【正文】 機(jī)的一個(gè) I/O 口相連，讓單片機(jī)來(lái)控制。 實(shí)現(xiàn)頻率 /電壓的轉(zhuǎn)換，有專(zhuān)門(mén)的芯片，在這里選用 LM2907頻率電壓轉(zhuǎn)換器。+ 5 v+ 5 V 5 V+ 5 v 5 v 圖 314 前級(jí)信號(hào)放大電路 在這里放大器為什么選擇前面介紹的前一種而不用電路簡(jiǎn)單的第二種，將信號(hào)整體抬高一定電壓有利于后級(jí)的整形電路能輸出對(duì)稱(chēng)的方波。其主要任務(wù)為：預(yù)置閘門(mén) ,控制分頻閘門(mén) ，對(duì)被測(cè)信號(hào)和單 片機(jī)內(nèi)部頻標(biāo)計(jì)數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，高精度運(yùn)算，顯示測(cè)量結(jié)果，控制報(bào)警。另外報(bào)警電路設(shè)計(jì)部分，因是用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，受反應(yīng)時(shí)間的限制 .理論計(jì)算和實(shí)際值的誤差，可能會(huì)有較大的誤差。同時(shí)可以在測(cè)頻上進(jìn)行擴(kuò)展，使其成多功能數(shù)字頻率計(jì)，例如能測(cè)量信號(hào)的周期 .脈寬 .占空比等。 圖 319 相位極性判別 但這樣只是讓單 片機(jī)識(shí)別了相位的超前和滯后，人們還是不知道是超前還是滯后，必須將檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)一步處理才行，怎樣才能讓人知道呢？最簡(jiǎn)單的就是用一發(fā)光二極管，用發(fā)光二極管的亮滅來(lái)代表相位的超前和滯后。電壓跟隨器選用價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的低頻率四運(yùn)放大器 LM324，這個(gè)芯片在前面有介紹。 單片機(jī)的接口顯示電路如圖所示： T X DR X D7 4 L S 1 6 4 7 4 L S 1 6 4L E D L E D?7 4 L S 1 6 4L E D+ v c c8 9 c 5 1 圖 310 顯示電路 3． 1． 5 擴(kuò)展報(bào)警電路 作為測(cè)量?jī)x器，一般都有它的測(cè)量范圍。 89C51 有四個(gè)八位的并行 I/O口，用它們來(lái)控制外圍電路，片內(nèi)有兩個(gè) 16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ，兩個(gè)外部中斷源 ，用來(lái)對(duì)測(cè)量被測(cè)信號(hào)和單片機(jī)內(nèi)部頻標(biāo)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)的數(shù)然后送微處理器處理，因被測(cè)信號(hào)的頻率高達(dá) 10KHZ，要用數(shù)碼管顯示出數(shù)據(jù)至少要用八個(gè)數(shù)碼管，單片機(jī)的八個(gè)并行口顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不夠用，需要擴(kuò)展，單片機(jī)有一個(gè)串行口，可用來(lái)進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行 I/O 口，既不占用 片外的 RAM地址，又節(jié)省硬件開(kāi)銷(xiāo)，是一種經(jīng)濟(jì) .實(shí)用的方法。分頻的實(shí)現(xiàn)可以用一片計(jì)數(shù)器芯片 8254，成本低，電路簡(jiǎn)單，先介紹一下 8254 芯片， 8254 是可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，工作的最高頻率為 10MHZ，每個(gè)芯片內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器都有自己的時(shí)鐘輸入 OUT 和門(mén)控制信號(hào) GATE，門(mén)控信號(hào)為輸入信號(hào)，用來(lái)禁止 .允許或開(kāi)始計(jì)數(shù)過(guò)程的。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱(chēng)為同相輸入端，用“ +”表示，另一個(gè)稱(chēng)為反相輸入端，用“ ”表示。每一組運(yùn)算放大器可用圖 1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有 5個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。 1誤差，大大影響了測(cè)量精度。 2． 1． 2 脈沖數(shù)分頻測(cè)頻法 此法克服了傳統(tǒng)的測(cè)周期法在測(cè)高頻精度不高的缺陷。被測(cè)信號(hào)經(jīng)脈沖形成電路變成方波，加到門(mén)控電路形成門(mén)控信號(hào) Tx 控制閘門(mén)開(kāi)閉，在開(kāi)閘期間，周期為 To 的時(shí)基信號(hào)通過(guò)閘門(mén)送計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。相位的測(cè)量應(yīng)更趨于數(shù)字化 .智能化 .精確 化。 Counter 東華理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 緒論 目 錄 緒 論 .................................................................. 