畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 基于單片機的智能 電子計數(shù)器的設(shè)計 學(xué) 校 ： 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師 ： 畢業(yè)設(shè)計（論文）時間：二 0 一 一 年 3 月 日 5 月 日 共 周 I 摘 要 數(shù)字頻率計是電子測量領(lǐng)域中最常見的測量儀器之一。它可以測量方波和正弦波的頻率、周期和脈沖寬度等時間參數(shù)。 本設(shè)計是由單片機控制的數(shù) 字頻率計設(shè)計。本文在討論頻率測量的常用方法與原理的基礎(chǔ)上，闡述了等精度測頻系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)包括穩(wěn)壓電源電路、信號放大整形電路、測頻電路、單片機電路模塊、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號源、鍵盤模塊、數(shù)碼顯示模塊等。采用軟硬件結(jié)合的方法，頻率、周期、脈寬和占空比的計算由單片機 89成，外圍電路其數(shù)字電路部分使用了 采用 言進(jìn)行設(shè)計描述，其輸入通道由模擬電路來實現(xiàn)。 系統(tǒng)將單片機 控制靈活性及 片的現(xiàn)場可編程性相結(jié)合，不但大大縮短了開發(fā)研制周期，而且使本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性 高、測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點。 關(guān)鍵詞 ： 頻率計 單片機 等精度 is of of It as so is on on of of on of it of so It of of of by 9of to 9so it of of 錄 第一章 引言 . 題研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 . 題研究的意義與作用 . 字 頻率計的基本原理 . 統(tǒng)設(shè)計技術(shù)指標(biāo) . 本指標(biāo) . 揮部分 . 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 . 率測量的方法的研究 . 字化直接測量頻率的原理 . 字化直接測量周期的原理 . 周期同步等精度測量的原理 . 驗 方案的確定 . 量方法的確定 . 率測量模塊的方法 . 期測量模塊的方法 . 沖寬度測量模塊的方法 . 統(tǒng)硬件設(shè)計 . 壓電源 電路 . 號放大整形電路 . 片機控制電路 . 準(zhǔn)頻率信號源 . 碼管顯示模塊 . 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 頻專用模塊的設(shè)計 . 率計 分的 序 .率計 分的仿真 . 片機控制與運算程序的設(shè)計 . 片機主程序的設(shè)計 . 率、周期計數(shù)子程序的設(shè)計 . 脈寬、占空比子程序的設(shè)計 . 盤掃描及 數(shù)碼管顯示 子程序的設(shè)計 . 總結(jié) . 參考文獻(xiàn) . 致謝 . 1 第一章 引言 題研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展及電子產(chǎn)品市場運作節(jié)奏的進(jìn)一步加快，涉 及諸如計算機應(yīng)用、通信、智能儀表、醫(yī)用設(shè)備、軍事、民用電器等領(lǐng)域的現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)已邁入一個全新的階段。 在電子測量中，頻率的測量精確度是非常高的。