頻率計數(shù)器的設(shè)計相關(guān)資料

1、方案設(shè)計和方案論證 2.1功能要求設(shè)計出頻率計數(shù)器的電路，要求有1ms的基準(zhǔn)信號和能夠計數(shù)到9.999MHZ。各部分設(shè)計如下：1.取樣時鐘脈沖發(fā)生部分的設(shè)計；2.計數(shù)器部分的設(shè)計；3.LED顯示部分的設(shè)計；4.基準(zhǔn)信號發(fā)生部分的設(shè)計。要求頻率最大能測定到9.999MHZ，并且能改變測定周期及最高計數(shù)頻率。畫出個部分框圖和總電路。 2.2方案確定方案一 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÷(20×103)=0.05×103Hz=50Hz 如果t=17s，1

2、÷(17×106)=0.059×103kHz=59kHz 如果t=1s，1÷(1×106)=1×106Hz=1MHz系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)89C51作為控制核心，門控信號由89C51內(nèi)部的計數(shù)/定時器產(chǎn)生，單位為1us。由于使用了單片機(jī)，整個系統(tǒng)具有極為靈活的可編程性，能方便地對系統(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完成所有的頻率測試和記錄轉(zhuǎn)換功能。 顯示電路由五個數(shù)碼管和5個8

3、位移位寄存器74LS164組成。由于五個數(shù)碼管至少需要40根I/O線，為節(jié)約資源，采用串行輸入并行輸出的74LS164進(jìn)行驅(qū)動輸出。單片機(jī)的兩個并行口分別作為信號輸出口和時鐘控制信號。數(shù)字顯示部分采用BS211(共陽極)的管腳圖與BS201相同,其每段驅(qū)動電流為10mA. 頻率計開始工作或者完成一次測量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測量初始化，首先定時/計數(shù)器寄存器清零，運行位控制位TR置1，啟動待測信號頻率，計數(shù)閘門由軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)，從計數(shù)閘門的最小值（即測量頻率的最高位）開始測量，計數(shù)閘門結(jié)束時TR清0停止計數(shù)，計數(shù)寄存器中數(shù)值經(jīng)過數(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

4、，滿足測量數(shù)據(jù)有效位要求，測量值和量程一起送到顯示模塊若該位為零，將計數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大10倍，重新對被測信號計數(shù)，直到滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)要求。方案三被測信號經(jīng)過74HCU04，利用74HCU04作為放大器，比較器同樣原封不動的使用74HCU04反相器，得到9.999MHz的信號，然后經(jīng)過1/10分頻器即74HC160，得到999.9kHz的信號，使用TC5051P作為計數(shù)器，但計數(shù)器TC5051P的輸出是BCD式，所以不能夠直接驅(qū)動7段LED，必須在顯示器電路前加一個譯碼器，LED顯示器需要用驅(qū)動信號驅(qū)動，在這里使用的芯片是將7段譯碼器和驅(qū)動集成在一個管殼內(nèi)的TC5022BP。計數(shù)器在計數(shù)過

5、程中由控制電路控制開始計數(shù)，芯片TC5051P有4個十進(jìn)制計數(shù)器，計數(shù)器為了能夠計數(shù)到（9999），就需要10 000個脈沖。超過了計數(shù)器計數(shù)的范圍，將會有溢出顯示。此方案中頻率計數(shù)器的系統(tǒng)框圖如圖2-3所示。圖2-3 頻率計數(shù)器的框圖 方案一誤差較大，方案二使用了功能較強(qiáng)的單片89C51，使得對信號頻率的測量精度大大提高，該單片是可編程芯片，使整個系統(tǒng)顯得較為靈活，雖電路簡單，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)字電路完成頻率測量功能，因此我選擇方案三作為具體實施方案。電路原理圖頻率計數(shù)器的工作原理。 頻率測量的基本原理簡介: 被測信號Vx經(jīng)放大整形電路變成計數(shù)器所要求的脈沖信號

6、I，其頻率與被測信號的頻率fx相同。時基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)信號II，其高電平持續(xù)時間t1=1s，當(dāng)1s信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門，計數(shù)器開始計數(shù)，直到1s信號結(jié)束時閘門關(guān)閉，停止計數(shù)。若在閘門時間1s內(nèi)計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為N，則被測信號頻率fx=N HZ。邏輯控制電路的作用有兩個：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，使計數(shù)器每次測量從零開始計數(shù)5。 頻率計數(shù)器的基本工作就是能夠?qū)?秒鐘內(nèi)有多少個被測定信號的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)，也就是說，把測定頻率的基本規(guī)則原封不動地用于電路，即將1秒鐘內(nèi)進(jìn)入一個脈沖信號的頻率設(shè)定為1Hz，所以，1MHz的信號就

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