1 第一章系統(tǒng)工作原理 ........................................................ 3 1． 1 頻率測(cè)量原理 ..............................................................3 1． 2 相位測(cè)量原理 ..............................................................4 第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路及方案分析 ............................................. 5 2． 1 測(cè)頻 ......................................................................5 2． 1． 1 脈沖數(shù)倍頻測(cè)頻法 ......................................................5 2． 1． 2 脈沖數(shù)分頻測(cè)頻法 ......................................................5 2． 1． 3 測(cè)頻 測(cè)周結(jié)合法 .......................................................5 2． 1． 4 多周期等精度測(cè)量方法 ..................................................6 2． 2 測(cè)相 ......................................................................8 2． 2． 1 脈沖填充計(jì)數(shù)測(cè)相法 ....................................................8 2． 2． 2 多周期等精度測(cè)相法 ....................................................8 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路 .................................................... 11 3． 1 測(cè)頻電路 設(shè)計(jì) .............................................................11 3． 1． 1 信號(hào)放大整形電路 .....................................................11 3． 1． 2 外部分頻電路 ........................................................13 3． 1． 3 同步門(mén)邏輯控 制電路 ...................................................14 3． 1． 4 與單片機(jī)接口顯示電路 .................................................15 3． 1． 5 擴(kuò)展報(bào)警電路 ........................................................16 3． 2 測(cè)相電路設(shè)計(jì) .............................................................18 3． 2． 1 前級(jí)放大整形電路 .....................................................18 3． 2． 2 相位差測(cè)量電路 .......................................................20 3． 2． 3 相位極性判別電路 .....................................................21 第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 22 4． 1 主要任務(wù) ...............................................................22 4． 2 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì) ...........................................................22 4． 3 總體流程圖 .............................................................23 結(jié)論與分析 .............................................................. 24 致謝 ................................................................... 25 參考文獻(xiàn) ................................................................ 26 附錄 ................................................................... 