【文章內(nèi)容簡介】 入信號的頻率范圍為 10Hz～ 1MHz,本系統(tǒng)將它分成 10Hz～ 100Hz, 100Hz～ 10KHz，10KHz～ 1MHz 三檔。故需要兩個分頻通道，分頻系數(shù)分別為 100， 10000。這里采用 集成計數(shù)器電路 CD4518BE，自制分頻通道電路，一片 CD4518BE 即可實現(xiàn) 10*10 分頻，將兩片CD4518BE 級聯(lián)，便可得到 100分頻和 10000 分頻。電路如下圖 圖 24 信號整形電路 VrVCC2+3586U5TL714CP處理后信號輸出200R12VCC1KR1020KR11100pFC8圖 25 參考電壓電路 R3231AU3ALM358NVCC12NC3Q1VCCVr參考電壓 紹興文理學 院元培學院本科畢業(yè)論文 8 2． 2． 6 量程自動切換 電路 設(shè)計 根據(jù)設(shè)計思想將 量程共分為三檔，故只需三 路通道即可。數(shù)據(jù)選擇器 MC74HC151N內(nèi)置 8 路 通道， 將經(jīng)分頻和未分頻的信號分別接到這 8 路 通道中的任意三 個通道 。 為軟件編程方便，這里 接在 D0、 D D2三個 通道選擇控制端 A0、 A A2接 單片機 的 I/O口， 單片機通過改變這三個 I/O 口的輸出 電平即可選擇 MC74HC151N 內(nèi)置 8路通道中的任 何一個通道，從而 實現(xiàn)量程的自動切換 。電路如圖 27 所示。 2． 2． 7 控制核心 電路 設(shè)計 選用 W78E58P單片機為系統(tǒng)的微處理器 ， W78E58 具有 512字節(jié)片內(nèi) RAM， 64KB 程序 存儲器地址 間，且可工作于 40MHz 的最高時鐘頻率。 為提高測量的精度，減少系統(tǒng)誤差，采用的晶振越大越好，考慮到單片機是否支持 和 手頭現(xiàn)有元 器件 。 這里 采 用 24M 的外部時鐘。復(fù)位電路采用看門狗電路 X5045P，它 是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行 EEPROM 三種功能于一身的可編程控制電路 。 512 x 8 個字節(jié) 的 EEPROM，為系統(tǒng) 中 一些參數(shù) 的保存 提供了存儲空 間。電路如 圖 28所示。 2． 2． 8 顯示電路設(shè)計 CM1286412 漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字 （ 16X16 點陣）、 128個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM） 。與 MCU 接口 可選 8 位或 4 位并行 /3 位串行 。為節(jié) 省單片機 I/O口，本系統(tǒng)采用 3位串行接口。電路 如圖 29所示。 圖 27 量程自動切換電路 D31D22D13D04Y5Y6STB7GND8A29A110A011D712D613D514D415VDD16U8MC74HC151NABCfxfx/100fx/10000104C11INT1VCC通道選擇部分圖 26 分頻通道電路 CLKA1ENA2Q1A3Q2A4Q3A5Q4A6RESA7VSS8CLKB9ENB10Q1B11Q2B12Q3B13Q4B14RESB15VCC16U6CD4518BEVCCVCCfxfx/100VCCCLKA1ENA2Q1A3Q2A4Q3A5Q4A6RESA7VSS8CLKB9ENB10Q1B11Q2B12Q3B13Q4B14RESB15VCC16U7CD4518BEVCCVCCfx/10000VCC分頻部分 100pFC10100pFC9 紹興文理學 院元培學院本科畢業(yè)論文 9 2． 2． 9 鍵盤電路設(shè)計 用戶操作應(yīng)設(shè)置的盡量簡單，易操作。結(jié)合功能 的 需要，在面板上設(shè)置三個操作按鍵。分別是確定鍵 、校準鍵、復(fù)位鍵。確定鍵和校準鍵經(jīng)上拉后直接接到單片機 I/O 口，復(fù)位圖 29 顯示電路 1234567891011121314151617181920P1CM1286412VSSVDDV0(RS/CS)(RW/SID)(E/CLK)/RETLEDALEDBVCC10KR15VCCVCC顯示部分圖 28 控制核心電路 (T2)1(T2 EX)2345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE /PROG30EA /VPP313233343536373839VCC40U1W78E581224MHzCS1SO2WD3Vss4SI5SCK6RES7VCC8U2X5045P30pFC130pFC2ABCVCCVCCVCCINT01 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9R1VCCVCCMCU 控制核心部分RES_KEYVCC10KR14Res2VCC 紹興文理學 院元培學院本科畢業(yè)論文 10 鍵接在 X5045P 上，作為手動復(fù)位功能。 2． 2． 10 電源設(shè)計 普通的 線性穩(wěn)壓電源電路雖然簡單，但效率低，自身耗電大。同時本系統(tǒng)對電源要求 也不是很高， 利 用集成 DCDC變換器，如 MC34063，做一個簡單的開關(guān)電源即可滿足要求。