利用計數(shù)法測量頻率具有精度高、使用方便、容易實現(xiàn)測量過程自動化等一系列突出優(yōu)點，已成為目前頻率測量的重要方法。人們將許多參數(shù)的測量轉(zhuǎn)換為頻率量來測量和處理。 傳統(tǒng)的頻率計通常采用組合電路和時序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，在使用過程中存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量精度低、故障率高、維護(hù)不易等問題，其產(chǎn)品不但體積較大，運行速度慢，而且測量低頻信號時不宜直接使用。頻率測量在科技 研究和實際應(yīng)用中的作用日益重要。測量的數(shù)字化、智能化是當(dāng)前測量技術(shù)發(fā)展的趨勢。 題研究的意義與作用 數(shù)字頻率計數(shù)器又稱通用計數(shù)器，是電子測量領(lǐng)域中最常見的測量儀器之一。它可以測量正弦波的頻率（周期），脈沖波的頻率（周期），脈沖寬度等時間參數(shù)。 隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，用單片機通過軟件設(shè)計，采用適當(dāng)?shù)乃惴ㄈ〈@部分電路不僅能彌補上述不足，而且性能也將大有提高。針對普通頻率計存在讀數(shù)難、測量精度不高等問題 , 目前采用單片機控制的數(shù)字頻率計 , 用于測量方波、正弦波或其它脈沖信號的頻率 , 并用數(shù)字顯示 , 具有精度高、測量迅速、讀數(shù)方便等優(yōu)點 , 已經(jīng)在電子測量領(lǐng)域里得到了廣泛應(yīng)用。 51 系列單片機具有體積小，功能強，性能價格比較高等特點，因此被廣泛應(yīng)用于工 業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領(lǐng)域。本次設(shè)計的數(shù)字頻率計 以 片機為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點。 字 頻率計的基本原理 頻率計的基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，此時我們稱閘門時間為 1秒。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越長，得 到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時間越長 ， 則 每 測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。 數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其 2 它周期性變化的信號。 統(tǒng)設(shè)計技術(shù)指標(biāo) 基于傳統(tǒng)測頻原理的頻率計的測量精度將隨被測信號頻率的下降而降低，在實用中有較大的局限性，而等精度頻率計不但具有較高的測量精度，而且在整個測頻區(qū)域內(nèi)保持恒定的測試精度。 課題要求運用單片機 或者 術(shù)，結(jié)合 傳統(tǒng)直接測量頻率方法和等精度測量頻率的 方法，實現(xiàn)高頻和低 頻的測量，本系統(tǒng)設(shè)計的基本指標(biāo)如下。 本指標(biāo) (1) 頻率： 10302) 閘門時間為 、 1秒 （ 3）實現(xiàn)對頻率、周期和時間間隔的測量功能 揮部分 (1) 信號：方波、正弦波 (2) 幅度： 3) 周期脈沖寬度幅度（ 5V、頻率 11占空比，占空比變化范圍為 10% 90%，測試誤差 1%。 