27 東華理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 緒論 緒 論 隨著無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展與普及，“頻率”已成為廣大群眾所熟悉的物理量調(diào)節(jié)收音機(jī)上的頻率刻度盤(pán)可使你選聽(tīng)到你喜歡的電臺(tái)節(jié)目；調(diào)節(jié)電視機(jī)上的微調(diào)旋鈕可使得電視機(jī)對(duì)準(zhǔn)電視臺(tái)的廣播頻率，獲得圖象清晰的收看效果，這些已成為人們的生活常識(shí)。 針對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)頻法和測(cè)周法測(cè)量精度不高的缺陷，即測(cè)頻法不宜測(cè)低頻和測(cè)周法不宜測(cè)高頻 .本論文介紹了一種基于數(shù)字頻率計(jì)原理， 以 AT89C51 單片機(jī)為控制器件的新型頻率測(cè)量方法：等精度測(cè)量方法。 現(xiàn)在頻率的測(cè)量?jī)x器突破傳統(tǒng)的測(cè)量方法，以單片機(jī)為核心來(lái)設(shè)計(jì)的，利用外圍電路，軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量量程的自動(dòng)切換，具有較高的測(cè)量精度和較短的系統(tǒng)反應(yīng)。 ｂ 相位測(cè)量誤差小于 5 度 c 顯示相位測(cè)量結(jié)果，標(biāo)記出超前 .滯后。 1． 2 相位測(cè)量原理 信號(hào)波形的表達(dá)式為 U=Ｕ msin(ω t＋ψ 0) 式中Ｕ m是電壓振幅；ω為角頻率；ψ0為初相位。 2． 1． 4 多周期等精度測(cè)量方法 為避免以上缺陷，實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量，可以采用多周期同步測(cè)量方法。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路 3． 1 測(cè)頻電路 設(shè)計(jì) 1 信號(hào)放大整形電路 一般被測(cè)信號(hào)都是小功率的正弦波，在被測(cè)之前要轉(zhuǎn)換成等頻率的方波，所以在被測(cè)之前對(duì)信號(hào)要進(jìn)行放大整形處理，放大器的品種很多，我們?cè)谥x擇用價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四低頻率運(yùn)算放大器 LM324，與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。在這里設(shè)置放大倍數(shù)為 11，選擇 Rf為 10K， R4 為 100K，因?yàn)榭紤]到 LM324 的工作電壓范圍大從 3伏到 32伏。 LM339 的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱(chēng)為上拉電阻，選 315K）。③門(mén)控信號(hào) GATE 為高電平時(shí)允許計(jì)數(shù)。有了移位寄存器就可任意擴(kuò)展并行口了，在這里用八片 74LS164 擴(kuò)展八個(gè) 8位的并行輸出口。LM2907為集成式頻率／電壓轉(zhuǎn)換器，芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運(yùn)算放大東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路 器，能將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，外型管腳如下圖所示： 1 2 3 4 5 6 7891 01 11 21 31 4++充 電 泵N C N CN C N CV + 圖 311 LM2907引腳 各引腳功能如下： １腳（ F）和 11腳（ IN）為運(yùn)算放大器／比較器的輸入端； ２腳接充電泵的定時(shí)電容（ C1） ３腳接充電泵的輸出電阻和積分電容（ R1/C2） ４腳（ IN+）和 10腳（ UF1）為運(yùn)算放大器的輸入端； ５腳為輸出晶體管的發(fā)射極（ U0） ８腳為輸出晶體管的集電極，一般接電源（ UC） ９腳為正電源端（ VCC）； 12腳為接地端（ GND）； ６，７， 13， 14腳未用 其工作原理為：當(dāng)充電泵把從輸入級(jí)輸入來(lái)的頻率轉(zhuǎn)換成為直流電壓時(shí)， 需外接定時(shí)電容 C輸出電阻 R1以及積分電容或?yàn)V波電容 C2，當(dāng)?shù)谝患?jí)輸出的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)（這種情況可能發(fā)生在輸入端上有合適的過(guò)零電壓或差分輸入電壓時(shí)），定時(shí)電容在電壓差 Vcc/2的兩電壓值之間被線性地充電或放電，在輸入頻率信號(hào)的半周期中，定時(shí)電容上的電荷變化量為 C1*Vcc/2，泵入電容中的平均電流或流出電容中的平均電流為： ΔＱ／Ｔ＝ Ic（ AVG）＝ fin* C1*Vcc 輸出電路把這一電流準(zhǔn)確地送到負(fù)載電阻（輸出電阻） R1中 ， R1電阻的另一端接地，這樣濾波后的電流被濾波電容積分后得到輸出電壓： Ｖｏ＝ Vcc*fin* C1*R1* K 其中Ｋ為增益常數(shù)，典型值為１。整形電路用的是遲滯比較器，用一滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)整跳變電壓 ,以便輸出對(duì)稱(chēng)的方波 ,如處理不當(dāng)可能輸出的就不是對(duì)稱(chēng) 的方波了。 ⑵ 測(cè)相 其主要任務(wù)為：預(yù)置閘門(mén) ，控制被測(cè)信號(hào)分頻閘門(mén) ,對(duì)相位差脈沖和晶振頻率計(jì)數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，