【文章內(nèi)容簡介】 預(yù)處理電路 放大電路 采用兩個 NPN三極管（ 9018）級聯(lián)方式實現(xiàn)對待測信號的放大 ,降低對待測信號的幅度要求 。 如圖 42所示。 圖 41 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框圖 Frame diagram of system hardware realization 前一個三極管采用共集電極方式，主要是為了獲得比較寬的頻帶，并不具有實質(zhì)性的放大作用。后一個三極管采用共發(fā)射極方式，主要作用是放大非常弱的輸入脈沖信號，一般通過 它的放大后，其電壓可以達(dá)到 3伏以上。為了消除不必要的噪聲信號干擾，在兩級放大電路中都可以加入濾波電容，保證待測信號的穩(wěn)定。 待測信號 放大電路 波形變換、整形 閘門控制 分頻電路 單片機 顯示電路 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 104C a pC1104C a pC2104C a pC3104C a pC447KR e s 2R11KR e s 2R247KR e s 2R3R e s 2R4N P N90 18 1N P N90 18 2+5100uHI nd uc t orL1GNDGND 圖 42 放大電路 Magnify circuit 波形變換和整形電路 采用數(shù)字芯片（ 74HC00）實現(xiàn)把正弦波 、 三角波 、 方波等各種波形的正負(fù)交替的信號波形變換成可被單片機接受的 TTL/ CMOS 兼容信號 。 74HC00是兩輸入四與非門芯片 ， 利用它在轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用 ， 可以將邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。在數(shù)字系統(tǒng)中， 矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往會發(fā)生波形畸變 ， 例如：當(dāng)傳輸線上電容較大時，波形的上升沿和下降沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長，而且接收端的阻抗與傳輸線上的阻抗不匹配時 ， 在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象 ； 當(dāng)其他脈沖信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號上時 ，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲 。 諸如這些情況 ， 如果不加以解決，都將嚴(yán)重影響到矩形脈沖的實際效果 [9]。使用 74HC00芯片可以很好地解決這些困難 ， 得到比較理想的矩形脈沖波形。 其引腳如圖 43所示 。 在實際應(yīng)用中，僅僅用到一個與非門，它的一腳接高電平 ， 二腳接通過放 大作用放大的輸入信號 ， 三腳輸出高低電平的數(shù)字信號 。 除了可用 74HC00芯片外， 74HC14（六反相 施密特 觸發(fā) 器 ） 也能實現(xiàn)波形的變換和整形。 123M C 7 4 H C 0 0 A N7 4 H C 0 0 A+5 圖 43 波形變換和整形電路 The circuit of Profile switching and Reshaping 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 閘門時基電路 采用數(shù)字芯片（ 74LS08）實現(xiàn)對數(shù)字信號的控制。 74LSO8是兩輸入端四與門，引腳如圖 44所示。同樣，在實際應(yīng)用中 ， 僅僅用到一個與門，它的 1腳接 74HC00的輸出信號， 2腳接到單片機的 ，通過單片機控制 2腳是高電平還是低電平。當(dāng) 2腳是高電平時，從 74HC00的 3腳出來的信號就通過 74LS08的 1腳傳送到 3腳，然后進(jìn)入下一個控制電路；當(dāng) 2腳是低電平時，無論 74HC00輸出的是高 電平， 還是低電平，在 74LS08的 3腳都沒有信號輸出。所以 74LS08就等同于一個開關(guān)電路，只有在高電平有效時，才能進(jìn)行信號的傳輸，起到了控制的作用。 123S N 7 4 L S 0 8 N7 4 L S 0 8 A123M C 7 4 H C 0 0 A N7 4 H C 0 0 AP 3 . 1 圖 44 閘門時基電路 Strobe time base circuit 分頻電路 采用數(shù)字芯片（ 74LS393）用于擴展單片 機的頻率測量范圍并為實現(xiàn)單片機頻率測量和周期測量使用統(tǒng)一的輸入信號。 如圖 45所示。 