频率计数器的设计相关资料

方案设计和方案论证2.1功能要求设计出频率计数器的电路，要求有1ms的基准信号和能够计数到9.999MHZ。各部分设计如下：1.取样时钟脉冲发生部分的设计；2.计数器部分的设计；3.LED显示部分的设计；4.基准信号发生部分的设计。要求频率最大能测定到9.999MHZ，并且能改变测定周期及最高计数频率。画出个部分框图和总电路。2.2方案确定2.2.1方案一利用示波器读取波形的周期，然后求出它的倒数。这种方法是利用目测读取周期，所以误差非常大。图2-1利用示波器求频率的方法例如，如果t=20ms，1÷(20×103)=0.05×103Hz=50Hz如果t=17μs，1÷(17×106)=0.059×103kHz=59kHz如果t=1μs，1÷(1×106)=1×106Hz=1MHz2.2.2方案二系统采用MCS-51系列单片机89C51作为控制核心，门控信号由89C51内部的计数/定时器产生，单位为1us。由于使用了单片机，整个系统具有极为灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能扩展与改进。原理框图如图2-2所示：图2-2采用89C51作为控制核心的频率计数器原理框图数字控制部分仅由一块单片机芯片AT89C51完成所有的频率测试和记录转换功能。显示电路由五个数码管和5个8位移位寄存器74LS164组成。由于五个数码管至少需要40根I/O线，为节约资源，采用串行输入并行输出的74LS164进行驱动输出。单片机的两个并行口分别作为信号输出口和时钟控制信号。数字显示部分采用BS211(共阳极)的管脚图与BS201相同,其每段驱动电流为10mA.频率计开始工作或者完成一次测量，系统软件都进行测量初始化，首先定时/计数器寄存器清零，运行位控制位TR置1，启动待测信号频率，计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值（即测量频率的最高位）开始测量，计数闸门结束时TR清0停止计数，计数寄存器中数值经过数制转换程序从十六位数制转换为十进制数，判断该数的最高位，若该位不为0，满足测量数据有效位要求，测量值和量程一起送到显示模块若该位为零，将计数闸门的宽度扩大10倍，重新对被测信号计数，直到满足测量数据有效位数要求。2.2.3方案三被测信号经过74HCU04，利用74HCU04作为放大器，比较器同样原封不动的使用74HCU04反相器，得到9.999MHz的信号，然后经过1/10分频器即74HC160，得到999.9kHz的信号，使用TC5051P作为计数器，但计数器TC5051P的输出是BCD式，所以不能够直接驱动7段LED，必须在显示器电路前加一个译码器，LED显示器需要用驱动信号驱动，在这里使用的芯片是将7段译码器和驱动集成在一个管壳内的TC5022BP。计数器在计数过程中由控制电路控制开始计数，芯片TC5051P有4个十进制计数器，计数器为了能够计数到（9999），就需要10000个脉冲。超过了计数器计数的范围，将会有溢出显示。此方案中频率计数器的系统框图如图2-3所示。主控89C51串口显示74LS164图2-3频率计数器的框图2.2.4方案论证方案一误差较大，方案二使用了功能较强的单片89C51，使得对信号频率的测量精度大大提高，该单片是可编程芯片，使整个系统显得较为灵活，虽电路简单，但必须用程序进行控制较为麻烦，方案三完全是利用数字电路完成频率测量功能，因此我选择方案三作为具体实施方案。电路原理图输入0.1u10M1M74HC04CPCT2CT1Q0Q1Q2Q3D0D1D2D3CO1/10分频74HC160+5V～9.999MHzCPCLBCTRFSINCOABCDT1T2T3T4ABCDB1RB1196432851964328519643285196432859101112131415LDCR0.1u74HC04SDDCPQQRSDDCPQQRSDDCPQRSDDCPQR1MQQTC5051PCPCLBCTRFCOABCDT1T2T3T4TC5051PSINSDDCPQRQSDDCPQRQ121314154321121314153214+5V+5V+5V+5V+5V727024074HC7474HC7474HC744MHz15p15p74HCU04+5V+5V频率计数器的工作原理。频率测量的基本原理简介:被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I，其频率与被测信号的频率fx相同。时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间t1=1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束时闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=NHZ。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数[5]。频率计数器的基本工作就是能够对1秒钟内有多少个被测定信号的时钟脉冲进行计数，也就是说，把测定频率的基本规则原封不动地用于电路，即将1秒钟内进入一个脉冲信号的频率设定为1Hz，所以，1MHz的信号就是在1秒钟之内计数到1000000个脉冲。经常使用的信号频率大多在数千赫兹至数兆赫的范围。假设最大可以测定到10MHz，那就要求计数器必须具有计数到10000000个脉冲的能力。另外，尽管频率的定义表明测定的频率是指1秒钟时间内数得的脉冲数，但是并不意味着实际构成的频率计数器一定要计数1秒钟。例如，如果不是对1秒钟内的脉冲计数，而只对1/10的时间即对0.1秒内的脉冲计数也是可以的。测定同样的频率1/10的时间，那么计数器显示的也是1/10的数据。这就是说，使用少一位的计数器也可以得到同样的结果（移动小数点的位置）。如果只在1/10秒的时间内进行计数，那么计数器的最小位就表示10Hz。在测定数十千赫至数兆赫频率的场合很少有要求频率精确到1Hz的，所以这里设计最小位值设为1kHz的电路。在这种情况下就可以利用4位计数器对频率测定到9999kHz，也就是9.999MHz。因此，只需要有1ms的基准信号和能够计数到9.999MHz的计数器就可以了。但是图2-3框图中的情况与上面所说的稍微有些不同。这是为了减少部件数目而使用了TC5051P，它的最大计数频率约为1.5MHz。如果TC5051P能够工作到10MHz的话，还有可能进一步减少部件数目，不过没有办法。