大量传感器输出调频信号，而不是调幅信号。比如用于测量转动和流体流速的传感器，通常属于这一类。光电倍增管（photomultiplier tubes）和带电粒子探测器（charged－particle detectors）常用于测量领域，并输出频率信号。原则上，这些信号也可以用AD采集，但这个方法将产生大量冗余数据，使得分析工作难以进行。直接进行频率测量效率则高得多。

频率 － 电压转换

数据采集系统可通过多种途径测量频率：对连续的AC信号或脉冲序列做积分，产生与频率成比例关系的DC电压，或用AD将交流电压转换成二进制的数字信号，或对数字脉冲计数。

脉冲序列积分

一种常见的用于单通道的转换技术，模块化的信号调节：对输入脉冲做积分，并输出与频率成比例的电压信号。首先， AC信号经过一系列电容耦合，滤除超低频和DC分量，此输入信号每次经过零点，比较器产生一个恒定宽度的脉冲，脉冲再经过积分电路，如低通滤波器，然后输出一个变化缓慢的信号，信号电压将正比于输入信号频率（见图11．08）。

频压转换器的响应时间比较慢，约为低通滤波器截止频率的倒数。截止频率必须远低于待测信号频率，又要足够高，以保证所需的响应时间。若待测信号频率接近于截止频率，明显的纹波将会成为一个严重的问题，如图11．09所示。

外部电容决定了专用频压转换的IC时间常数，使得电路可测量较宽频率范围内的信号，但频率改变时，电容也必须随之改变。不幸的是，这种频压转换器在频率低于100Hz时，表现得很差，因为截止频率低于10Hz的低通滤波器需要超级电容器。

数字脉冲计数

另一种用于测量数字脉冲或AC耦合模拟信号频率的技术。可输出正比于输入信号频率的DC电压，类似上面提到的积分法，只不过这里的DC电压来源于DAC。前端电路将输入的模拟或数字信号转换成纯净的脉冲序列，使其在进入DAC之前，不会带有来自继电器的毛刺，高频噪声以及其他多余信号（见图11．10）。

举例来说，一个标准的带有频率输入的数据采集卡，模拟输入通道前置低通滤波器，截止频率可设置为100kHz、300Hz或30Hz，测频范围1Hz至100kHz，信号峰峰值50mV至80V。数字输入部分直流耦合至TTL电平的施密特触发器，可测量0．001Hz至950kHz，±15VDC的信号。采集卡通常具有上拉电阻，用于继电器或开关应用。

微控制器准确测量几个脉冲的周期之和，频率分辨率取决于用户可配置的最小脉冲宽度。从测得的周期数据中可换算出频率，再根据频率值，控制DAC向数据采集系统输出相应的模拟信号，信号流入DC调理电路，最后，软件再将此电压转换成频率值。这种方法可以测量幅值和频率范围很宽的信号，且响应迅速。程序可控的频率量程可以最佳匹配ADC的量程，提高测量性能。

DAC输出范围±5V，用户配置的最低频率对应－5V，最高频率对应＋5V。实际上，用户可任意配置频带范围，如500Hz－10kHz、59．5Hz－60．5Hz。但ADC固定为12位分辨率，不管频宽如何，－5V至＋5V的电压都会被按比例划分为4096个等级，所以设置的频宽越窄，频率分辨率越高。例如1Hz的频宽划分为4096份，分辨率高达1／4096Hz（0．00244Hz），而100Hz的频宽，分辨率则降至24．41Hz。

虽然不同量程下，分辨率都是固定的12位，但测量速度却有所不同。从1Hz至自定义的频率上限，电压转换时间2至4ms，最长不超过输入信号的周期。0至10kHz范围内的信号，更新速率2至4ms；0至60Hz，则需要16．6ms。随着输入量程越来越窄，例如49至51Hz，12位分辨率去处理2Hz的带宽，消耗时间越来越长，转换时间大约59ms。

除了低通滤波器，内置的迟滞功能也可防止由于高频噪声导致的错误计数。去抖时间可被软件配置为0．6ms至10ms，用于处理机电设备，如开关、继电器等切换状态时会产生毛刺的设备。

基于门控脉冲计数的频率测量

门控脉冲计数相对于频压转换法精准度更高。门控脉冲计数法记录在指定时间内出现的脉冲个数，除以计数时间即频率值，频率误差可以低至计数时间的倒数，例如以2s作为计数时间，频率误差低至0．5Hz。

许多数据采集系统包含TTL电平兼容的计数器／定时器IC，可以产生门控脉冲、测量数字输入，然而并不适用于未经调理的模拟信号。所幸多数频率输出设备可以输出TTL电平。有些产品上的一个计数器／定时器IC，包含了5个计数器／定时器，而且通常使用数据采集系统的内部晶振，或外部晶振。这些IC通常使用多个通道配合完成计数功能，每路通道都包含一个输入部分，一个门控部分和一个输出部分。最简单的计数只需使用输入部分，PC以一定的周期读取计数值并复位计数器，这种方法的不足之处是读取周期不确定，函数执行过程中突然出现的情况可能随时启动或停止计数。另外，延时函数，例如延时50ms，依赖于不精确的软件定时器。这两点原因致使计数时间较短的频率测量毫无意义，但是，这种技术足以应对计数时间超过1秒的频率测量。

门控信号控制着计数时间，所以改变门控信号可以获得更高的精准度。这样，频率测量就变得与软件方面的时间问题无关。可以配置门控信号，在其高电平时才进行脉冲计数。同样的，也可以配置成在检测到一个脉冲时开始计数，检测到另一个脉冲时停止计数。

这种方法的一个缺点是需要额外的计数器用于控制。但在多通道频率采集的应用中，一个计数器可以控制多个通道。例如在5个通道的系统中，4通道用于计数，1通道用于控制。

计时应用

计数器／定时器同样可用于需要计时／定时的应用场合。将连接至输入通道的时钟信号作为门控信号是不错的选择，当信号为高电平时，使能计数。同样的方法可用于测量两个脉冲之间的时间间隔，只需配置成在第一个脉冲到来时开始计数，下一个脉冲到来时停止计数。

由于16位计数器在计数到65535时，即将发生溢出，所以以1MHz的时钟频率计数时，可测脉宽不超过65．535ms，更宽的脉冲将会导致计数器溢出，除非降低时钟频率。