3 第二章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計 率測量的方法的研究 字化 直接測 量頻率的原 理 無論頻率、周期還是時間間隔的數(shù)字化測量，均是基于主門 （閘門） 加計數(shù)器的結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)的，圖 2.1(a)示出了這種計數(shù)式 直接測頻 的原理框圖。其中主門 （閘門） 具有“與門”的邏輯功能。主門 （閘門） 的一個輸入端送入的是頻率為是由被測信號經(jīng) 門 （閘門） 的另一個輸入端送來的是來自門控雙穩(wěn)的閘門時間信號 為門控雙穩(wěn)是受時基（標(biāo)準(zhǔn)頻率）信號控制的，所以 準(zhǔn)確又穩(wěn)定。設(shè)計時通過晶體震蕩器和分頻器的配合，可以獲得 10S、 1S、 閘門時間。由 于主門（閘門）的“與”功能，它的輸出端只有在閘門信號 效時間才有頻率送到計數(shù)器去計數(shù)。設(shè)計數(shù)器的值為 N，由頻率定義式可以計算得到被測信號頻率為(2其原理框圖和時序圖如圖 示。 （ a） 直接測頻法原理框圖 （ b） 直接測頻法時序圖 圖 a）直接測頻法原理框圖； （ b）直接測頻法 時序圖 時基脈沖 被測信號 實際檢出信號 5 由式 (2知，當(dāng)閘門時間 S 時， 測量方法由于主門的開啟時間與被測信號之間不同步，而使計數(shù)值 N 帶有 1 量化誤差；且當(dāng)被測信號頻率越低時，該量化誤差的影響越大。若再考慮由晶體振蕩器引起的閘門時間誤差，對式 (2行誤差的累積與合成運算后，可以得到直接測量測頻率誤差的計算公式如下： 1() T T f f （ 2 上式右邊第一項為量化誤差的相對值，其中 N = 1；第二項為閘門時間的相對誤差，數(shù)值上等于晶體振蕩器基準(zhǔn)頻率的相對不確定度f 。在 定時，閘門時 間 量準(zhǔn)確度越高。而當(dāng) T 選定后，于 1 誤差對測量結(jié)果的影響減小，測量準(zhǔn)確度越高。但是隨著 1誤差的影響的減小，閘門時間（也即基準(zhǔn)頻率）自身的準(zhǔn)確度對測量結(jié)果的影響不可忽略，這時可以認(rèn)為f 是計數(shù)式直接測頻率準(zhǔn)確度的極限。字化直接測量周期的原理 雖然直接測頻法可以測出單位時間內(nèi)脈沖的個數(shù)即頻率，但是對于較低頻率的信號其檢測誤差會大大增大，解決辦法就是改直接測頻法為直接測周期法。圖 2.2(a)為計數(shù)式直接測周期的原理框圖。與測頻原理框圖相比，其中門控雙穩(wěn)改由輸入信號放大、整形和分頻后的脈沖控制，所以閘門時間的寬度就等于 k 倍被測信號的周期主門的另一個輸入端，送入由晶體 震蕩器和分頻器產(chǎn)生的周期為 時標(biāo)脈沖信號。由于主門的“與”功能，它的輸出端只有在閘門信號 送到計數(shù)器去計數(shù)，計數(shù)器的值為 N。不難看出，被測信號的周期為： 0/T k (2其原理框圖和時序圖如圖 示： 5 （ a） 測周期法原理框圖 （ b）測周期法時序圖 圖 a）測周期法原理框圖； （ b）測周期法時序圖 與計數(shù)式測頻率相似，由于 0 之間也不是同步的，所以計數(shù)值 1量化誤差；此外由于晶振的不確定度，時標(biāo)的周期 存在誤差；最后，由于被測輸入信號噪聲的影響，使經(jīng) 式 (2行誤差的積累和合成運算，可以得到測周期誤差的計算公式如下： / 2 00000 0 . 3 2( 1 0 )RT x N x T N x T F c TT x N T k T x F c T x F c k (2 上式右邊第一項為量化誤差的相對值，其中計 數(shù)誤差 1;第二項為時標(biāo)的相對誤差；第三項為觸發(fā)誤差，其中 R 為被測信號由公式 R=20 計算 (單位為 。要降低觸發(fā)誤差就必須增大信噪比 R，并采用多周期測量，還被測閘 門信號 高頻基準(zhǔn)信號 實際檢出已知信號 6 可以在整形電路中采用具有滯回特性電路來減小噪聲的影響。 