【正文】 件開銷，是一種經(jīng)濟(jì) .實用的方法。這 里 選用 74LS164 來擴(kuò)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(dāng)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(dāng) 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。當(dāng) 有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，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 并在 CLOCK 上升沿作用下決定 Q0的狀態(tài)。讓單片機(jī)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。清除端 CLEAR 與單片機(jī)的一個 I/O 口相連，讓單片機(jī)來控制。有了移位寄存器就可任意擴(kuò)展并行口了，在這里用八片 74LS164 擴(kuò)展八個 8位的并行輸出口。 74LS164 將串行數(shù)據(jù)換成并行數(shù)據(jù)，進(jìn)行鎖存。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。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。當(dāng)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(yīng)的段被顯示。共陽極的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當(dāng)某個發(fā)光二極管接低電平時，發(fā)光二極管被電亮，相應(yīng)的段被顯示。所以在用之前要先檢測其為哪種數(shù)碼管。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。在這里選擇 100Ω的。 使用這 種方法主程序可不必掃描顯示器，從而單片機(jī)可以進(jìn)行下一測量。這種方法也便于對顯示位數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。 單片機(jī)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(kuò)展報警電路 作為測量儀器，一般都有它的測量范圍。在這里設(shè)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(dāng)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(shè)計一個報警電路，當(dāng)測量超過其范圍時系統(tǒng)發(fā)出報警聲來提示 。警報電路是用硬件來實現(xiàn)的，先將頻率轉(zhuǎn)換成電壓，并計算出 8MHZ 頻率轉(zhuǎn)換出的電壓，設(shè)值為 V1，再用一電壓比較器把轉(zhuǎn)換后的電壓與 V1進(jìn)行比較，如果比 V1 值大，說明所測頻率超限，那么啟動報警信號使蜂鳴器響，并與單片機(jī)相連控制顯示器使其不顯示。如電壓比 V1 值小則說明沒超限，照常工作。 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。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(yùn)算放大東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計電路 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(yùn)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(yùn)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(dāng)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(dāng)?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(zhǔn)確地送到負(fù)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。電容 C2的值取決于紋波電壓的大小和實際應(yīng)用中所需要的響應(yīng)時間。 一般 LM2907工作頻率為幾十 K到幾百 K赫茲， 工作電壓 接 5V，超限頻率為 8MHZ， 所以必須接一分頻器，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(dāng)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)。 定時電容 C1可為充電泵提供內(nèi)部補(bǔ)償，為了獲得準(zhǔn)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。所以選擇 C1為 1000PF， R1為 10KΩ。 C2為 ， 8MHZ所對應(yīng)的電壓為 。其轉(zhuǎn)換電路如下圖所示： 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 1 2 3 4 5891 01 11 2++充 電 泵V C CC 1 C 2R 12 0 0 Ω1 0 K Ω+V o u t1 0 K Ω0 . 4 7 u F1 0 0 0 p FV o u tQ0Q1Q2Q3C K C KQ0Q1Q2Q3f x7 4 L S 3 9 37 4 L S 3 9 3 圖 312 頻率 /電壓轉(zhuǎn)換電路 將轉(zhuǎn)換后的電壓接如一電壓比較器，這里就用前面介紹的 LM339來實現(xiàn)，因 8MHZ所對應(yīng)的電壓為 ， ，試設(shè)置為 1V，選擇 R1為 20KΩ ， R2為40KΩ (兩個 20KΩ串聯(lián)） 。 LM339的輸出端接入單片機(jī)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。若為低電平，使 ， 7406輸出高電平，約 +5V，壓電蜂鳴器兩端的直流電壓降至接近 0V，就不會發(fā)音。其電路實現(xiàn)圖如下所示： +R 1R 2V 0 u tL M 3 3 9V c cP 1 . 5 P 1 . 61壓 電 式蜂 鳴 器+ 5 VA T 8 9 C 5 17 4 L S 0 4 圖 313 報警電路 3． 2 測相電路設(shè)計 3． 2． 1 前級放大整形電路 這部分電路主要是由電壓跟隨器 .放大器和比較器組成的，可完成對兩列同頻信號的放大 .整形，取出相位差信號。信號先經(jīng)一級 電壓跟隨器后再進(jìn)行放大，電壓跟隨器可以提高測量儀的輸入阻抗。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(yùn)放大器 LM324，這個芯片在前面有介紹。放大器也選用 LM324。其電路圖如下所示： 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 + 5 V+ 5 VL M 3 2 4L M 3 2 4++ 5 v+ 5 v1 0 k2 0 k1 . 1 k+ 5 v1 0 k2 0 k1 . 1 k+L M 3 2 4L M 3 2 4f 1f 2 f 1 39。f 2 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。整形電路用的是遲滯比較器，用一滑動變阻器來調(diào)整跳變電壓 ,以便輸出對稱的方波 ,如處理不當(dāng)可能輸出的就不是對稱 的方波了。 用 LM339 構(gòu)成遲滯回環(huán)比較器，目的是為了有效地避免過零信號的干擾和抖動所引起的電壓跳變，在單限比較器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出的躍變，不管這種微小變化是源于輸入信號還是外部干擾，遲滯比較器具有滯回特性，具有一定的抗干擾能力，兩閥值電壓的差值愈大，電路的抗干擾能力愈強(qiáng)。最后再通過一級單們限電壓比較器輸出 TTL 信號。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。f 2 39。A 5 v 圖 315 前級整形電路 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 在此，設(shè)置比較起的跳變電壓為 1 伏，由 對電壓的分壓得到，選擇 R1 為20K， R2 為 60K（三個 20K 的電阻串聯(lián)得到）， Rf 為 20K。 f 1f 1 39。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(jī)為核心的，不得不先考慮它的工作條件，單片機(jī)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(dá) 1MHZ 的信號能夠測量，如對信號不進(jìn)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(jī)接受的，所以必須對被測信號和晶振頻率進(jìn)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(jìn)行 10 分頻，對 8MHZ 的晶振信號進(jìn)行 20分頻，分頻與否由單片機(jī)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(jī)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(jī)處理，然后再送數(shù)碼管顯示。分頻部分電路如圖所示： 7 4 L S 0 0AB C L K 0 C L K 1 G A T E 0 G A T E 1 O U T 0 O U T 1 W R R D A 2A 1C SD 7...D 0..P 0 . 7 P 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2R D W R P 1 . 3 P 1 . 4P 0 . 0 B ’CA T 8 9 C 5 18 2 5 48 M 晶 振信 號 圖 317 測相分頻電路 同步等精度測量部分：結(jié)合測頻電路里同步門邏輯控制電路，同樣用一 D觸發(fā)器來實現(xiàn)，思想與前面是一樣的，電路也是一樣的。 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 顯示部分：因設(shè)計要求兩信號差小于 90 度，用兩片數(shù)碼管就可以滿足設(shè)計要求了，同樣是用串行口擴(kuò)展并行口，接兩片數(shù)碼管就可以了。 測量顯示電路如圖所示： B ’D C PCI N T 0I N T 1T 0T 1R X DT X DA T 8 9 c 5 1顯 示P 1 . 5P 1 . 6 圖 318 測相顯示電路 3． 2． 3 相位極性判別電路 相位測量電路中，只能給出相位差的大小，無法判斷波形的超前或者滯后，必須設(shè)計一個電路來完成此功能，要解決判別出波形的超前或