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电子计数器的设计 专业：电子科学与技术 姓名：韩杰 指导教师：孙春霞 1.电子计数器的背景以及发展趋势 2.电子计数器的分类 3.电子计数器的工作原理 4.硬件电路设计 5.软件设计 6.结论 谢谢 兰州交通大学 主要内容 1.电子计数器的背景以及发展趋势 2.电子计数器的分类 3.电子计数器的工作原理 4.硬件电路设计 5.软件设计 6.结论 电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史。随着电子计数器的发展，其灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断增强。现在不但要有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率等通常计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能等。测量的数字化、智能化是当前测量技术发展的趋势 。 电子计数器按功能可分四类： 1.通用计数器：可测频率、周期、时间间隔等。 2.频率计数器: 只具有测量频率这一单一功能， 但其测量频率的范围很宽。 3.时间间隔计数器: 是以测量时间间隔为基础的计数器 4.特种计数器:具有某些特殊功能的计数器，如可逆计数器、查值计数器等。 按计数方法可分为两类： 一类是加法计数器；一类是减法计数器。 3.1 技术指标 1.频率周期测量范围：1HZ-1MHZ，信号为方波、正弦波；幅度为0.1V-5V； 2.频率周期测量误差：0.1%； 3.十进制数字显示，显示刷新时间1S-10S连续可调； 4.具有自校功能，时标信号频率为1MHZ。 3.2 设计方案 频率的测量通常有3种方法：直接测量法，组合法和多周期同步测量法。 直接测量法电路简单，不需要很复杂的调试过程，本设计的技术指标要求不高，因此采用直接测量法。 3.3 直接测量频率的原理 3.3.1 频率的测量 图1 直接测频法原理框图 被测信号的频率fx=N/T。 频率定义为一个周期性过程在单位时间内重复的次数。 图2 测周期法原理框图 3.3.2 周期的测量 被测信号的周期为 Tx=NT 周期是频率的倒数，因此，测量周期时可以把测量频率时的计数信号和门控信号的来源相对换来实现。 电子计数器结构框图如图3所示，由五个基本模块来实现其功能。电子计数器系统分为整形电路、闸门、闸门信号产生电路、计数电路和显示电路等几个模块。 3.4 电子计数器的结构框图 图3 系统结构框图 图3 系统结构框图 4.1 整形电路 由于输入的信号可以是正弦波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路，全部转化为矩形波后再送入闸门进行计数。 本设计以AD825核心设计整形电路， AD825是一个高精度、高速度并且低功耗的精密运放，截至频率高达41M，能够满足电路中对1M信号进行处理的要求。电路如图4所示。 图4 整形电路 4.2 闸门电路 闸门电路是实现在一个完整的高电平阶段打开闸门进行计数功能的电路。闸门电路采用74LS74 ，74LS74为带预置和清除端的两组 D 型触发器，在闸门电路中，采用两个D型触发器做一个闸门电路。电路如图5所示。 图5 闸门电路 4.3 计数电路 电子计数器的核心部件是一个加法计数器，其脉冲有两个来源：外部脉冲源和系统的时钟振荡器。电子计数器对两个脉冲源之一进行输入计数，每输入一个脉冲，计数值加一。当计数到计数值为全一时，再输入一个脉冲使计数值回零，同时从最高位溢出一个脉冲使特殊功能寄存器的某一位TFx置1，作为计数器的溢出中断标志。 本设计中计数电路采用6个74LS161联成一个24位的计数器，用来在闸门开启的时候对标准脉冲进行计数。电路如图6所示。 图6 计数电路 4.4 显示电路 计数电路的计数数据通过单片机AT89S52的P0和P2端口后，由8位数码管将最终结果显示出来。 本设计中，采用了8位7段共阳数码管用动态扫描的方式显示处理结果。由于选用的数码管具有小数点的功能，而设计要求被测信号为1HZ-1MHZ，所以8位数码管完全能够显示设计要求内所有被测信号的频率大小。电路如图7所示。 图7 显示电路 4.5 控制电路 控制电路以AT89S52单片机为核心构成电子计数器的控制系统。通过单片机产生闸门时基信号，并将计数器的计数值换算为周期或频率值控制显示电路。 AT89S52是51系列单片机，它是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，片内含8k字节可反复擦写的Flash只读程序存储器，AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位