【正文】 同時也感謝我身邊的同學(xué)， 我的搭檔，在我遇到問題時去找他們時，他們都放下自己的事，不厭其煩的給我講解，并且給我提出新的思路供我參考，在此真誠的感謝他們，謝謝他們的幫助。另外報警電路設(shè)計部分，因是用硬件電路來實現(xiàn)的，受反應(yīng)時間的限制 .理論計算和實際值的誤差，可能會有較大的誤差。同時可以在測頻上進行擴展，使其成多功能數(shù)字頻率計，例如能測量信號的周期 .脈寬 .占空比等。主程序用來讀取計數(shù)值，并完成對其處理，判斷是否分頻，對分頻器進行控制 ,查超限報警控制端。 在開始工作后，或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進行測量初始化。其主要任務(wù)為：預(yù)置閘門 ,控制分頻閘門 ，對被測信號和單 片機內(nèi)部頻標計數(shù)，對數(shù)據(jù)進行處理，高精度運算，顯示測量結(jié)果，控制報警。 圖 319 相位極性判別 但這樣只是讓單 片機識別了相位的超前和滯后，人們還是不知道是超前還是滯后，必須將檢測的結(jié)果進一步處理才行，怎樣才能讓人知道呢？最簡單的就是用一發(fā)光二極管，用發(fā)光二極管的亮滅來代表相位的超前和滯后。0 . 5 v1 vf 1 圖 316 放大整形波形圖 3． 2． 2 相位差測量電路 先將相位差信號和 8MHZ 的晶振通過 74LS00“與非”門后得到調(diào)制信號 B，因測量是以單片機為核心的，不得不先考慮它的工作條件，單片機系統(tǒng)時鐘頻率為 12MHZ，其內(nèi)部計數(shù)器的最大計數(shù)器的最大 工作頻率為 500KHZ，設(shè)計要求對高達 1MHZ 的信號能夠測量，如對信號不進行處理，超過 500KHZ 的信號就不能被測到了， 8MHZ 的晶振信號也是不能被單片機接受的，所以必須對被測信號和晶振頻率進行分頻處理，分頻器也是用前面介紹的 8254 計數(shù) /定時器，用一片就可實現(xiàn)了，只需用到其中的兩個定時 /計數(shù)器 CLK0和 CLK1，對被測信號進行 10 分頻，對 8MHZ 的晶振信號進行 20分頻，分頻與否由單片機來控制，將 I/O 口相連，上電后，不經(jīng)分頻的信號經(jīng)單片機處理，用軟件來判斷是否分頻，如要分頻 ，把 GATE 門打開，分頻后的信號重新送單片機處理，然后再送數(shù)碼管顯示。經(jīng)放大整形處理后的兩信號輸入到74LS136“異或”門得到相位差信號，以方波的脈沖序列輸出，電路圖如圖所示： 2 o k6 0 k2 0 k+ 5 v2 0 k6 0 k2 0 k+ 5 v2 0 k2 0 kL M 3 3 9L M 3 3 9L M 3 3 9+++++ 5 V 5 VL M 3 3 9 5 V 5 V+ 5 V7 4 L S 1 3 6f 1 f 2 f 1 39。+ 5 v+ 5 V 5 V+ 5 v 5 v 圖 314 前級信號放大電路 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單的第二種，將信號整體抬高一定電壓有利于后級的整形電路能輸出對稱的方波。電壓跟隨器選用價格便宜的帶有真差動輸入的低頻率四運放大器 LM324，這個芯片在前面有介紹。 LM339的輸出端接入單片機的 ，通過查詢 態(tài)，若為高電平，使 ，經(jīng) 7406反向后得低電平，在壓電蜂鳴器上加上了近5V的直流電壓，由壓電效應(yīng)而發(fā)出蜂鳴音。 定時電容 C1可為充電泵提供內(nèi)部補償，為了獲得準確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，其值應(yīng)大于 500pF，太小的電容值會在 R1上產(chǎn)生誤 差電流，特別在低溫應(yīng)用時更是如此。 實現(xiàn)頻率 /電壓的轉(zhuǎn)換，有專門的芯片，在這里選用 LM2907頻率電壓轉(zhuǎn)換器。 單片機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 擴展報警電路 作為測量儀器，一般都有它的測量范圍。數(shù)碼管也不能直接和 74LS164 直接相連，因為它的工作允許電流為 6MA30MA，所以之間要接一定阻值的電阻，作限流作用，一般選用 100Ω 300Ω的，選用的電阻不同，其數(shù)碼管的亮度也不同。共陰極的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。清除端 CLEAR 與單片機的一個 I/O 口相連，讓單片機來控制。 89C51 有四個八位的并行 I/O口，用它們來控制外圍電路，片內(nèi)有兩個 16位的定時器 /計數(shù)器 ，兩個外部中斷源 ，用來對測量被測信號和單片機內(nèi)部頻標的脈沖進行計數(shù)，將計的數(shù)然后送微處理器處理，因被測信號的頻率高達 10KHZ，要用數(shù)碼管顯示出數(shù)據(jù)至少要用八個數(shù)碼管，單片機的八個并行口顯然遠遠的不夠用，需要擴展，單片機有一個串行口，可用來進行串行通信，擴展并行 I/O 口，既不占用 片外的 RAM地址，又節(jié)省硬件開銷，是一種經(jīng)濟 .