频率测量指南－如何测量频率？

数字频率采集的过程相当简单。如果是低频信号，只需要使用一个计数器或时基就足够了。输入信号的上升沿触发要计数的时基时钟滴答数。由于时基频率已知，就能简单地计算出输入信号的频率（见图3）。

图3.内部时基的数字信号（使用计数器测量低频信号）

当数字信号的频率很高或不断变化时，最好使用下面介绍的双计数器方法。需要注意的是，两种方法种具有相同的硬件局限性，即所要测量的频率不能超过计数器支持的最大输入频率，但可以超过内部时基频率。 

高频信号测量需要使用两个计数器。一对（两个）计数器会产生用户指定周期的脉冲序列，“测量时间”（见图4）远大于待测信号，但又要尽量小，以避免计数器翻转。

图4.数字信号频率的双计数器法测量（测量高频信号）

内部信号的测量时间为内部时基的整数倍，换句话说，两者之间可以整除。 然后，在已知的时间间隔内测量输入信号的时钟滴答数，该时间间隔由内部信号提供。 将时钟滴答数除以已知的测量时间就能够得到输入信号的频率。

对于频率会变化的信号，这种双计数器方法可在整个信号范围内提供更高的精度。在这种情况下，输入信号为被除数，已知值为除数。内部时基的时钟滴答数在分频信号处于逻辑高电平时记录下来（见图5）。 这时就可以算出逻辑高电平的时间，也就是时钟滴答数乘以内置时基的周期时间。这个值再乘以2，就可以获得分频信号的周期（高电平和低电平时间），它是输入信号周期的整数倍。然后对输入信号周期求倒数即可得到频率值。

图5.数字信号频率的双计数器法测量（大范围测量）

这一方法相当于在大范围测量后求平均值来得到信号的变化频率，但这种方法还能测量比时基频率更高的输入信号。

许多具有硬件定时的设备都适用于计数器测量。以NI CompactDAQ系统为例（见图6）。NI CompactDAQ的硬件时基位于机箱的背板上，并不针对特定NI C系列模块。 

图6.NI cDAQ-9178机箱和NI 9401数字I/O模块

NI 9401有一个D-Sub连接器，可以连接8个数字通道。每个通道均带有一个可连接数字输入/输出设备的数字I/O引脚。可通过机箱的任何插槽访问CompactDAQ机箱的4个计数器。在Measurement & Automation Explorer (MAX)中将频率采集设置为计数器任务后，会显示信号应连接的PFI输入接线端（见图7）。

图7.Measurement & Automation Explorer (MAX)配置界面的截屏

配置系统后，可以使用LabVIEW图形化编程环境查看数据（参见图8）。

图8.LabVIEW中显示的频率测量