電子計數(shù)器方案

22\l“_TOC_250006“1、智能計數(shù)器概念 2\l“_TOC_250005“2、通用計數(shù)器簡介 2\l“_TOC_250004“3、智能電子計數(shù)器功能及性能指標(biāo) 3\l“_TOC_250003“4、智能電子計數(shù)器的方案選擇 3\l“_TOC_250002“5、智能電子計數(shù)器的系統(tǒng)實現(xiàn)框圖 76、傳統(tǒng)的通用電子計數(shù)器的缺乏 87、智能通用電子計數(shù)器的優(yōu)勢 98、智能電子計數(shù)器存在的關(guān)鍵問題及解決方案 12\l“_TOC_250001“9、功能模塊電路的設(shè)計 12\l“_TOC_250000“10、系統(tǒng)軟件的設(shè)計 211、智能計數(shù)器概念脈沖數(shù)并顯示計數(shù)結(jié)果的數(shù)字化儀器。智能計數(shù)器是其他數(shù)字化儀器的根底。在它的輸入通道接入各種模-數(shù)變換器，再利用相應(yīng)的換能器便可制成各種數(shù)字化儀器。智能計數(shù)器的特點：測量精度高、量程寬、功能多、操作簡潔、測量速度快、直接顯示數(shù)字，而且易于實現(xiàn)測量過程自動化。智能計數(shù)器按功能可分4類：1、通用計數(shù)器：可測頻率、周期、多周期平均、時間間隔、頻率比和累計等。2、頻率計數(shù)器：特地用于測量高頻和微波頻率的計數(shù)器。3、計算計數(shù)器：具有計算功能的計數(shù)器，可進(jìn)展數(shù)學(xué)運算，可用程序掌握進(jìn)展測量計算和顯示等全部工作過程4、微波計數(shù)器：是以通用計數(shù)器和頻率計數(shù)器為主配以測頻擴展器而組成的微波頻率計。用。2、通用計數(shù)器簡介本課題主要是針對智能通用計數(shù)器的設(shè)計，通用電子計數(shù)器又可稱為多功能電子計數(shù)器，它可以完成頻率測量，周期測量，脈沖計數(shù)，以及根本的加減計數(shù)和定時功能等等。對于智能通用計數(shù)器，不僅要完成以上的各種根本功能，而且還要通過單片機微處理器完成儀器工作的自動化，簡化用戶的操作難度。所以智能的通用電子計數(shù)器的智能化在表達(dá)在以下幾個方面：測量過程自動化、測量數(shù)據(jù)處理及功能多樣化，簡化儀表電路，提高儀表的牢靠性，更簡潔實現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的。3、智能電子計數(shù)器功能及性能指標(biāo)、頻率測量1Hz～5MHz；信號幅度范圍：0.1V～5V。b．測量誤差≤10-6。、周期測量；。3〕、脈沖計數(shù)a．能檢測出各種脈沖信號〔方波、三角波、正弦波等等〕個數(shù)、可預(yù)置加減計數(shù)a．1—500005〕、可逆計數(shù)功能、自動復(fù)位功能、擴展功能數(shù)據(jù)存儲功能計算機通信功能4、智能電子計數(shù)器的方案選擇方案一直接測頻法：通過外部信號通道把信號進(jìn)展放大整形后，以獲得標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號，然后設(shè)置主門掌握時間〔信號的計數(shù)時間算機配置智能通用計數(shù)器的掌握器以擴展它的功能。系統(tǒng)框圖如下：方案二在此門限內(nèi)的高頻標(biāo)準(zhǔn)時鐘的數(shù)量，從而測量信號的頻率。系統(tǒng)框圖如下：方案三設(shè)置門控時間〔由被測信號和預(yù)制門控共同掌握，用同步電路對參顯示功能。系統(tǒng)框圖如下：方案比較方案一的優(yōu)點：電路簡潔，能完成智能計數(shù)器的根本功能，特別求的狀況下硬軟件實現(xiàn)簡潔。