【正文】 1CP014R0R9121112QAQD11整形放大I N P U T3122 , 36 , 72 , 36 , 7第 6章 智能型電子計數(shù)器 1. 由于 AT89C2051單片機內部的 2個計數(shù)器均是 16位的 ， 因此最大計數(shù)范圍為 216。 若閘門時間為 1 s， 則所測信號最高頻率為 Hz。 為實現(xiàn)頻率較高信號的測量 ， 采用 3片 74HC90構成 1/ 1/100和 1/1000分頻器 ， 這樣 ， 理論上可測信號的最高頻率為 MHz。 分頻后的信號通過數(shù)據(jù)選擇器送入 CPU的 T0端 ， 數(shù)據(jù)選擇器受 CPU的 。 第 6章 智能型電子計數(shù)器 2. 時基電路 閘門信號的產(chǎn)生由 CD4060和 CD4013完成 。 CD4060構成石英晶體振蕩器和分頻器 ， 將 32 768 Hz晶體振蕩信號分頻為 2 Hz信號 ， 再經(jīng)過 CD4013雙 D觸發(fā)器 4分頻獲得持續(xù)時間為 1 s， 頻率為 Hz的時基 （ 閘門 ） 信號 。 閘門信號送入單片機的 INT0端 ， 用來控制 T0計數(shù)器的啟停 。 第 6章 智能型電子計數(shù)器 3. 系統(tǒng)頻率測量原理 根據(jù)單片機 AT89C2051中計數(shù)器 T0的方式 1結構圖 （ 如圖 618所示 ） 可知 ， T0計數(shù)脈沖控制電路中 ， 有一個方式電子開關 ， 當 C/T為 “ 0”時 ， 方式電子開關打在上面 ， 以振蕩器的 12分頻信號作為 T 0的計數(shù)信號 ， 此時作為定時器使用； C/T為 “ 1”時 ， 方式電子開關打在下面 ， 此時以 T0（ ） 引腳上的輸入脈沖作為 T0的計數(shù)脈沖 ， 這種情況下可對外界脈沖進行計數(shù) 。 C/T的狀態(tài)可由 T0的方式寄存器 TMOD進行設置 。 因為系統(tǒng)中需對輸入 T0（ ） 端的信號進行計數(shù) ， 所以將 C/T設為 “ 1”。 由圖 618還可以看出 ， 當 GATE為 0時 ， 只要 TR 0為 “ 1”， 計數(shù)控制開關的控制端即為高電平 ， 使開關閉合 ， 計數(shù)脈沖加到定時器 T0， 允許 T0計數(shù) 。 當 GATE為 “ 1”時 , 僅當 TR 0為 “ 1”且INT0引腳上輸入高電平時 ， 控制端為高電平 ， 控制開關閉合 ，允許 T0計數(shù) 。 TR0為 “ 0”或 INT0輸入低電平都可控制開關斷開 ，禁止 T0計數(shù) 。 第 6章 智能型電子計數(shù)器 圖 618 定時器 T 0方式 1結構圖 G A T EI N T0O S C 247。 12C / TTL0TH0TF1中斷FCNFinT0TR0＋TR控制第 6章 智能型電子計數(shù)器 根據(jù)定時器 T0的結構原理 ， 系統(tǒng)中將 GATE位 、 TR0均設為“ 1”， INT0端輸入標準閘門信號 ， 內部同時開啟外中斷 EX0。 當時基信號到來時 ， 計數(shù)器 T0閘門打開 ， 并開始計數(shù)；當時基信號的下降沿到來時 ， 計數(shù)器 T0閘門關閉 ， 同時 INT0產(chǎn)生中斷 ， 此時將 TR0清零 ， 計數(shù)器停止計數(shù) ， 讀取 TL0、 TH0的數(shù)據(jù) （ 設為N） 并保存 。 由測頻公式 （ 614） 可知 ， 此數(shù)據(jù)即為被測信號的頻率值 （ 因為系統(tǒng)中閘門時間為 1 s） ： gx TNf ?（ 614） 第 6章 智能型電子計數(shù)器 圖 619 頻率測試時序圖 finTgTR0fCN第 6章 智能型電子計數(shù)器 該頻率計的軟件程序除主程序外 ， 主要包括 INT0中斷服務程序 、 自動換擋子程序和顯示子程序 。 INT0中斷服務程序的流程圖如圖 620所示 ， 主要完成測頻 、 BCD碼轉換 、 譯碼等功能 。 在設計自動換擋子程序時 ， 將計數(shù)器 T0設為方式 1， C/T位置“ 1”。 此時 ,T0為 16位計數(shù)方式 ， 故在不分頻時測試的信號最大頻率為 216Hz， 即 65 535 Hz。 若計數(shù)器 T0溢出產(chǎn)生中斷 ， 便進入換擋設置子程序 ， 增大分頻比 ， 直至 T0不溢出 。 若分頻比較大 ， 而輸入信號頻率較小 ， 則可逐漸減小分頻比 ， 直到不產(chǎn)生溢出中斷 ， 程序由此而實現(xiàn)自動換擋的功能 。 第 6章 智能型電子計數(shù)器 圖 620 INT 0中斷服務程序流程圖 I N T0中斷 入口初始 化保存 計數(shù) 值 TR0、 TH0、 TL0清零BCD 碼轉 換軟件 譯碼調顯 示子 程序返回第 6章 智能型電子計數(shù)器 提高測量準確度的方法 (1) 提高低頻信號頻率測量準確度。