頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)相關(guān)資料

1、方案設(shè)計(jì)和方案論證 2.1功能要求設(shè)計(jì)出頻率計(jì)數(shù)器的電路，要求有1ms的基準(zhǔn)信號(hào)和能夠計(jì)數(shù)到9.999MHZ。各部分設(shè)計(jì)如下：1.取樣時(shí)鐘脈沖發(fā)生部分的設(shè)計(jì)；2.計(jì)數(shù)器部分的設(shè)計(jì)；3.LED顯示部分的設(shè)計(jì)；4.基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分的設(shè)計(jì)。要求頻率最大能測(cè)定到9.999MHZ，并且能改變測(cè)定周期及最高計(jì)數(shù)頻率。畫(huà)出個(gè)部分框圖和總電路。 2.2方案確定2.2.1方案一 利用示波器讀取波形的周期，然后求出它的倒數(shù)。這種方法是利用目測(cè)讀取周期，所以誤差非常大。圖2-1 利用示波器求頻率的方法例如，如果t=20ms，1(20103)=0.05103Hz=50Hz 如果t=17s，1(17106)=0.059

2、103kHz=59kHz 如果t=1s，1(1106)=1106Hz=1MHz2.2.2方案二系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)89C51作為控制核心，門(mén)控信號(hào)由89C51內(nèi)部的計(jì)數(shù)/定時(shí)器產(chǎn)生，單位為1us。由于使用了單片機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)具有極為靈活的可編程性，能方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展與改進(jìn)。原理框圖如圖2-2所示：主控89C51串口顯示74LS164 圖2-2 采用89C51作為控制核心的頻率計(jì)數(shù)器原理框圖 數(shù)字控制部分僅由一塊單片機(jī)芯片AT89C51完成所有的頻率測(cè)試和記錄轉(zhuǎn)換功能。 顯示電路由五個(gè)數(shù)碼管和5個(gè)8位移位寄存器74LS164組成。由于五個(gè)數(shù)碼管至少需要40根I/O線，為節(jié)約資源，

3、采用串行輸入并行輸出的74LS164進(jìn)行驅(qū)動(dòng)輸出。單片機(jī)的兩個(gè)并行口分別作為信號(hào)輸出口和時(shí)鐘控制信號(hào)。數(shù)字顯示部分采用BS211(共陽(yáng)極)的管腳圖與BS201相同,其每段驅(qū)動(dòng)電流為10mA. 頻率計(jì)開(kāi)始工作或者完成一次測(cè)量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化，首先定時(shí)/計(jì)數(shù)器寄存器清零，運(yùn)行位控制位TR置1，啟動(dòng)待測(cè)信號(hào)頻率，計(jì)數(shù)閘門(mén)由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門(mén)的最小值（即測(cè)量頻率的最高位）開(kāi)始測(cè)量，計(jì)數(shù)閘門(mén)結(jié)束時(shí)TR清0停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)寄存器中數(shù)值經(jīng)過(guò)數(shù)制轉(zhuǎn)換程序從十六位數(shù)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，判斷該數(shù)的最高位，若該位不為0，滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位要求，測(cè)量值和量程一起送到顯示模塊若該位為零，將計(jì)數(shù)閘門(mén)的寬度

4、擴(kuò)大10倍，重新對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，直到滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)要求。2.2.3方案三被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)74HCU04，利用74HCU04作為放大器，比較器同樣原封不動(dòng)的使用74HCU04反相器，得到9.999MHz的信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)1/10分頻器即74HC160，得到999.9kHz的信號(hào)，使用TC5051P作為計(jì)數(shù)器，但計(jì)數(shù)器TC5051P的輸出是BCD式，所以不能夠直接驅(qū)動(dòng)7段LED，必須在顯示器電路前加一個(gè)譯碼器，LED顯示器需要用驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，在這里使用的芯片是將7段譯碼器和驅(qū)動(dòng)集成在一個(gè)管殼內(nèi)的TC5022BP。計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)過(guò)程中由控制電路控制開(kāi)始計(jì)數(shù)，芯片TC5051P有4個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器