10%，嚴(yán)峻影響智能電子計數(shù)器的性能。方案二的優(yōu)點：電路簡潔，能完成智能計數(shù)器的根本功能，特別求的狀況下硬軟件實現(xiàn)簡潔。號由被測信號和預(yù)置門控共同掌握，測量精度與被測信號的頻率無〔進(jìn)展周期測量，可同時消退方案一和方案二的缺乏之處，從而使測量精度能提升幾個數(shù)量級。求提高了要求，軟件掌握的難度也提升了不少。下，方案三優(yōu)勢較大，它的測量性能很高，并且可以盡量通過軟件很高。所以，本工程主要承受方案三來實現(xiàn)。5、智能電子計數(shù)器的系統(tǒng)實現(xiàn)框圖系統(tǒng)整體構(gòu)造能模塊組成：輸入通道、整形放大電路、同步電路局部、單片機掌握局部、鍵盤與顯示局部、通信局部。1至n脈沖整形電路，然后經(jīng)過多級分頻，將頻率降低，并且通過單片機掌握1，TTL電平信號，通過分頻電路得到頻率很穩(wěn)的預(yù)置閘門時間，通過同步電路后，使閘門信號和被測信號同步，12工作，分別統(tǒng)計兩個計數(shù)器的值，通過單片機進(jìn)展運算并通過機對單片機進(jìn)展配置，擴展儀器的功能。6、傳統(tǒng)的通用電子計數(shù)器的缺乏測量時會存在以下幾種誤差：1、最大計量誤差兩次測量所記錄的脈沖數(shù)NNN的最大值都為±1。N大,使ΔN／N被測信號頻率很低時，由±1誤差而引起的測量誤差將大到不能允許的程度，例如，被測信號fx＝1Hz，閘門時間為1s時，由±1誤差而100%。在測量周期時，當(dāng)被測周期很小時，也會在被測周期過大時，則承受測周期，再換算相應(yīng)的頻率，但這種方法仍不能做到很高。、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差器內(nèi)部〔或外部接入〕的晶體振蕩器的準(zhǔn)確度。但時，由標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差引起的測量誤差，都不大于由±1誤差所引起的測量誤差。、觸發(fā)誤差測信號的周期Tx。假設(shè)信號受到干擾，信號將使整形電路消滅超前或滯后觸發(fā)，使整形后信號的周期與實際被測信號的周期發(fā)生偏離ΔTn，引起所謂的觸發(fā)誤差。7、智能通用電子計數(shù)器的優(yōu)勢本方案的簡易測量原理圖如下：波形圖如下：、提高了測量精度和牢靠性定的相位關(guān)系，計數(shù)器Ⅱ所記錄的NB的值仍存在±1誤差的影響，f很高，±1誤差的影響很小，且在全頻段的測0量精度是均衡的,測量精度已與被測信號的頻率無關(guān)。并且由于測量中用了同步電路，就使由于整形電路引起的信號超前或滯后觸發(fā)消退NB的大小實際是NA〔由于多周期可以相對增加被測信號的周期，也可以滿足在頻率很小時測量精度的問題〔由于測量時消退了+1的計量誤差，測量誤差只與時鐘信號f的穩(wěn)定度有關(guān)。0、測量功能的多樣化和頻率的測量、可預(yù)置加減計數(shù)、可逆計數(shù)功能、數(shù)據(jù)的存儲與通信其它儀器的計數(shù)、定時、開關(guān)功能。、測量過程的自動化數(shù)量時，當(dāng)測量數(shù)量過多時，這時就不需要人手工去換檔，軟件會自動換檔，測量出脈沖的個數(shù)。計數(shù)時也不需要人工的簡單操作，只要選擇完成的功能鍵，軟件就會掌握電子計數(shù)器完成相應(yīng)的功能。8、智能電子計數(shù)器存在的關(guān)鍵問題及解決方案關(guān)鍵問題：、計數(shù)脈沖會消滅+1的計數(shù)誤差。、測量信號周期過大和信號頻率過高的限制。12MHz11微秒1MHz4/8個TTL負(fù)載。