【正文】 器，把 8MHZ的信號先分頻后才能接入 LM2907，在這里用77LS393四位雙計數(shù)器（相當于 256分頻）， 8MHZ的信號經(jīng) 256分頻后為 32KHZ，在 LM2907的工作范圍內(nèi)。LM2907為集成式頻率／電壓轉(zhuǎn)換器，芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運算放大東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計電路 器，能將頻率信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，外型管腳如下圖所示： 1 2 3 4 5 6 7891 01 11 21 31 4++充 電 泵N C N CN C N CV + 圖 311 LM2907引腳 各引腳功能如下： １腳（ F）和 11腳（ IN）為運算放大器／比較器的輸入端； ２腳接充電泵的定時電容（ C1） ３腳接充電泵的輸出電阻和積分電容（ R1/C2） ４腳（ IN+）和 10腳（ UF1）為運算放大器的輸入端； ５腳為輸出晶體管的發(fā)射極（ U0） ８腳為輸出晶體管的集電極，一般接電源（ UC） ９腳為正電源端（ VCC）； 12腳為接地端（ GND）； ６，７， 13， 14腳未用 其工作原理為：當充電泵把從輸入級輸入來的頻率轉(zhuǎn)換成為直流電壓時， 需外接定時電容 C輸出電阻 R1以及積分電容或濾波電容 C2，當?shù)谝患壿敵龅臓顟B(tài)發(fā)生改變時（這種情況可能發(fā)生在輸入端上有合適的過零電壓或差分輸入電壓時），定時電容在電壓差 Vcc/2的兩電壓值之間被線性地充電或放電，在輸入頻率信號的半周期中，定時電容上的電荷變化量為 C1*Vcc/2，泵入電容中的平均電流或流出電容中的平均電流為： ΔＱ／Ｔ＝ Ic（ AVG）＝ fin* C1*Vcc 輸出電路把這一電流準確地送到負載電阻（輸出電阻） R1中 ， R1電阻的另一端接地，這樣濾波后的電流被濾波電容積分后得到輸出電壓： Ｖｏ＝ Vcc*fin* C1*R1* K 其中Ｋ為增益常數(shù)，典型值為１。如電壓比 V1 值小則說明沒超限，照常工作。在這里設計的這樣一個測頻計同樣要考慮到這樣一個問題，萬一超出了測量的范圍后怎么辦呢？日常生活中，當發(fā)生故障或處于緊急狀態(tài)時，一般用警覺的報警信號或者提示信號來提醒人們，受此啟發(fā)，不妨也設計一個報警電路，當測量超過其范圍時系統(tǒng)發(fā)出報警聲來提示 。這種方法也便于對顯示位數(shù)進行擴展。在這里選擇 100Ω的。所以在用之前要先檢測其為哪種數(shù)碼管。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管電亮，相應的段被顯示。然后讓 74LS164 與數(shù)碼管連接，就完成了顯示電路，選用數(shù)碼管有兩種 ：共陰和共陽的。有了移位寄存器就可任意擴展并行口了，在這里用八片 74LS164 擴展八個 8位的并行輸出口。讓單片機的串行口工作在方式 0 的發(fā)送狀態(tài)，串行數(shù)據(jù)由 RXD 送出，讓 RXD 與 74LS164 的 A 或 B 端任一端相接，移時時鐘由TXD送出，讓起與 CLOCK 相連。這 里 選用 74LS164 來擴展并行輸出口， 74LS164 是八位串入并出移位寄存器，先簡單介紹一下 74LS164，其引出端的符號為： CLOCK 時鐘輸入端 CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效） A ， B 串行數(shù)據(jù)輸入端 QAQH 輸出端 當清除端（ CLEAR）為低電平時，輸出端（ QAQH）均為低電平，串行數(shù)據(jù)輸入端（ ）可控制數(shù)據(jù)，當 任意為一個低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（ CLOCK）脈沖上升沿作用下 Q0為低 電平。頻率測量結(jié)果經(jīng)過譯碼，同過單片機的串行口送出。同步門控制電路與單片機的接口電路如圖所示 : D C PQP 1 . 0 I N T 0 I N T 1 T 08 9 c 5 1f x 圖 39 同步門控制電路 3． 1． 4 與單片機接口顯示電路 單片機是電路的核心 工作部分，它實現(xiàn)對電路的控制，數(shù)據(jù)的處理。其中， T0 對被測信號 fx進行計數(shù)， T1對內(nèi)部頻標 f0進行計數(shù)。