【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 率的原理 在測(cè)量過(guò)程中 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 的工作方式設(shè)置，由圖可知， T0 是工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下，對(duì)輸入的頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，但對(duì)工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下的 T0， 最 大計(jì)數(shù)值為 fOSC/24，由于 fOSC＝ 12MHz，因此： T0 的最大計(jì)數(shù)頻率為 1mHz。對(duì)于頻率的概念就是在一秒只數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，即開(kāi)始 入口 系統(tǒng)初始化 頻率計(jì)數(shù) 顯示 第 13 頁(yè) 為頻率值。所以 T1 工作在定時(shí)狀態(tài)下，每定時(shí) 1 秒中到，就停止 T0 的計(jì)數(shù)，而從 T0 的計(jì)數(shù)單元中讀取計(jì)數(shù)的數(shù)值，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。送到數(shù)碼管顯示出來(lái)。 T1 工作在定時(shí)狀態(tài)下，最大定時(shí)時(shí)間為 65ms，達(dá)不到 1 秒的定時(shí)，所以采用定時(shí) 50ms，共定時(shí) 20 次，即可完成 1 秒的定時(shí)功能 。 直接測(cè)頻法 頻率測(cè)量的基本原理如圖 所示。 圖 直接測(cè)頻法的原理框圖 圖中晶體振蕩提供了測(cè)量的時(shí)間基準(zhǔn) ， 經(jīng)放大整形后的測(cè)量信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù) ，再由顯示電路顯示數(shù)據(jù)結(jié)果。 第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 功能實(shí)現(xiàn) 本次采用單片機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能： （ 1） 用 6 位數(shù)碼管顯示 HZ、 KHZ、 MHZ 三個(gè)頻段的待測(cè)脈沖信號(hào)的頻率值。 （ 2）頻率測(cè)量范圍從 1HZ～ 1mHZ。 （ 3）能測(cè)量正弦波，三角波，鋸齒波等多種波形信號(hào)的頻率值。 計(jì)數(shù)器 顯示 控制過(guò)程 時(shí)間閘門(mén) 晶體振蕩 放大整形 第 14 頁(yè) 硬件部分設(shè)計(jì) 頻率計(jì)由單片機(jī) AT89C52 、信號(hào)預(yù)處理電路、測(cè)量數(shù)據(jù)顯示電路所組成 ， 其 中信號(hào)預(yù)處理電路包括待 測(cè)信號(hào)放大、波形變換、波形整形和分頻電路 。系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖 。 圖 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)框圖 信號(hào) 放大電路 采用兩個(gè) NPN三極管級(jí)聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大 ,降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求 。如圖 所示。 前一個(gè)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(shí)質(zhì)性的放大作用。后一個(gè)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(hào)，一般通過(guò)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(hào)干擾，在兩級(jí)放大電路中都可以加入濾波電容，保證待測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定。 圖 放大電路 待測(cè)電路 放大電路 波形變換、整形 單片機(jī) 顯示電路 第 15 頁(yè) 單片機(jī) AT89C52 在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，將 AT89C52的 P1口設(shè)置為接收數(shù)據(jù)端口，將 P3口設(shè)置為第二功能。 于直接測(cè)頻率時(shí)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)端； ???。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 RP1的輸入端，用于段驅(qū)動(dòng)； P2口用于位驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)復(fù)位端（ RST）可采用內(nèi)部軟件復(fù)位，也可采用外部手動(dòng)復(fù)位，實(shí)際操作也很方便。這里采用外部手動(dòng)復(fù)位，為圖 晶體振蕩 器電路如圖 ： 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 圖 晶體振蕩器電路 測(cè)量數(shù)據(jù)顯示電路 如圖 。一般而言，數(shù)據(jù)顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)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(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通和截止。它的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，顯示亮度大；缺點(diǎn)是使用的數(shù)碼管數(shù)量少。正是因?yàn)樗倪@ 個(gè)缺點(diǎn)和本設(shè)計(jì)的要求，數(shù)字頻率計(jì)的顯示電路選擇了采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是 LED顯示器一位一位地輪流電亮（掃描）。對(duì)于每一位 LED顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)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(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過(guò)調(diào)整 LED顯示器的導(dǎo)通電流和時(shí)間比例參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)較高亮度且穩(wěn)定的顯示。