在倍率 0 固定時，與測頻率相反，測量周期的誤差隨被測 信號的頻率升高而增大，此外由于有限的信噪比，使觸發(fā)誤差成為影響測量周期準(zhǔn)確度的主要因素。采用多周期測量可以有效的降低觸發(fā)誤差的影響。 周期同步等精度測量的原理 無論是直接 測頻法還是測周期法，都無法保證閘門信號和另一信號的首尾實現(xiàn)同步，這就難以保證獲得較高的測量精度，其誤差在一個脈沖之內(nèi)。由此，當(dāng)引入多周期同步等精度測量法時，可以較好的解決這個問題。 多周期同步等精度測量法的原理是：電路需引入一個比被測信號頻率高若干倍的內(nèi)部時基信號，測量結(jié)果的誤差范圍便在這一個時基信號范圍內(nèi)。首先由相應(yīng)的控 制電路給出閘門開啟信號，此時計數(shù)器并不開始計數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時才真正開始 計數(shù)。然后，兩組計數(shù)器分別對被測信號和時基信號脈沖計數(shù)，當(dāng)控制電路給出閘門關(guān)閉信號，此時計數(shù)器并不停止計數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時才真正停止計數(shù)。圖 A、 內(nèi)分別對數(shù)器 f T，計數(shù)器 f T。由于 ，則被測頻率 (2式 (2，為時鐘的周期。圖 同步電路（ 作用在于使計數(shù)閘門信號與被測信號同步，實現(xiàn)同步開門，并且開門時間 式 (2 (2的計數(shù)1量化誤差。計數(shù)器由于，所以1 量化誤差的相對值（ 1/小，且該誤差與被測頻率此在整個測頻范圍內(nèi)，多周期同步等精度測量法能夠?qū)崿F(xiàn)等精度的測量。該測試方法需要的除法功能運算，對于使用微處理器的儀器來說，是不難實現(xiàn)的。 考慮計數(shù)值1量化誤差 、時鐘據(jù)式 (2式 (2以推導(dǎo)出倒數(shù)計數(shù)器的測頻、測周期誤差的計算公式： / 2 00 ( 1 0 ) T f k (2上式中 R=20 X 被測信號k 為多周期倍率。與式（ 2（ 2比較 ，式 (2沒有對被測信號計數(shù)引起的 1 量化誤差，只有 周期的 1 計數(shù)誤差 ，而且與被測量信號的頻率無關(guān)，即在整個測量頻 7 段上是等精度的。這時多周期同步等精度測量法的測頻、測周期的精度在整個測量頻段上均可達(dá)到 710 量級。 其原理框圖和時序圖如圖 示。 （a）多周期同步等精度測量法原理框 9 （ b）多周期同步等精度測量法時序圖 圖 a）多周期同步等精度測量法原理框圖 ; (b) 多周期同步等精度測量法時序圖 驗方案的確定 量方法的確定 經(jīng)過 對頻率測量和周期測量方法的分析，得知 直接測量法不可能滿足該任務(wù)所要求的測量精度，只要采用 多周期同步等精度測量法 就 可以 直接讀出被測信號的周期值或者頻率值，在中界頻率附近能達(dá)到較高的測量精度?；谝陨嫌懻?，決定選用多周期同步測量法來實現(xiàn)該數(shù)字頻率計。 率測量模塊的方法 頻率測量模塊我們選擇 等精度測頻法 ， 其實現(xiàn)方式可用圖 說明。 圖 精度測頻 原理圖當(dāng)方波預(yù)置門控信號由底變?yōu)楦唠娖綍r，經(jīng)整形后的別測信號上升沿啟動 D 觸發(fā) 9 器，由 D 觸發(fā)器的 R 段同時啟動可控計數(shù)器 時計數(shù)，當(dāng)預(yù)置門為低電平時，隨后而至的被測信號使可控計數(shù)器同時關(guān)閉。設(shè) 在一次預(yù)置門高電平脈寬時間內(nèi)被測信號計數(shù)值為 準(zhǔn)頻率計數(shù)值 有： X 期測量模塊的方法 周期測量與 頻率 測量完全相同，只是在進(jìn)行計算時公式不同，用周期 精度頻率測量公式中的頻率因數(shù)即可 。 計算公式為 (2式中，N、 (1 2)式中的 沖寬度測量模塊的方 法 在進(jìn)行脈沖寬度測量時，首先經(jīng)信號處理電路進(jìn)行處理，限制只有信號的 50%幅度及其以上部分才能輸入數(shù)字測量部分。