由頻率直接測量誤差公式如下： ???????? ?????ccg1fffTffxxx第 6章 智能型電子計數(shù)器 (2) 由軟件產(chǎn)生閘門信號 。 閘門信號也可以由單片機的內部定時產(chǎn)生 ， 這樣雖可減少硬件電路 ， 但是軟件定時要受內部軟件資源的影響 ， 閘門時間準確度不高 ， 即標準頻率誤差 |Δfc/fc|偏大 ， 故系統(tǒng)的時基信號由外部電路產(chǎn)生 。 第 6章 智能型電子計數(shù)器 (3) 克服由高頻信號分頻導致的量化誤差增大 。 由式（ 610） 可知 ， 對頻率較高的信號進行分頻會增大量化誤差 。 所以 ， 為提高系統(tǒng)所測量的頻率較高的信號的準確度 ， 可以對外部計數(shù)器 74HC90的計數(shù)結果通過單片機 I/O口讀入單片機 ， 并和計數(shù)器計數(shù)值一起經(jīng)處理后送出顯示 ， 這樣就不會因對輸入信號分頻而增大測量的量化誤差 。 但應注意的一點是 ， 每次啟動計數(shù)前應對外部計數(shù)器進行清零 ， 而且該方法只對信號分頻時有用 。 第 6章 智能型電子計數(shù)器 (4) 由單片機實現(xiàn)零量化誤差 。 在本系統(tǒng)原理基礎上加以擴展 ， 通過全同步 （ 即多周期同步 ） 技術可以克服量化誤差 ， 其實現(xiàn)的原理結構框圖如圖621。 第 6章 智能型電子計數(shù)器 圖 621 克服量化誤差的結構圖 放大整形fx同步控制放大整形fc門控A T 8 9C 20 51T0顯示T1I N T1I N T0第 6章 智能型電子計數(shù)器 被測信號 fx 和時基信號 fc通過放大整形分別送入AT89C2051的定時器 T0、 T1進行計數(shù) ， 計數(shù)器的開啟受同步控制器的控制 。 當同步控制器在單片機設定的時間內檢測到 fx和fc同步時 ， 便產(chǎn)生同步閘門信號 ， 打開單片機計數(shù)器閘門 ，T0、 T1開始計數(shù) 。 當經(jīng)過一定時間再次檢測到 fx和 fc同步時 ，同步閘門信號關閉 ， 計數(shù)器閘門隨之關閉 。 此時設 T0計數(shù) M個脈沖 ， T1計數(shù) N個脈沖 ， 因閘門信號相同 ， 則有： cfNfMx?（ 615） 第 6章 智能型電子計數(shù)器 即 NMffxc? （ 616） 由誤差理論中誤差合成公式可導出： NNffNMMNff cx ??????? 2cc（ 617） 所以 NNffNMMNff cx ??????? 2cc（ 618) 第 6章 智能型電子計數(shù)器 思考題與習題 1. 簡述電子計數(shù)器測量頻率 、 周期 、 頻率比及時間間隔的基本原理 。 2. 用 7位計數(shù)器測量 fx= MHz的信號頻率 。 當閘門時間分別置于 1 s、 s、 10 ms 時 ， 儀器工作正常時顯示值應分別為多少 ？ 3. 用某電子計數(shù)器測量頻率 ， 已知所選閘門時間和顯示計數(shù)值見表 61， 試求出各情況下的 fx， 并填入該表 。 第 6章 智能型電子計數(shù)器 表 61 閘門時間和顯示計數(shù)值 第 6章 智能型電子計數(shù)器 4. 用某計數(shù)器測量周期 ， 已知儀器內部時標信號頻率為10 MHz， 選周期倍乘率 （ 分頻系數(shù) Kf） 為 102， 計數(shù)值結果為14 567， 問該信號周期值是多少 。 5. 用多周期法測量一已知周期為 100 μ s的信號 ， 計數(shù)器計數(shù)為 100 000。 已知儀器內部時標信號的頻率為 1 MHz， 若采用同一周期倍乘率和同一時標信號去測量另一未知信號 ， 計數(shù)器計數(shù)值結果為 15 000。 求該未知信號的周期是多少 。 題中若不知道儀器內部時標信號的頻率 ， 可否確定該未知信號的周期 ？若可以 ， 寫出求解過程 。 6. 簡述計數(shù)式頻率計量化誤差的產(chǎn)生原因， 怎樣減小“ 177。 1誤差 ” 的影響？ 第 6章 智能型電子計數(shù)器 7. 用一臺 7位計數(shù)式頻率計測量 fz=5 MHz的信號頻率 , 試分別計算閘門時間為 1s、 s、 10 ms時 ， 由于 “ 177。 1誤差 ”引起的相對誤差 。 8. 為什么說多周期同步測量原理是全頻段 、 等精度測量 ？ 9. 內插模擬擴展技術是怎樣實現(xiàn)的 ? 10. 為什么在智能型電子計數(shù)器中 ， 系統(tǒng)的時基信號是由外部電路產(chǎn)生的 ， 而不是直接由單片機內部定時器產(chǎn)生的 ？