5、為了能夠計(jì)數(shù)到（9999），就需要10 000個(gè)脈沖。超過(guò)了計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的范圍，將會(huì)有溢出顯示。此方案中頻率計(jì)數(shù)器的系統(tǒng)框圖如圖2-3所示。圖2-3 頻率計(jì)數(shù)器的框圖 2.2.4方案論證 方案一誤差較大，方案二使用了功能較強(qiáng)的單片89C51，使得對(duì)信號(hào)頻率的測(cè)量精度大大提高，該單片是可編程芯片，使整個(gè)系統(tǒng)顯得較為靈活，雖電路簡(jiǎn)單，但必須用程序進(jìn)行控制較為麻煩，方案三完全是利用數(shù)字電路完成頻率測(cè)量功能，因此我選擇方案三作為具體實(shí)施方案。電路原理圖頻率計(jì)數(shù)器的工作原理。 頻率測(cè)量的基本原理簡(jiǎn)介: 被測(cè)信號(hào)Vx經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)I，其頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率fx相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)

6、時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)II，其高電平持續(xù)時(shí)間t1=1s，當(dāng)1s信號(hào)來(lái)到時(shí)，閘門(mén)開(kāi)通，被測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)閘門(mén)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到1s信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門(mén)關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。若在閘門(mén)時(shí)間1s內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)頻率fx=N HZ。邏輯控制電路的作用有兩個(gè)：一是產(chǎn)生鎖存脈沖IV，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清“0”脈沖V，使計(jì)數(shù)器每次測(cè)量從零開(kāi)始計(jì)數(shù)5。 頻率計(jì)數(shù)器的基本工作就是能夠?qū)?秒鐘內(nèi)有多少個(gè)被測(cè)定信號(hào)的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，也就是說(shuō)，把測(cè)定頻率的基本規(guī)則原封不動(dòng)地用于電路，即將1秒鐘內(nèi)進(jìn)入一個(gè)脈沖信號(hào)的頻率設(shè)定為1Hz，所以，1MHz的信號(hào)就是在1秒鐘之內(nèi)計(jì)數(shù)到1 000 000個(gè)脈沖。 經(jīng)常

7、使用的信號(hào)頻率大多在數(shù)千赫茲至數(shù)兆赫的范圍。假設(shè)最大可以測(cè)定到10MHz，那就要求計(jì)數(shù)器必須具有計(jì)數(shù)到10 000 000個(gè)脈沖的能力。另外，盡管頻率的定義表明測(cè)定的頻率是指1秒鐘時(shí)間內(nèi)數(shù)得的脈沖數(shù)，但是并不意味著實(shí)際構(gòu)成的頻率計(jì)數(shù)器一定要計(jì)數(shù)1秒鐘。 例如，如果不是對(duì)1秒鐘內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)，而只對(duì)1/10的時(shí)間即對(duì)0.1秒內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)也是可以的。測(cè)定同樣的頻率1/10的時(shí)間，那么計(jì)數(shù)器顯示的也是1/10的數(shù)據(jù)。這就是說(shuō)，使用少一位的計(jì)數(shù)器也可以得到同樣的結(jié)果（移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)的位置）。 如果只在1/10秒的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，那么計(jì)數(shù)器的最小位就表示10Hz。 在測(cè)定數(shù)十千赫至數(shù)兆赫頻率的場(chǎng)合很少有要求頻率精確到1Hz的，所以這里設(shè)計(jì)最小位值設(shè)為1kHz的電路。在這種情況下就可以利用4位計(jì)數(shù)器對(duì)頻率測(cè)定到9 999kHz，也就是9.999MHz。因此，只需要有1ms的基準(zhǔn)信號(hào)和能夠計(jì)數(shù)到9.999MHz的計(jì)