解決方案：21數(shù)器的測量范圍不是很高，本方案完全可能滿足要求。備選方案們可以多周期測量法和同步電路協(xié)作高速計數(shù)器就可以脫離單片機的接口進(jìn)展讀取，回避了用外部觸發(fā)脈沖計數(shù)。9、功能模塊電路的設(shè)計、通道的設(shè)計1、2……n個輸入通道，都由阻抗變換器，寬帶放大器TTL電在前級給出了備用的可控模擬開關(guān)，這樣可以提高儀器的通用性。芯片選型是一個高近線性限幅放大器，快速的過載恢復(fù)，其恢復(fù)時間只有1ns。對輸入信號的靈敏度很高，輸入信號只要10mv 就能工作并對信號進(jìn)展放大。帶寬大，最大為1000MHz，在增益為6時，-3dB帶寬為260MHz，邊沿轉(zhuǎn)換時間快，可到達(dá)1400V/us，適合上升時間很快的數(shù)字信號。工作電壓為5V，能很好的工作在-40～125C。開環(huán)增益大，可到達(dá)典型的58dB；共模擬制比可到達(dá)典型的55dB，輸入阻抗很到，到達(dá)了幾個MΩ‖PF級別，并且電源擬制比具有典型的68dB，這些使OPA699對噪聲的擬制力量很強。并具其輸出阻抗低0.Ω，有很好的帶負(fù)載力量，大大減小了負(fù)載效應(yīng)所以該運放完全滿足了設(shè)計的需要能很好的將0.1V～5V 的信號得到很好的放大，供給應(yīng)高性能電壓比較器LM311進(jìn)展整形。LM311選型說明：LM311是一個高性能電壓比較器芯片，工作溫度范圍大，能很好的工作在0~70度范圍內(nèi)。電源供給大，可從最30V3.5V，可單電源供電也可雙電源供電，可滿足大局部的電源要求，正電源工作電流為5.1m〔典型值，負(fù)電源工作-4.1m〔典型值，電壓增益典型值為200V/m。它的響應(yīng)時165ns，從低電平115ns，因此它對速率很高的信號能夠很好的TTL和CMOS84腳分別置電源的兩端，23腳分別輸入采集的需要比較的兩個模擬電壓，當(dāng)同向電壓大71；反之，假設(shè)反向大于正向，輸也0。輸出規(guī)律值的大小伏值由電源電壓打算。假設(shè)單電源供電，則5V0V，也可以雙電源供電，其0VLM311本身其電器特性是23腳的輸入端都串接一個10K的電阻來提高輸入信號的輸入阻抗，以使電壓信號能加到放大器里面。LM311要求電壓供電穩(wěn)定，這樣才能得到穩(wěn)定的凹凸電平，所0.1uf的陶瓷電容去耦，以到達(dá)準(zhǔn)確的目的。、通道設(shè)計的電路原理圖、分頻電路的設(shè)計為了擴大測量信號的頻率，在信號放大整形后，加上了多級分頻器，這樣可以降低信號的頻率，以便于單片機的計數(shù)器能夠正確。單16位的，其工作的時鐘頻率為12MHz，其一個機器長，使測量的響應(yīng)時間增大，所以考慮以上幾點，我們可以計數(shù)的最65535。為了滿足頻率精定的要求，就必需提高頻率的區(qū)分0~50KHz1S，則頻10分頻，測量頻50KHz~500KHz1S，當(dāng)高于這個測量頻率范圍時，單片機就通過軟件掌握，進(jìn)入換檔子掌握程序；第三檔對測量信高于這個測量頻率范圍時，測量結(jié)果不顯示。、芯片選型分頻電路我們用TISN74LS9010片是TTLLM311整形后輸出的電平直接相TTLSN74LS90的級聯(lián)可完成多級分頻功能。工作原理如下：輸入規(guī)律電平連接到CKA，輸出QA連接到輸入端CKB，從D10分頻。TISN74LS153來實現(xiàn)多路分頻信號的SN74LS153是一款高速雙4且能很好的與TTL4.75～5.25V定。