具體工作過(guò)程是： LED顯示器采用共陰極動(dòng)態(tài)顯示形式， 6位 LED用兩塊四位集成的數(shù)碼管連接組成。頻率計(jì)數(shù)結(jié)果以 BCD碼的形式存放在 89C52的存儲(chǔ)單元中， [8] 劉雪根 .數(shù)字頻率計(jì)的誤差分析 [J].自動(dòng)化與儀表， 1996， 11(3)： 2324. [9] 徐成，劉彥，李仁發(fā)等．一種全同步數(shù)字頻率測(cè)量方法的研究 [M]．電子技術(shù)應(yīng)用， 2021， 07. 第 16 頁(yè) 通過(guò) P0口接到 74LS245上，控制 6位 LED的段選碼；通過(guò) P2口接到 74AC08上，控制 6位 LED的位選碼。 RP1是 8位總線驅(qū)動(dòng)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(shí)，數(shù)據(jù)從 A端傳送到 B端；當(dāng) T/ R =0時(shí)，數(shù)據(jù)從 B端傳送到 A端。根據(jù)本設(shè)計(jì)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(jī)的 P0口沒(méi)有上拉電阻，在將 P0口設(shè)置為輸出端時(shí)，必須考慮在段驅(qū)動(dòng)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(jī)的 P1口掃描輸出時(shí)總有一位為高電平，如果沒(méi)有反相驅(qū)動(dòng)器將這一位的高電平變成低電平，那在 LED上顯示出來(lái)的將是亂碼。 74AC08是六與非門(mén)反相驅(qū)動(dòng)器，正好符合我們的設(shè)計(jì)要求。由于是 8位 LED顯示管，所以采用兩個(gè) 74AC08來(lái)控制。 圖 測(cè)量 數(shù)據(jù)顯示電路 第 17 頁(yè) 硬件電路工作過(guò)程 首先討論一下定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作原理。如圖 所示。 圖 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1的邏輯結(jié)構(gòu) 當(dāng)控制信號(hào) 0/ ?TC 時(shí)，定時(shí)器工作在定時(shí)方式。加 1計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖 f進(jìn)行計(jì)數(shù)，每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加 1，直到計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出。由上圖可以看出，脈沖 f 是振蕩器時(shí)鐘頻率 0f 的 12分頻，即脈沖頻率 f 為時(shí)鐘頻率 0f 的 1/12。顯然，一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的周期為一個(gè)機(jī)器周期。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的是機(jī)器周期脈沖的個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)?？芍〞r(shí)器的定時(shí)時(shí)間不僅與加 1計(jì)數(shù)器的初值（計(jì)數(shù)器中的起始值 ,即計(jì)數(shù)長(zhǎng)度）有關(guān)，而且還與系統(tǒng)振蕩器時(shí)鐘頻率 0f 有關(guān) ????。 當(dāng)控制信號(hào) 1/ ?TC 時(shí)，定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)方式。加 1計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自輸入引腳 T0和 T1的外部信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)。 [10] Dawei Fan， Centeno， V． PhasorBased Synchronized Frequency Measurement in Power Systems． Power Delivery,IEEE Transactions Oil， 2021. 1/12 振蕩器 THX TLX 加 1 計(jì)數(shù)器 16位 TFX 中斷 1? 1 GATE 0/ ?TC 1/ ?TC 1/0 INTINT TR0/TR1 T0/T1 1? 第 18 頁(yè) 直接測(cè)頻法的工作流程 圖 直接測(cè)頻法流程 如圖 所示。 前置放大器完成信號(hào)放大、電平平移的任務(wù)，被測(cè)的交流信號(hào)被放大、平移成脈沖直流信號(hào)，再經(jīng) 74HC00反相器整形成矩形脈沖。方波信號(hào)被送到與門(mén)的一個(gè)輸入端，與門(mén)的另一個(gè)輸入端 連接 1s門(mén)控信號(hào)，實(shí)際制作中連接 AT89C52的 11腳 （ ） 。 11腳電平的高低可通過(guò)指令加以控制。 AT89C52外接晶振 24MHz，該晶振的頻率穩(wěn)定性很重要，因?yàn)樗彩情T(mén)控信號(hào)的時(shí)間基準(zhǔn)。內(nèi)置計(jì)數(shù)器可通過(guò)軟件設(shè)置對(duì)振蕩頻率的 l2分頻進(jìn)行計(jì)數(shù) /定時(shí)，這里將 T0置為方式1計(jì)數(shù)狀態(tài)， 1/ ?TC ， GATE=0， 即 D3D2D1D0=0101（ 如圖 1表 表 3所示），待測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò) T0引腳輸入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 T1置為方式 1定時(shí)狀態(tài)， 0/ ?TC ， GATE=0。 即 D7D6D5D4=1001（如圖 1表 表 3所示），并將其初值置為 TH1=D8H， TL1=EF，這樣每 mssEFHD 51224/1)]8(5553565536[ ???? ?產(chǎn)生一次 定時(shí)器 T1溢出中斷，在 T1中斷的入口處（ 001BH） 對(duì)中斷次數(shù)進(jìn)行軟件計(jì)數(shù) ????。當(dāng)中斷次數(shù)為 mss 5/1 200? 次時(shí)，歷時(shí) 1s。 1s后關(guān)閉閘門(mén)，其計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò) P1口讀入，送至 30H至 33H（ 壓縮的 BCD碼 ） 單元，顯示子程序則將 BCD碼經(jīng)查表指 [11] 李廣明，楊雷．一種多周期測(cè)量頻率的方法及應(yīng)用 [J]．現(xiàn)代電子技術(shù)， 2021， 12： 155157. T0 顯示 74HC00 IN AT89C52 第 19 頁(yè)