脈沖邊沿被處理得非常陡峭，然后送入測量計數(shù)器進(jìn)行測量。 測量電路在檢測到脈沖信號的上升沿時打開計數(shù)器，在下降沿是關(guān)閉計數(shù)器，設(shè)脈沖寬度為 算公式為： x/ 期脈沖信號占空比測量模塊 測一個脈沖信號的脈寬，記其值為 號反相后 ,再測一次脈寬并記錄其值 過 以下公式汁算： 占空比 T 100% (2統(tǒng)硬件設(shè)計 根據(jù)頻率計的設(shè)計要求，我們可將整個電路系統(tǒng)劃分為幾個基本模塊，組成模塊框圖如圖 示。 10 圖 率計組成模塊框圖 其主要由以下幾個部分構(gòu)成： (1) 信號整形電路。用于對待測信號進(jìn)行放大和整形，以便作為 輸入信號。 (2) 測頻電路。是測頻的核心電路模塊，由 件擔(dān)任。 (3) 單片機電路模塊。用于控制 測頻操作和讀取測頻數(shù)據(jù)，并作出相應(yīng)數(shù)據(jù)處理。 (4) 50標(biāo)準(zhǔn)頻率信號源。本 模塊采用高頻率穩(wěn)定度和高精度的晶振作為標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器，產(chǎn)生 50標(biāo)準(zhǔn)頻率信號直接進(jìn)入 (5) 鍵盤模塊?？梢杂?5個鍵執(zhí)行測試控制，一個是復(fù)位鍵，其余是命令鍵。 (6) 數(shù)碼顯示模塊?？梢杂?7個數(shù)碼管顯示測試結(jié)果，最高可表示百萬分之一的精度。 壓電源 電路 本項設(shè)計要求的電源均為 5V 的直流穩(wěn)壓電源。 7905 空載時測量輸出在 6V 左右加上負(fù)載，輸出正常。 7805 驅(qū)動電流可達(dá) 1A，運行時電流 200 3007805 溫度有 50 度左右。 頻率計 穩(wěn)壓電源電路圖如圖 示。 14 圖 率計 穩(wěn)壓電源電路 號放大整形電路 信號放大整形電路包括放大級和整形級兩部分。 放大級的設(shè)計主要考慮增益和帶寬的指標(biāo)。因為后面的整形級采用了電壓比較器，所以放大級的增益應(yīng)根據(jù)頻率計指標(biāo)提出的最小輸入信號幅度（ 電壓比較器所要求的輸入電壓的最小壓擺率來決定。 在本通道中，電壓比較器整形級是設(shè)計過零觸發(fā)方式的，因此必須對輸入信號過零處的壓擺率予以審查。，從輸入級到第二放大級其帶寬大于 10指標(biāo)要求完全可以達(dá)到的。 因為模擬通道部分所用的器件都是帶寬高速器件，為了防 止寄生振蕩，在每個器件的電源引腳附近到地之間均需要加上去耦電容，每組去耦電容由兩種電容并聯(lián)起來，以取得良好的寬頻帶寬去耦效果。其中容量小的（ ）用陶瓷電容，對高頻分量有良好的去耦作用；容量大的（ ）用鉭電解電容，對低頻分量有良好的去耦作用。 整形級選用輸出為 平的高速集成雙壓比較器 構(gòu)成，它比 路有觸發(fā)靈敏度高、因而可降低放大級增益的優(yōu)點；上面已討論過，根據(jù)手冊提示，使用高速電壓比較器時必須保證輸入信號的壓擺率大于手冊上所給的最小容許值，以免在比較器輸出信號的前后沿部 位產(chǎn)生振蕩。此外電源引腳附近也需要加接良好的去耦電容，布線短，數(shù)字電源和模擬電源的接地要分開，以免比較器輸出端的數(shù)字信號干擾模擬電路部分的工作。 為了防止輸入信號過大而損壞后面的元器件，在輸入端加上由一個 470 電阻和兩個二極管組成的限幅保護(hù)電路。限幅二極管應(yīng)選用結(jié)電容小，開關(guān)時間短，容許的正向電流大且正向壓降小的管子， 2關(guān)二極管是符合上述要求的一種。