實用的方法。當(dāng)預(yù)置門時間到達 Tg后，預(yù)置門時間到達 Tg后，預(yù)置門關(guān)閉使得 =0，但觸發(fā)器的輸出 Q 仍然為 1，因此兩個計數(shù)器并不停止計數(shù)，直到隨后而至的待測信號的上升沿到來時，才使得 D觸發(fā)器的輸出 Q=0，同步門關(guān)閉，兩個計數(shù)器才同時停止計數(shù)。8 2 5 4A T 8 9 C 5 1G A T E 0O U T 0 圖 38 分頻電路 3． 1． 3 同步門邏輯控制電路 同步門邏輯控制電路由 D觸發(fā)器構(gòu)成，這種觸發(fā)器的動作特點是輸出端狀態(tài)的轉(zhuǎn)換發(fā)生在 CP的上升沿，而且觸發(fā)器所保存下來的狀態(tài)僅僅取決于 CP上升沿到達時的東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計電路 輸入狀態(tài)。②在計數(shù)器工作 期間，如果向此計數(shù)器寫入新的計數(shù)初值，則計數(shù)器仍按原計數(shù)值計數(shù)，直到計數(shù)器回零并在輸出一個時鐘周期的負脈沖之后，才按新寫入的計數(shù)值計數(shù)。分頻的實現(xiàn)可以用一片計數(shù)器芯片 8254，成本低，電路簡單，先介紹一下 8254 芯片， 8254 是可編程定時 /計數(shù)器，工作的最高頻率為 10MHZ，每個芯片內(nèi)部有三個獨立的計數(shù)器，每個計數(shù)器都有自己的時鐘輸入 OUT 和門控制信號 GATE，門控信號為輸入信號，用來禁止 .允許或開始計數(shù)過程的。利用二極管的單向?qū)щ娦?，分辨差別小于Δ U 的兩個輸入電壓值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。兩個輸入端電壓差別大于10mV 就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM339 用在弱信號檢測等場合是比較理想的。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“ +”表示，另一個稱為反相輸入端，用“ ”表示。 1V177。是輸入信號總體抬高了 1/2Vcc，保證了全信號 放大。 7 u F u i2 . 5 vu 0 圖 32 放大電路 1 圖 33 放大信號 1 其中 Ci 起隔直通交的作用， 通常用 ,電路的電壓放大倍數(shù) Av 僅由外接電阻決 定： Av=1+Rf/R4。每一組運算放大器可用圖 1所示的符號來表示，它有 5個引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個信號輸入端，“ V+”、“ V”為正、負電源端，“ Vo”為輸出端。低輸入偏置電流：最大 100 納安。輸出電壓范圍也包含負電源電壓。 1/n，要盡量減少誤 差，應(yīng)采用多周期平均值法，即多次測量取平均值。 1誤差，大大影響了測量精度。 由于控制計數(shù)的兩閘門的大體時間 Tg是由人工預(yù)置的，通常 Tg不一定是被測信號的整數(shù)倍，因此用同步門控電路將 Tg延長至 TX保證閘門與被測信號同步，使閘門時間準確地等 于被測信號周期的整數(shù)倍數(shù)，由于閘門時間與被測信號同步， Nx不存在177。 到達預(yù)置時間 Tg后，預(yù)置門關(guān)閉，但兩個計數(shù)器并不停止計數(shù)，隨后而至的待測信號的上升沿到來時，同步門關(guān)閉，兩個計數(shù)器才同時停止計數(shù)，測得的計數(shù)值分別為 N0和 Nx。其系統(tǒng)框圖為： 軟 件 判 斷 低 于 1 0 K H Z 測 周 法 測 頻 法被 測 信 號 高 于 1 0 K H Z 圖 21 系統(tǒng)框圖 這樣測量的誤差比較大，因為閘門的開閉與被測脈沖周期沒有聯(lián)系，即不同步，東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)總體設(shè)計思路及方案分析 設(shè) T 為門控閘門時間， Tx為被測信號周期，Δ t1為閘門開啟到第一個計數(shù)脈沖之間的間隔，Δ t2 為閘門關(guān)閉到下一個計數(shù)脈沖之間的間隔， N 為計數(shù)器的計數(shù)值，那么： T=（ N－ 1） Tx＋Δ t1＋ (Tx－Δ t2) =NTX＋Δ t1－Δ t2 Δ N=T/Tx－ N=Δ t1/Tx－Δ t2/Tx 這樣所計的數(shù) N的誤差Δ N就比較的大。 2． 1． 