差,△tx为计数时钟的相对误差。从式(2)可以看出,待测信号的周期越大,则测量误差越小。如果采用多个周期进行测量,即闸门时间延长为k*tx(k为不为0的整数),则测量误差会更小。

2 系统的设计与实现

本频率计采用脉冲数定时测频法,以AT89C51单片机为核心,利用它内部的定时/计数器,配合相应的前置信号处理电路、外围接口电路以及相应的软件即可完成待测信号的频率测量。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能8位CMOS微处理器。该器件采用AT-MEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。整个硬件系统可分为以下几个模块:整形电路模块、单片机系统、LED显示模块。各模块关系图如图三所示:

(1)单片机只能对脉冲波进行计数,而实际中需要测量频率的信号是多种多样的,有脉冲波、正弦波、三角波等,所以需要一个整形电路把待测信号转化为可以进行计数的脉冲波。脉冲波的整形电路有两种:施密特触发器、单稳态触发器,这两种电路都可以用门电路或是555定时器构成。由于本次设计对放大整形电路部分的需求比较简单,所以选择施密特触发电路来作为信号波形整形电路。

(2)单片机系统由复位电路、晶振电路组成。

(3)显示模块主要是显示频率测量结果,一共有6位LED数码管构成。

整个系统的硬件电路如图四所示:

3 系统软件设计

系统软件设计采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块、数据处理模块和显示模块等各种功能模块组成。通上电后,系统进入初始化模块,对系统进行初始化,接着分别启动定时器、计数器,开始测量待测信号;当定时器溢出后计数器停止计数;把计数器所记的数送入数据计算处理模块中计算出所测信号的频率,最后通过显示程序将结果显示。其流程图如图五所示:

4 结束语

对系统进行调试,从最简单的、最基础部分一步一步调试,遵循从简单到复杂的原则,一部分功能实现后,再进行下一部分功能的调试,最终实现总体功能。所设计的频率计,结构简单,功能实用,对各种周期信号都可以精确测量。

摘要：本文介绍了一种基于AT89C51单片机的数字频率计。该数字频率计利用单片机内部的定时/计数器,配合相应的前置信号处理电路、外围接口电路以及相应的软件可完成待测周期信号的频率测量。

关键词：频率计,数字,单片机

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