有時被測信號 11 中含有較高的直流分量，為了保證通道放大器正常工作，輸入信號應(yīng)通過隔直流電容耦合到輸 入級的輸入端，為此還要加上交、直流耦合切換開關(guān) 圖 號放大整形電路 片機控制電路 對單片機這部分的主要指標(biāo)考慮如下：由 +5V 電源供電， I/O 口與 平兼容，并有足夠數(shù)目的 I/O 口；要有豐富的四則算術(shù)運算和邏輯運算指令，指令執(zhí)行速度要快；片內(nèi)除 還要有 至少有兩個 16位的定時器 /計數(shù)器；有外部中斷輸入引腳；具有串行通信口；價格要低廉。 根據(jù)以上條件，查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn) 8位單片機 指標(biāo)已經(jīng)能夠滿足要求。 而對于實驗環(huán)境的限制，能選 擇的 限，所以根據(jù)實驗室的情況選用了 由于等精度數(shù)字頻率計涉及到的計算包括加、減、乘、除，耗用的資源比較大。因此，我們選擇單片機和 結(jié)合來實現(xiàn)。單片機控制電路如圖 示，其中單片機完成整個測量電路的測試控制、數(shù)據(jù)處理和顯示輸出； 成各種測試功能；鍵盤信號由 89片機進(jìn)行處理，它從 回計數(shù)器數(shù)據(jù)并進(jìn)行運算，然后向顯示電路輸出測量結(jié)果。 等精度數(shù)字頻率計電路系統(tǒng) 原理框圖如圖 示。 系統(tǒng)的基本工作方式如下： (1) 是單片機與 數(shù)據(jù)傳送通信口 ,為雙向控制口。 利用鍵盤顯示管理芯片 為數(shù)碼管顯示，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示。系統(tǒng)的 設(shè)置 5 個功能鍵：占空比、脈寬、周期、頻率、自檢，進(jìn)行各測試功能的轉(zhuǎn)換。 (2) 7 個 碼管組成測量數(shù)據(jù)顯示器，另一個獨立的數(shù)碼管用于狀態(tài)顯示。 12 (3) 測頻標(biāo)準(zhǔn)頻率 50號輸入端，由晶體振蕩源電路提供。 (4) 被測信號輸入，此待測信號是經(jīng)放大整形后輸入 。 圖 等精度數(shù)字頻率計電路系統(tǒng)原理框圖 準(zhǔn)頻率信號源 本設(shè)計采 用 50頻標(biāo) )供數(shù)字測 量 電路使用。 由公式 (2其討論可知，多周期同步等精度測量法所達(dá)到的測量精度和系統(tǒng)時鐘源的精度量級相近。 晶體振蕩器采用恒溫晶振，穩(wěn)定度 可以達(dá)到 為： 107 24 小時。碼管顯示模塊 從實驗條件等實際出發(fā)考慮，數(shù)碼管顯示模塊采用了 一片具有串行接口的，可同時驅(qū)動 8位共陰式數(shù)碼管的顯示驅(qū)動芯片，同時還可連接多達(dá) 64 鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成 示的全部功能。 有 14 的特點和豐富的指令系統(tǒng)，使 得由其組成的 示和鍵盤電路具有外圍電路簡單，功能強大，使用方便，可靠性高，與 口簡單等特點，是 示和鍵盤電路的首選器件。 單片機的連接如下圖 示。 圖 單片機的連接 因為本設(shè)計用 等精度測頻的 方法，預(yù)置門時間為 1s，在 標(biāo)準(zhǔn) 頻率信號為 50情況下，可以算出測量精度為電路中采用了 8 位 示器 個 碼管組成測量數(shù)據(jù)顯示器，另一個獨立的數(shù)碼管用于狀態(tài)顯示。當(dāng)測頻率時，有顯示指示，為了保證頻率計有足夠的顯示時間，并且在打開門控信號 之前，要先清零，以使測量數(shù)字計數(shù)器每次從零開始計數(shù)。 15 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 設(shè)計包括頻率計的測頻模塊和利用對單片機的編程 。 單片機的編程又由三部分構(gòu)成：對 數(shù)據(jù)讀取及控制信號輸出，鍵盤電路的掃描以及數(shù)碼管顯示輸出。 