因為觸發(fā)器輸入端狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在 CP 的上升沿，那么可以利用這種特點來實現(xiàn)實際閘門信號和被測信號的同步。其與單片機的接口電路如圖所示： C L K 0D 0..D 7C SA 1A 2R DW RP 0 . 0..P 0 . 7P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2R DW RP 1 . 4f xU 0 39。③門控信號 GATE 為高電平時允許計數(shù)。其工作特點為 :①計數(shù)器計數(shù)期間，輸入 OUT 為高電平，計數(shù)器回零時，輸出一個寬度等于時鐘周期的負脈沖，并自動重新裝入園計數(shù)初值，一個負脈沖過去后，輸出有恢復高電平并重新作減法計數(shù)。它有六種不同的工作方式， GATE 信號的控制作用也不同。為實現(xiàn)設計的要求，必須對高于 500KHZ 的信號進行分頻處理，系統(tǒng)在單片機的控制下，結(jié)合分頻電路，實現(xiàn)了測頻的上限的擴展和測量量程的自動切換，提高了頻率計的實用價值和智能化程度。 3． 1． 2 外部分頻電路 該電路 主要是來擴展測頻上限的，擴大頻率測量范圍的。在正反饋電路中接入一個非線性元件晶體二極管，加快比較器的響應速度，免除由于電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激振蕩。 其整形電路如圖所示： + L M 3 3 9+ 5 V U 0 39。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電 壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。 LM339 的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。當“ ”端電壓高于“ +”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339 輸入共模 范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。 18V； (3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬； (4）共模范圍很大，為 0～（ ） Vo； (5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； (6）輸出端電位可靈活方便地選用。 整形的實現(xiàn)選擇電壓比較器 LM339 芯片來實現(xiàn)，電壓比較器是對輸入信號進行鑒幅與比較的電路，是組成正弦波發(fā)生電路的基本單元電路， LM339 集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是： (1）失調(diào)電壓小，典型值為 2mV； (2）電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為177。 因 LM324 共模范圍擴大到負電源，也可以這樣設計放大電路，比上電路更簡便，不用提供偏置電壓，讓其接正負電源，這樣信號的負半部分就可以通過了。R3為輸入阻抗選擇阻值為 100K， C2是濾波電容， 電容值為 ,穩(wěn)定偏置電壓的作用，當電壓低時放電，電壓高時充電，保證了偏置電壓的穩(wěn)定。在這里設置放大倍數(shù)為 11，選擇 Rf為 10K， R4 為 100K，因為考慮到 LM324 的工作電壓范圍大從 3伏到 32伏。 圖 31 LM324引腳 其放大電路如圖所示 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計電路 + L M 3 2 4u i+ v c cc iR 4R fR 3C 2R 1R 2C 0U 0C i1 0 0 k1 0 0 k4 。兩個信號輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端 ，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。⑥在輸入端的靜電放電箱位增加可靠性而不影響器件工作。④每一封裝四個放大器，內(nèi)部補償。③單電源工作： 伏到 32 伏。它有如下特點：①短路保護輸出。 共模輸入范圍包括負電源，因而消除了許多應用場合中采用的外部偏置元件的必要性。 