74LS393是雙 4位二進(jìn)制計數(shù)器，在這里接成級聯(lián)方式，組成一個 8位二進(jìn)制計數(shù)器，同時也是分頻比為 256的分頻器 ，然后將它們接入單片機的 P1口 。采用 74LS393的理由是： 52內(nèi)有 2個 l6位的二進(jìn)制加法計數(shù)器，一個用作定時器，另一個用作脈沖計數(shù)。 l6位二進(jìn)制的最大計數(shù)值為 216 1=65535，不能滿足精確測量的需要，雖然可以通過軟件計數(shù)的方法來提高分辨率，但是 AT89C52內(nèi)置計 數(shù)器的計數(shù)速率受 500KHZ（ 24M時鐘）的限制，所以意義并不大。 74LS393的最大計數(shù)速率可達(dá) 50MHz，與 AT89C52內(nèi)的 T0組成 24位的計數(shù)器，其最大計數(shù)值為 242 1=16777215，分辨率將大大提高 [10]。 另外，采用 74LS393的好處還在于它的清零端口可以與單片機的一個引腳相連，通過對單片機軟件編程實現(xiàn)分頻器 74LS393的自動清零和重新計數(shù)，就不再需要硬件電路來實現(xiàn)， 簡化了電路的設(shè)計。 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 C L R2C L K1QA3QB4QC5QD6S N 74 L S 39 3N74 L S 39 3A820R5820R6820R7820R8820R9820R 10820R 11820R 12C L R12C L K13QA11QB10QC9QD8S N 74 L S 39 3N74 L S 39 3BP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7I N T 1T0P 3 . 0 圖 45 分頻電路 Frequency dividing circuit 單片機 AT89C52 頻率測量電路選用 AT89C52 作為頻率計的信號處理核心。 89C52 包含 2 個 16 位定時 /計數(shù)器、 1個具有同步移位寄存器方式的串行輸入 /輸出口和 8K 8位片內(nèi) FLASH 程序存儲器。 16位定時 /計數(shù)器用于實現(xiàn)待測信號的頻率測量或者待測信號的周期測量。同步移位寄存器方式的串行輸入 /輸出口用于把測量結(jié)果送到顯示電路。 8K 8位片內(nèi) FLASH 程序存儲器用于放置系統(tǒng)軟件。 32個 I/O口線使單片機外圍能最大可能的擴展。另外引腳在程序控制 下有第二功能，可供設(shè)計者靈活選擇。如當(dāng)需要系統(tǒng)擴展時，則數(shù)據(jù)線和地址線低 8位分時復(fù)用通道 P0口，地址高 8位和其他信號可合用通道P2口，功能變換和選擇由相應(yīng)的指令完成。單片機 I/O引腳一線多功能的特點方便了用戶的設(shè)計，在組成系統(tǒng)時可自行選擇 [11]。 在實際的設(shè)計中，將 AT89C52的 P1口設(shè)置為接收數(shù)據(jù)端口，通過分頻器 74LS393分頻后依次接到 P1口的 8個引腳。將 P3口設(shè)置為第二功能。 ；； ； 用于定時 。將 P0口和 P2口設(shè)置為發(fā)送數(shù)據(jù)端口。 P0口的各引腳接到 74LS245的輸入端，用于段驅(qū)動； P2口的各引腳接到 74LS06的輸入端，用于位驅(qū)動。 單片機復(fù)位端（ RST）西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 可采用內(nèi)部軟件復(fù)位，也可采用外部手動復(fù)位，實際操作也很方便。這里采用外部手動復(fù)位，如圖 46所示。 10uFC a pC7300R e s 2R 218KR e s 2R 22K E Yk1+5GNDR S T 圖 46 單片機復(fù)位電路 The monolithic integrated circuit repositions the electric circuit 測量數(shù)據(jù)顯示電路 如圖 47所示。 一般而 言，數(shù)據(jù)顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通和截止。它的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，顯示亮度大 ； 缺點是使用 的 數(shù)碼管數(shù)量少。正是因為它的這個缺點和本設(shè)計的要求，數(shù)字頻率計的顯示電路選擇了采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)顯示，就是 LED顯示器一位一位地輪流電亮（掃描）。對于每一位 LED顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。 