電路實現(xiàn)簡單 ，同時輸入 輸出 壓降 差 小，效率高，可達 80%以上。 MC34063 是一單片雙極型線性集成電路，專用于直流 直流變換器控制部分。片內(nèi)包含有溫度補償帶隙基準源，一個占空比周期控制振蕩器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)，能輸出 的開關(guān)電流。它能使用最少的外接元件構(gòu)成開關(guān)式升壓變換器、降壓式變換器和電源反向器。 典型降壓式電路如 圖 210 所示。 外圍元件標稱含義和它們?nèi)≈档挠嬎愎剑? Vout(輸出電壓 )＝ （１＋ R1／ R2） Ct(定時電容 )：決定內(nèi)部工作頻率。 Ct= 004*Ton(工作頻率） Ipk=2*Iomax*T/toff Rsc(限流電阻 )：決定輸出電流。 Rsc＝ ／ Ipk Lmin(電感 )： Lmin＝ (Vimin－ Vces)*Ton/ Ipk Co(濾波電容 )：決定輸出電壓波紋系數(shù)， Co＝ Io*ton/Vpp(波紋系數(shù)） 各個參數(shù) 要 根據(jù) 實際要求情況 經(jīng) 上面公式計算得到。 本系統(tǒng)中要求設(shè)為 輸入電壓 12V， 輸出電壓 5V， 輸出電流 500mA， 輸出電壓波紋系數(shù) 5mV(pp) ， 工作頻率 80kHz。經(jīng)計算后最終確定實際各參數(shù)為 圖 210 MC34063 典型 +5V 電源電路 表 21 外圍元件參數(shù) Ct： 300pF Ipk： 1000 mA Rsc： Ohm Lmin： 57uH Co： 470 uF R1： 1k R2： 3k 紹興文理學 院元培學院本科畢業(yè)論文 11 本系統(tǒng)中使用的 LF353PC 是雙電源供電的，所以還需要一個 5V電源。另制一個 5V 電源顯然沒有這個必要。 ICL7660S是美國哈里斯公司生產(chǎn)的變極性 DCDC變換器。通過該變換器可將 +5V 輸入電壓變?yōu)?5V 電壓輸出尤其是電路簡單。 電路如 圖 211 所示。 PCB 圖的繪制采用 PROTEL99 SE 軟件完成。先用該軟件繪制完成原理圖，然后生成網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入 PCB 文件，根據(jù)實際能力這里采用 手動布線方式完成 PCB 圖的繪制。完成后經(jīng)檢查無錯誤了，生成 PCB 圖輸出文件 在 CreateAQC 小型工業(yè)制板系統(tǒng) 上制作 完成 PCB 板。PCB 圖 詳 見附 錄 3。 NC1CAP+2GND3CAP4Vout5LV6OSC7V+8U2ICL7660S10uFC1710UFC18+5V5V圖 211 5V電源電路 紹興文理學 院元培學院本科畢業(yè)論文 12 3 軟件設(shè)計 3． 1 軟件總體設(shè)計框架 軟件部分主要 由 頻率計算 核心 模塊 、量程自動切換 模塊 、 LCD 數(shù)據(jù)顯示處理 模 塊 、自校準 模塊 等 組成，如圖 31所示。 主程序大致流程為，開機時先系統(tǒng)初始化；然后判斷校準鍵是否按下，無鍵按下則跳過校準程序，否則進入校準程序；讀取 EEPROM 中校準數(shù)據(jù)；開機量程判斷， 自動切換量程， 選擇 最適 檔 位 ； 開始 正式測量 并將 測得 數(shù)據(jù)處理后送至 LCD 進行顯示。 軟件模塊主要流程，如圖 32所示。 3． 2 各主要功能部分軟件設(shè)計思想及流程圖 3． 2． 1 頻率測量模塊 頻率測量模塊是整個系統(tǒng)軟件部分的核心，它對測量值的準確度起著決定性的作用。單片機的 INT0 在閘門時間內(nèi)檢測到的脈沖個數(shù)以及這些脈沖從開始到結(jié)束經(jīng)歷的時間，時間精確到 s? 。具體包括定時器中斷服務(wù)程序、 INT0 中斷服務(wù)程序、數(shù)據(jù)運算處理程序，三個程序緊密相關(guān)，如圖 33 所示 。頻率 ff 的計算公式為 ff=n_fx/(float)time1，其中 n_fx 為閘門時間內(nèi)的脈沖個數(shù)， time1 為閘門的精確時間。因為定時器的最大定時時間設(shè)定為 5ms，所以 Time1 的計算公式為 time1=time_coumt1* +(th0+th0*256) 圖 31 系統(tǒng)總體層次圖 頻率測量系統(tǒng)自校準自動量程切換數(shù)據(jù)顯示極限報警數(shù)字濾波頻率測量 鍵盤 紹興文理學 院元培學院本科畢業(yè)論文 13 * tl0=TL00xf0。th0=TH00xd8。time_count1 是 T0 的中斷個數(shù)。為保證精度，數(shù)據(jù)運算處理部分用到了多個浮點運算；因為脈沖檢測過程中在脈沖沿上會產(chǎn)生一定時間的誤差，還有運算過程帶來的誤差，所以最后還對 ff 進行了一個修正。 開始初始化 ( 定時器 , LCD 等 )xz _ key == 0 ?校準程序讀 EEP ROM中校準數(shù)據(jù)YN頻率測量判斷是否超該檔量程 ?自動量程切換Ra ng e + + 或 R ange YN數(shù)據(jù)顯示開機量程選擇判斷結(jié)束 圖 32 主程序 流程圖 紹興文理學 院元培學院本科畢業(yè)論文 14 3． 2． 2 自動