頻專用模塊的設(shè)計 利用 計的測頻模塊主邏輯結(jié)構(gòu)如圖 示 ， 8 圖 精度頻率計 主邏輯結(jié)構(gòu)圖 圖 ，預(yù)置門控信號 由單片機發(fā)出，可以證明，在 1秒至 間選擇的范圍內(nèi)， 時間寬度對測頻精度幾乎沒有影響，在此設(shè)其寬度為 2 位高速計數(shù)器， 別是他們的允許信號端，高電平有效。標(biāo)準(zhǔn)頻率信號從 時鐘輸入端 入，設(shè)其頻率為 整形后的被測信號從與 似的 32 位計數(shù)器 入，設(shè)其真實頻率值為測量頻率為頻原理說明如下： 測頻開始前，首先發(fā)出一個清零信號 兩個計數(shù)器和 D 的觸發(fā)器置零， 同時通過信號 止兩個計數(shù)器計數(shù)。這是一個初始化的操作。然后由單片機發(fā)出允許測頻命令，即令預(yù)置門控信號 高電平，這時 端才被置 1（即令 高電平），與此同時，將同時啟動計數(shù)器 入計數(shù)允許周期。在此期間， 別對被測信號（頻率為標(biāo)準(zhǔn)頻率信號（頻率為 時計 數(shù)。當(dāng) 后，預(yù)置門信號被單片機置為低電平，但此時 16 兩個計數(shù)器并沒有停止計數(shù)，一直等到被測信號的上升沿到來時，才通過 被測頻率值為準(zhǔn)頻率值為 在一次預(yù)置門時間 對被測信號計數(shù)值為 標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的計數(shù)值為 下式成立 : N (3不難得到測得的頻率為 : S (3最后通過控制 擇信號和 64位至 8位的多路選擇器 計數(shù)器 2 位數(shù)據(jù)按照 .編碼次序，分 8次依次讀入單片機，并按照各個模塊的計算公式進(jìn)行計算和顯示。 率計 分的 序 根據(jù)圖 主邏輯結(jié)構(gòu)圖和 圖 測控時序，以及測頻原理，可以寫出相應(yīng)的能描述。相應(yīng)的 路圖如圖 頻率計 分的 序設(shè)計如下： 計部分 S N 50N N N 高電平時， 預(yù)置門控信號，用于測頻計數(shù) 低電平時， 測脈寬控制信號 電平時測高電平脈寬而當(dāng) 低電平時，測低電平脈寬 N N ); ); 17 F S 1 ); 1 ); A, 1, S: 1 ); 0); 1 F 1 0); 1 1 = 1; F; 18 F; 1 = 0; 1 = F; (L) R ; A ; 1 ; F 1 1 = 0; 1 1 = 1; F; 1 2 = 0; 1 2 = 1; F; 1 3 = 0; 1 3 = 1; F; 1 S=10 S=“ 10”時， 電平，允許標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)器計數(shù) 0 ; 1 S=11 低電平時，表示正在計數(shù)，由低電平變到高電平 0; 示計數(shù)結(jié)束，可以從標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)器中讀數(shù)據(jù)了 19 1 1時，測頻率 0 0 時，測脈寬和占空 比 利用 計的測頻模塊其中有關(guān)的接口信號規(guī)定如下： 1、 準(zhǔn)頻率輸入信號， 50 2、 測頻率輸入信號， 10高可以為 50 3、 局清 0和初始化輸入，高電平有效，由單片機向 出。 4、 置門控制輸入，時間為 1s，高電平有效，由單片機向 出。 5、 電平測頻率，低電平測脈寬，由單片機向 出。 6、 信號由單片機讀取。在測頻時，高電平時表示進(jìn)入計數(shù) 周期，低電平時表示計數(shù)結(jié)束，單片計可以讀取 的計數(shù)。 7、 測脈寬期間（ 0），由低電平變?yōu)楦唠娖?，表示脈寬計數(shù)結(jié)束，號由單片機讀取。 8、 數(shù)數(shù)據(jù)輸出， 8位，由單片機根據(jù) 擇信號分別讀取。 9、 數(shù)數(shù)據(jù)讀出控制， 3 位，由單片機輸出控制。 