文档介绍：一、概述
在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此,频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等优点,是频率测量的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式:一是直接测频法,即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数;二是间接测频法,如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量,间接测频法适用于低频信号的频率测量。本次设计的数字频率计以AT89C52为核心,在软件编程中采用的是C51语言,测量采用了多周期同步测量法,它避免了直接测量法对精度的不足,同时消除了直接与间接相结合方法,需对被测信号的频率与中介频率的关系进行判断带来的不便,能实现较高的等精度频率和周期的测量。
二、硬件电路设计方案
多周期同步测量法的基本思路是使被测信号与闸门之间实现同步化,从而从根本上消除了在闸门时间内对被测信号进行计数时的±1量化误差,使测量精度大大提高。倒数计数器就是基于该方法而设计出来的一种具有创新思想的测频、测周期的仪器。它采用多周期同步测量法,即测量输入多个(整数个)周期值,再进行倒数运算而求得频率。其优点是:可在整个测频范围内获得同样高的测试精度和分辨率。
(一)系统级方案设计
在选择多周期同步等精度测量法的情况下,按照自顶向下的设计方法,可以画出该频率计的系统级框图,如图1所示。根据测周期、频率的原理,可以将总体框图分为三个子系统:输入通道(即前置整形电路)该部分主要由模拟电路组成的;多周期同步等精度频率、周期的测量、控制及功能切换(中间部分),该部分基本上由数字硬件电路组成;单片机及外围电路,包括单片机、数码显示。
图 1 频率计的系统方框图
(二)子系统设计
。输入通道是由前置放大器和整形器组成的,所以要对前置放大器的增益和带宽指标进行估计。为了能准确测量信号,将输入信号经过一个放大整形电路。其具体实施方案为:将输入信号经过LM358运放放大,再通过74LS132整形,此时的信号还不能直接送入单片机,这是因为在硬件上CPU对INT0和INT1引脚的信号不能控制,解决这个问题要通过硬件,再配合软件来解决。
。闸门时间的确定,可以先由一个555定时器产生一个脉冲信号,将555产生的脉冲信号送入到74LS90十进制计数器当中,由于74LS90具有二-五进制混合计数的功能,所以可以用它来实现五进制计数,将74LS90的输出接到3—8线译码器74LS138的输入端,再将译码器的输出端接上五个发光二极管,这样就可以实现硬件上的闸门时间控制。但是考虑到硬件实现上的复杂性,可以通过软件上来实现,就是将五个发光二极管直接接到单片机的P1口由软件上来实现,通过按键来改变它的闸门时间。
。该部分电路是由单向八位移位寄存器74LS164和数码管组成的。考虑到精度的问题,取五位计数值,采用五片74LS164级联,同时还要显示频率和周期的单位,所以还需再级联一块74LS164,在74LS164的输出端接六个单位指示灯,分别表示周期频率的三个不同的单位数量级,即周期单位s,ms,μs和频率单位Hz,KHz及MHz。移位寄存器的时钟信号是由单片机的串行输出口TX