【摘 要】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。文章主要阐述了选择单片机作为核心器件,采用模块化布局,设计了一个简易数字频率计的过程。
【关键词】周期;频率;多周期同步测量法;单片机
【中图分类号】 TN 【文献标识码】 A 【文章编号】 1008-1151(2006)02-0059-02
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
1.输入通道的设计。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。
2.预置闸门时间发生电路设计。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。
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