1、智能仪器智能仪器课程设计课程设计 智智 能能 频频 率率 计计 - 1 - 目录目录 一：摘要一：摘要 二：设计方案二：设计方案 三：硬件电路设计三：硬件电路设计 四：电路原理图四：电路原理图 五：程序清单五：程序清单 六：总结六：总结 - 2 - 频率计：频率计： 在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差 较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较 慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能 够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的 应用范围。 在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测
2、试中。 频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率 计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。 在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进 行校准。 在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进 行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。 频率计的基本原理频率计的基本原理： 频率计最基本的工作原理为： 当被测信号在特定时间段 T 内的周期个数为 N 时，则被测信号的频率 f=N/T（如图所示）。 在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、 微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入
3、端。主门的另 外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门 的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计 数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成 各种测量功能之间的切换并实现测量设置。 设计方案：设计方案： 一，具体方案 - 3 - 方案一：先用 555 时基电路实现震荡电路的功能。用 TLO81 实现电路的整 形，用 74LS13，74LS00,74LS74 实现数字频率计的分频。利用 74LS08，74LS175 等实现计数与译码等功能。 方案二：用 VHDL 语言编写程序，然后下载到 CPLD 芯片当中，以实现频 率计的功
4、能。 方案三：采用汇编语言编写程序下载到单片机 AT89C51 中，利用单片机的 数学运算和控制功能，来实现频率计的测量量程的自动切换以及满足的测量精 度。 此次设计我采用的是方案三 采用分频器对被测信号进行分频后测量采用分频器对被测信号进行分频后测量电路原理：电路原理： 下图为频率计的方框图 电路主要由 5 部分组成。，四个双四位二进制计数器（74LS393 ） 。，闸门 - 4 - 电路：由于要求的工作频率较高，闸门电路选用了高抗干扰特性的与非门 74HC00，该与非门的 Tplh=5.9ns，Tphl=6.2ns，满足要求。，时基、门控信号： 制作频率计的关键点在于时基信号的准确性和稳定
5、性， 它决定了频率计的计数精 度。一般情况下时基都是单片机通过中断方式获得，由于 AT89S51 中断方式工 作存在有时延问题，这在低分辨率下可以忽略，但对大于 100MHZ 下 1HZ 的分 辨率是不能忽略的。所以在设计时基时没有使用中断而是直接用软件延时得到。 门控信号有 AT89S51 的 P3.2 脚送出。若要进一步提高精度，单片机 AT89S51 的 时钟电路可选用恒温晶体。，计算显示。，高频信号放大、分频处理电路。 AT89S51： A T89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反
6、复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 A TMEL 公司的高 密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集 成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，A T89S51 在众多嵌入式控制应用系统中得 到广泛应用。 AT89S51 示意图 74LS393： - 5 - 电路图：电路图： 采用单片机内部计数器计数溢出中断技术对被测信号进行计数采用单片机内部计数器计数溢出中断技术对被测信号进行计数： 利用单片机中的 T0、 T1 两个定时/计数器分别对阀门时间和被测信号进行同步计 数。当单片机上电复位时，开始定时及计数工作。定时时间一到，计数器 T0 中 的计数值即为被测信号的频率;单片机输出 T0 的计数值送到 LED 显示器上将被 测信号的频率进行数码显示。 由于 89c51 单片机内部的两个定时器/计数器都是 16 位的，最大技术范围为 65536。在本系统中，阀门时间为 1s，则所测信号的最高频率为 655
