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方案设计和方案论证 2.1功能要求 设计出频率计数器的电路，要求有1ms的基准信号和能够计数到9.999MHZ。各部分设计如下： 1.取样时钟脉冲发生部分的设计； 2.计数器部分的设计； 3.LED显示部分的设计； 4.基准信号发生部分的设计。 要求频率最大能测定到9.999MHZ，并且能改变测定周期及最高计数频率。画出个部分框图和总电路。 2.2方案确定 2.2.1方案一 利用示波器读取波形的周期，然后求出它的倒数。这种方法是利用目测读取周期，所以误差非常大。 图2-1 利用示波器求频率的方法 例如，如果t=20ms，1÷(20×103)=0.05×103Hz=50Hz 如果t=17μs，1÷(17×106)=0.059×103kHz=59kHz 如果t=1μs，1÷(1×106)=1×106Hz=1MHz 2.2.2方案二 系统采用MCS-51系列单片机89C51作为控制核心，门控信号由89C51内部的计数/定时器产生，单位为1us。由于使用了单片机，整个系统具有极为灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能扩展与改进。原理框图如图2-2所示： 主控89C51串口显示 主控89C51 串口显示74LS164 图2-2 采用89C51作为控制核心的频率计数器原理框图 数字控制部分仅由一块单片机芯片AT89C51完成所有的频率测试和记录转换功能。 显示电路由五个数码管和5个8位移位寄存器74LS164组成。由于五个数码管至少需要40根I/O线，为节约资源，采用串行输入并行输出的74LS164进行驱动输出。单片机的两个并行口分别作为信号输出口和时钟控制信号。数字显示部分采用BS211(共阳极)的管脚图与BS201相同,其每段驱动电流为10mA. 频率计开始工作或者完成一次测量，系统软件都进行测量初始化，首先定时/计数器寄存器清零，运行位控制位TR置1，启动待测信号频率，计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值（即测量频率的最高位）开始测量，计数闸门结束时TR清0停止计数，计数寄存器中数值经过数制转换程序从十六位数制转换为十进制数，判断该数的最高位，若该位不为0，满足测量数据有效位要求，测量值和量程一起送到显示模块若该位为零，将计数闸门的宽度扩大10倍，重新对被测信号计数，直到满足测量数据有效位数要求。 2.2.3方案三 被测信号经过74HCU04，利用74HCU04作为放大器，比较器同样原封不动的使用74HCU04反相器，得到9.999MHz的信号，然后经过1/10分频器即74HC160，得到999.9kHz的信号，使用TC5051P作为计数器，但计数器TC5051P的输出是BCD式，所以不能够直接驱动7段LED，必须在显示器电路前加一个译码器，LED显示器需要用驱动信号驱动，在这里使用的芯片是将7段译码器和驱动集成在一个管壳内的TC5022BP。 计数器在计数过程中由控制电路控制开始计数，芯片TC5051P有4个十进制计数器，计数器为了能够计数到（9999），就需要10 000个脉冲。超过了计数器计数的范围，将会有溢出显示。此方案中频率计数器的系统框图如图2-3所示。 图2-3 频率计数器的框图 2.2.4方案论证 方案一误差较大，方案二使用了功能较强的单片89C51，使得对信号频率的测量精度大大提高，该单片是可编程芯片，使整个系统显得较为灵活，虽电路简单，但必须用程序进行控制较为麻烦，方案三完全是利用数字电路完成频率测量功能，因此我选择方案三作为具体实施方案。 电路原理图 频率计数器的工作原理。 频率测量的基本原理简介: 被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I，其频率与被测信号的频率fx相同。时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间t1=1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束时闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N HZ。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数[5]。 频率计数器的基本工作就是能够对1秒钟内有多少个被测定信号的时钟脉冲进行计数，也就是说，把测定频率的基本规则原封不动地用于电路，即将1秒钟内进入一个脉冲信号的频率设定为1Hz，所以，1MHz的信号就是在1秒钟之内计数到1 000 000个脉冲。 经常使用的信号频率大多在数千赫兹至数兆赫的范围。假设最大可以测定到10MHz，那就要求计数器必须具有计数到10 000 000个脉冲的能力。另外，尽管频率