LED 顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與 LED顯示器點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。通過調(diào)整 LED顯示器的導(dǎo)通電流和時間比例參數(shù)，可以實現(xiàn)較高亮度且穩(wěn) 定的顯示 [11]。具體工作過程是： LED顯示器采用 共陰極 動態(tài)顯示 形式， 8位 LED用兩塊四位集成的數(shù)碼管連接組成。 頻率計數(shù)結(jié)果以 BCD碼的形式存放在 89C52的存儲單元中，通過 P0口接到 74LS245上，控制 8位 LED的段選碼；通過 P2口接到 74LS06上，控制 8位 LED的位選碼。 74LS245是 8位總線驅(qū)動器，由芯片上的 T/R 引腳（ 1腳）控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。當(dāng) T/R =1時，數(shù)據(jù)從 A端傳送到 B端；當(dāng) T/R =0時，數(shù)據(jù)從 B端傳送 到 A端。根據(jù)本設(shè)計的原理圖知，數(shù)據(jù)是從 A端傳送到 B端，因此設(shè) T/R =1，即是高電平有效。另外，由于 51單片機的 P0口沒有上拉電阻，在將 P0口設(shè)置為輸出端時，必須考慮在段驅(qū)動的每一段位上接入上拉電阻，使 LED顯示管能夠工作。 我們知道，單片機的 P1口掃描輸出時總有一位為高電平，如果沒有反相驅(qū)動器將這一位的高電平變成低電平，那在 LED上顯示出來的將是亂碼。 74LS06是六與非門反相驅(qū)動器，正好符合我們的設(shè)計要求。由于是 8位 LED顯示管，所以采用兩個 74LS06來控制。 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 18 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R S T / V P D9P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17X T A L 218X T A L 119GND20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P S E N29A L E / P R O G30E A / V pp31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39V C C40A T 89C 52A T 89C 52OE19T / R1A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711A02B018V C C20GND10S N 74L S 245NS N 74L S 245N1 2S N 74L S 06NU 1A3 4S N 74L S 06NU 1B5 6S N 74L S 06NU 1C9 8S N 74L S 06NU 1D1 2S N 74L S 06NU 2A3 4S N 74L S 06NU 2B5 6S N 74L S 06NU 2C9 8S N 74L S 06NU 2DY0Y1Y2 Y4Y5Y6Y7+5+5b0b1b2b3b4b5b6b7Y3 A111H12F102H93H8B74H6E1D2DP3C4G5L E D *4l e d2A111H12F102H93H8B74H6E1D2DP3C4G5L E D *4l e d1+5100R e s 2R 13100R e s 2R 14100R e s 2R 15100R e s 2R 16100R e s 2R 17100R e s 2R 18100R e s 2R 19100R e s 2R 20b0b1b2b3b4b5b6b7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7圖 47 測量數(shù)據(jù)顯示電路 Survey data display circuit 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 硬件電路工作過程 首先 討論一下定時器 /計數(shù)器的工作原理 。如圖 48所示 。 圖 48 定時器 /計數(shù)器 T0、 T1的邏輯結(jié)構(gòu) Timer/Counter T0、 T1 logical anization 當(dāng)控制信號 0/ ?TC 時 ， 定時器工作在定時方式 。 加 1計數(shù)器對脈沖 f進(jìn)行計數(shù) ，每來一個脈沖計數(shù)器加 1， 直到計數(shù)器計滿溢出 。 由 上 圖可以看出 ， 脈沖 f 是振蕩器時鐘頻率 0f 的 12分頻 ， 即脈沖頻率 f 為時鐘頻率 0f 的 1/12。 顯然 ， 一個計數(shù)脈沖的周期為一個機器周期 。 計數(shù)器