當(dāng) 別等于：“ 000”、“ 001”、“ 010”、“ 011”；可由 別讀出： .15. 23. 31. 32 位。 當(dāng) 別等于：“ 100” 、“ 101”、“ 110”、“ 111”；可由 別讀出： .15. 23. 31. 32 位。 率計 分的仿真 圖 圖 別是頻率測試仿真波形和脈寬測試仿真波形。 從圖 以看出， 1時，系統(tǒng)進(jìn)行等精度測頻。這時， 個正脈沖后，系統(tǒng)被初始化。然后 置為高電平，但這時兩個計數(shù)器并未開始計數(shù) (0)，直到此后被測信號 現(xiàn)一個上升沿， 1 時 2個計數(shù)器同時啟動分別對被測信號和 標(biāo)準(zhǔn)信號開始計數(shù)，其中 別為標(biāo)準(zhǔn)頻率計數(shù)器和被測頻率計數(shù)器的計數(shù)值。由圖可見，在 為低電平后，計數(shù)仍未停止，直到 現(xiàn)一個上升沿為止，這時 0，可作為單片機了解計數(shù)結(jié)束的標(biāo)志信號。 仿真波形中 周期分別設(shè)置為 10 s 和 500圖可見，計數(shù)結(jié)果是，對 計數(shù)值是 5，對 計數(shù)值是 64(十六進(jìn)制 )。通過控制 能按照 20 8個 8位將兩個計數(shù)器中的 32位數(shù)讀入單片機中進(jìn)行計算。從圖中的波形可以看出， 圖 率 /周期測量仿真圖 圖 寬 /占空比測量仿真圖 圖 ，取 0時，則系統(tǒng)進(jìn)行脈寬測試。為了便于觀察，圖中仿真波形中的 5 00 以分析， 功能都發(fā)生了變化，前者為 1時測信號高電平的脈寬，為 0時測低電平的脈寬；而后者 為 1 時作系統(tǒng)初始化，由 1 變?yōu)?0 后啟動電路系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信號計數(shù)器 備對標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計數(shù)。而允許計數(shù)的條件是此后出現(xiàn)的第一個脈寬的寬度。由圖 見，當(dāng) 1 ， 高電平脈沖到來時，即啟動了 行計數(shù)，而在 低電平到來時停止計數(shù)，狀態(tài)信號 由低電平變?yōu)楦唠娖剑?21 告訴單片機計數(shù)結(jié)束。計數(shù)值可以通過 出，這里是 4 由此不難算出， 變 0 ，又能測出 低電平脈寬，從而可以獲得 周期和占空比。 片機控制與運算程序的設(shè)計 完成 件語言編程，系統(tǒng)內(nèi) 片中的邏輯資源尚缺一點即可大功告成，系統(tǒng)需要單片機為它實現(xiàn)控制 ，運算，顯示等功能。所以，采用 89片機控制模塊對各種信號進(jìn)行處理并顯示。 與單片機可以按照如下方式接口： (1) 單片機的 接八位數(shù)據(jù) .負(fù)責(zé)讀取測頻數(shù)據(jù)。 (2) 單片機可以通過信號 指示計數(shù)是否結(jié)束，以確定何時可以讀取數(shù)據(jù)。 (3) .接，用于控制多路通道的數(shù)據(jù)選擇。當(dāng) 000”、“ 001”、“ 010”、“ 011”時，由低八位到高八位讀出標(biāo)準(zhǔn)頻率計數(shù)值；當(dāng)別為“ 100”、“ 101”、“ 110”、“ 111”；由低八位到高八位讀出待測頻率計數(shù)值。 (4) 能基本相同，當(dāng)其由低電平變到高電平使指示脈沖寬度計數(shù)結(jié)束。 (5) 別接控制信號 同控制測試操作。即當(dāng)為 1時， 時， 為 1，測 高電平脈寬，而當(dāng) 0，則測 低電平脈寬。然后分別從 據(jù)口讀出 標(biāo)準(zhǔn)頻率的計數(shù)，即只需令 取值分別為 “ 000”、 “ 001”、 “ 010”、 “ 011” 即可。 (6) 清零信號