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計電路 第三章 系統(tǒng)硬件設計電路 3． 1 測頻電路 設計 1 信號放大整形電路 一般被測信號都是小功率的正弦波，在被測之前要轉(zhuǎn)換成等頻率的方波，所以在被測之前對信號要進行放大整形處理，放大器的品種很多，我們在著選擇用價格便宜的帶有真差動輸入的四低頻率運算放大器 LM324，與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它有一些顯著的優(yōu)點。 等精度測量相位的誤差來源與等精度測頻相同，主要是來自與量化誤差177。 放 大 整 形 過零鑒 相 Ψ — T 變 換 相 位 差 信 號 閘 門 1 計 數(shù) 器 1 單 片 機 控 制 閘 門 2 計 數(shù) 器 2f 1f 2晶 振 信 號 圖 24 測相的原理框圖 2． 2． 2 多周期等精度測相法 基于測頻等精度測量法思想，實現(xiàn)相位差的高精度測量，通過同步門控制使測量信號的寬度為輸入信號的整數(shù)倍，實現(xiàn)多周期同步等精度測量。使用兩個計數(shù)器分別對該脈沖序列和基準源脈沖序列進行同時計數(shù)得到兩個計數(shù)值 N0和 N1，再對計數(shù)進行計算處理，即可得出兩信號的相位差 : ψ =(N1/N2) 180. 這種單周期的對相位的測量計數(shù)方法，測量誤差有點大，因為計數(shù)器是用單片機的定時 /計數(shù)器 ，開始計數(shù)時與被測信號不同步，計數(shù)一 定時間后停止計數(shù)也是隨機的，與被測信號無關，這樣的話測得的脈沖個數(shù)與實際脈沖數(shù)就存在177。 1的計數(shù)誤差，使得測量誤差與被測信號無關，這樣，可以通過對較少的低頻脈沖的測量達到同樣的精度，提高了對低頻信號的測量速度。在此 時間內(nèi) f0的計數(shù) N0最多相差一個脈沖，即︱Δ N0︱≤ 1，則 下式成立： fx/Nx=f0/N0 fx0/Nx=f0/(N0＋Δ N0) 東華理工學院畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)總體設計思路及方案分析 由此可分別摧得： fx=(f0/N0) Nx fx0=「 f0/(N0＋Δ N0)」 Nx 根據(jù)相對誤差公式有： Δ fx0/fx0=︱ fx0－ fx︱ /fx0 將上面的式子進行整理后可得： Δ fx0/fx0=︱Δ N0︱ /N0 因為 ︱Δ N0︱≤ 1 所以 ︱Δ N0︱ /N0≤ 1/N0 即相對誤差： ︱δ f︱ =Δ fx0/fx0≤ 1/N0 其中： N0=Ts f0 由上式可以得出結(jié)論： ⑴相對誤差δ f與被測信號頻率無關； ⑵增大 Tg或提高 f0可以增大 N0，從而減小測量誤差，提高測量精度； ⑶測量精度與預置門寬度和標準頻率有關，與被測信號頻率無關； ⑷標準頻率誤差為Δ f0/f0,由于石英晶體的頻率穩(wěn)定度很高，標準頻率誤差很小。那么： fx/Nx=f0/N0 對其進行誤差分析：設所測頻率的準確值為 fx0。測量原理圖如下： 頻 標 f0待 測 頻 率 fx測 量 開 始預 置 門 時 間 Tg同 步 門 時 間Tx待 測 計 數(shù) 值Nx頻 標 計 數(shù) 值N0 圖 22 測量原理圖 當 測量開始后，由被測信號的上升沿同時打開預置門和同步門啟動兩個計數(shù)器分別對標準頻率信號和待測信號同時開始計數(shù)。 2． 1． 4 多周期等精度測量方法 為避免以上缺陷，實現(xiàn)高精度的測量，可以采用多周期同步測量方法。由此想到將兩者結(jié)合，同時使用兩種方法，在高頻段用測頻法，在低頻段用測周法，設置一個劃分界限，例如 10KHZ，用軟件來實現(xiàn)量程的自動切換。由于傳統(tǒng)測周法測量時要求待測信號的周期不能太短，所以可通過 A分頻使待測信號的周期擴大 A倍，所測頻率為： fx=AN/T 精度在高頻雖然有所提高，但控制電路有點復雜。其待測頻率為： fx=N／ AT 但 待測信號脈沖間隔減小，間隔誤差降低，控制電路較復雜。 2． 1． 1 脈沖數(shù)倍頻測頻法 此法克服了傳統(tǒng)的測頻在低頻測量時精度不高的缺陷。 。有把相位差轉(zhuǎn)換為時間間隔進行測量。 傳統(tǒng)測相方法比較多，有用示波器測量的，但這樣直接測量的誤差比較大。 1． 2 相位測量原理 信號波形的表達式為 U=Ｕ msin(ω t＋ψ 0) 式中Ｕ m是電壓振幅；ω為角頻率；ψ0為初相位?？?