2 脈沖數(shù)分頻測頻法 此法克服了傳統(tǒng)的測周期法在測高頻精度不高的缺陷。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)總體設(shè)計思路及方案分析 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計思路及方案分析 2． 1 測頻 結(jié)合傳統(tǒng)的測頻方法，實現(xiàn)一個寬頻 域 .高精度的頻率計，直接用傳統(tǒng)的測周或者測頻法難以實現(xiàn)，測周法在高頻段誤差較大，而測頻法在低頻段的誤差較大。有把相位差轉(zhuǎn)換為電壓，即利用非線性器件把被測信號的相位差轉(zhuǎn)換為電壓或電流的增量，在電壓表或電流表盤上刻度上的相位刻度，由電表指示可直讀被測信號的相位差。 1 誤差引起的測量誤差就愈大，所以測周法不宜用于測量高頻率信號。被測信號經(jīng)脈沖形成電路變成方波，加到門控電路形成門控信號 Tx 控制閘門開閉，在開閘期間，周期為 To 的時基信號通過閘門送計數(shù)器計數(shù)。直接測頻的實現(xiàn)框圖如圖所示，脈沖形成電路將被測信號①轉(zhuǎn)變成脈沖②，其重復(fù)頻率等于被測信號頻率 fx，將它送入閘門。第三章是“系統(tǒng)的硬件設(shè)計”，分模塊具體介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計實現(xiàn)方法，對所用芯片、功能原理和參數(shù)計算都作了詳盡的介紹。 ｄ 設(shè)計測量超限報警電路 ⑵設(shè)計并制作一個相位測量儀，包括： ａ 設(shè)計相位測量電路，對 1MHZ 信號頻率的兩個信號進行相位的測量，兩信號的相位差≤ 90度。相位的測量應(yīng)更趨于數(shù)字化 .智能化 .精確 化。 ②測量范圍廣。數(shù)字顯示相位儀不斷的涌現(xiàn)，具有速度高 .只能化 .電路簡單 .工作可靠等特點?？梢?，隨廣泛應(yīng)用的需要，高精密 .高準確 .高智能化是大勢所趨 .一般的測量儀測量范圍有限，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，高頻信號的 測量也越來越受的親睞，實現(xiàn)測量的數(shù)字化 .自動化 .智能化已成為各類儀器儀表的設(shè)計方向。 Counter 東華理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 緒論 目 錄 緒 論 .................................................................. 1 第一章系統(tǒng)工作原理 ........................................................ 3 1． 1 頻率測量原理 ..............................................................3 1． 2 相位測量原理 ..............................................................4 第二章系統(tǒng)總體設(shè)計思路及方案分析 ............................................. 5 2． 1 測頻 ......................................................................5 2． 1． 1 脈沖數(shù)倍頻測頻法 ......................................................5 2． 1． 2 脈沖數(shù)分頻測頻法 ......................................................5 2． 1． 3 測頻 測周結(jié)合法 .......................................................5 2． 1． 4 多周期等精度測量方法 ..................................................6 2． 2 測相 ......................................................................8 2． 2． 1 脈沖填充計數(shù)測相法 ....................................................8 2． 2． 2 多周期等精度測相法 ....................................................8 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計電路 ...................