/EaA輸入通道的使能信號，低電平有效，/EbB輸入通道的使能信號；SS是片選信號，當(dāng)SS=00時，輸入信號I輸出，當(dāng)0 1 0 1 0SS=10ISS=01I被選擇輸0 1 1 0 1 2出，當(dāng)SS=11時，輸入信號I被選擇輸出；Za、Zb，是輸出信號，0 1 3當(dāng)A通道被使能時，Za輸出，當(dāng)了通道被使能時，Zb輸出，當(dāng)兩都都被使能時，Za、Zb41復(fù)用功能。由于本31的功能，所以我們只需要使能/Ea就行了，輸入AS0 1片機向SN74LS153寫掌握信號來掌握哪路信號輸出。、分頻電路原理圖、時鐘電路及閘門電路、兩種實現(xiàn)方案方案一：時鐘電路用有源晶振來供給，選擇32.768KHz的TTL型有源晶振，則輸出波形為典型的方波信號。方案二：CD4060來實現(xiàn)，通過外接晶振，輸出同有源晶振一樣，直接可得到一個標(biāo)準(zhǔn)的方波信號。一路直接連到單片機的外部計數(shù)脈沖T1來觸發(fā)單片機的外部中斷/INTO口，單片機進(jìn)入中斷程序，并掌握單測量功能，并顯示數(shù)值。芯片選擇入門控電路。預(yù)置門電路，由CD4060進(jìn)展14分頻，然后在通過CD401341SCD4060是一個可輸入時鐘并進(jìn)展分頻的振蕩/CMOSTTL電路兼容。CD4013是雙觸發(fā)DD4分頻功能。、電路原理圖設(shè)計、同步電路設(shè)計由主門Ⅰ、Ⅱ及同步掌握電路組成。主門Ⅰ掌握被測信號fx的通f0制。這樣被測信號就可以與門控信號同步，與閘門開啟時間同步，這樣可以避開+1計量誤差。1、芯片選擇同步電路通過CD4013SN74LS08來實現(xiàn)，74LS08是一款兩4來實現(xiàn)同步的功能。〔2、電路原理圖設(shè)計、掌握電路與計數(shù)電路計數(shù)電路是通過單片機的外部脈沖觸發(fā)T0和T1來實現(xiàn)計數(shù)的，程序，掌握計數(shù)器的工作模式并承受外部脈沖觸發(fā)。C/T=1,計T0T1上的外部脈沖，并且是外部脈下降沿有效，當(dāng)其次個閘門信號來時，向單片機產(chǎn)生中斷，單片送給六段數(shù)碼管顯示〔運算公式——測頻時：fx=

NAfN B

，測周期時：Tx=NB ；當(dāng)C/T=0時，通過單片機內(nèi)部時鐘進(jìn)展計數(shù)。N fA0機內(nèi)部計數(shù)器完成計數(shù)功能，計數(shù)滿時，溢出產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中斷程序，掌握單片機對多路選擇器進(jìn)展寫值，掌握分頻系數(shù)，使測量值過大時進(jìn)展自動換檔。號進(jìn)展選擇性接收。單片機內(nèi)部的時鐘來完成計數(shù)和定時功能，這不需要外圍電路來實現(xiàn)，直接用軟件就可以實現(xiàn)該功能。1、芯片選擇ATMEL公司的AT89C52，該芯片工作頻12MHz，可滿足本設(shè)計的要求，并且其微處理力量較C51系列強大得多。電路原理圖如下：、鍵盤與顯示局部LED顯示承受了動態(tài)顯示軟件譯碼工作方式，譯碼并輸出給數(shù)碼管顯示。4式，其行列輸出由P1口供給，列輸入由P1.4~P1.7口供給，行由P1.0~P1.3高級鍵：電源開關(guān)鍵，這個不受單片機掌握級別最高；復(fù)位鍵，對整個掌握系系進(jìn)展復(fù)位，初始化；測試鍵盤，掌握測試的開關(guān)；可預(yù)置加減計數(shù)按鍵，掌握加減計數(shù)；可逆計數(shù)按鍵，掌握可逆計數(shù)。低級鍵盤：數(shù)字鍵盤，可用于數(shù)字的預(yù)定。鍵盤的掌握電路圖如下：、報警局部報警電路如以下圖所示：、通信局部配置，擴展和配置測試儀的功能。通信電路如以下圖所示：、電源模塊通過對上面的功耗進(jìn)展計算，得出各芯片的靜態(tài)電流之和為350mA1.5W耗，相對于靜態(tài)功耗來說要小得多，所以選用TI公司的