简易多功能计数器1

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1、简易多功能计数器一、方案比较及论证1、方案比较方案一：系统测频部分采用中小规模数字集成电路，对输入信号作分频整形处理后，再与脉宽的标准信号相与，其输出作为计数脉冲，由计数器计数，然后锁存、译码输出到数码管显示。该方案的特点是硬件电路简单，但工作速度低，精度差，难以达到设计要求，而且不能测量周期与占空比。方案二：系统采用可编程逻辑器件作为信号处理及系统控制核心，完成包括计数、门控、显示等一系列工作。该方案集成度高，但可编程逻辑器件价格较高，在本题中使用，将导致系统性能价格比降低。方案三：系统采用MCS-51单片机AT89C52作为控制核心，由于单片机自带计数器的计数频率

2、上限较低，输入时钟的频率通常只能是系统时钟频率的几分之一甚至几十分之一，因此采用外部计数器对输入信号进行计数，计数值再由单片机读取，单片机只完成运算、控制及显示功能。该方案由于采用单片机技术，使其具有智能化的特点，简化了硬件电路，提高了测量精度，同时也能利用软件对测量误差进行补偿，并能方便地对系统进行功能扩展与改进。2方案确定分析以上三种方案的优缺点，方案三具有更大的优越性、灵活性，因此我们采用方案三作为具体实施的方案。二、简易多功能计数器系统方案设计1、简易多功能计数器原理方框图89C51脉冲输入信号处理模数转换器脉冲输入分频计数8255键盘和显示按键显示61板单片

3、机语音报数如图1所示，是简易多功能计数器原理方框图。图1简易多功能计数器原理方框图2、各部分电路的选取及硬件实现2.1单片机控制电路其电路原理图如图2所示图2控制电路原理图单片机控制电路是以单片机89C52为核心，整个系统的控制和操作全部由单片机控制电路完成，如各项性能指标的测量、各种参数测量之间的切换、LED显示、实时语音播报等。凌阳单片机SPCE061A是一款16位单片机，时钟频率在32768Hz～49MHz范围内可选择。内部具有8路A/D通道，其中一路为MIC音频通道，2路D/A通道，具有语音录制和语音播放功能，可以完成自由发挥部分的测试参数实时语音播放和语音提

4、示功能。2.2频率、周期测量模块设计（1）频率、周期测量原理：在某个已知的标准时间间隔T（如1s）内，测出被测信号重复的次数N，f=N/T就是信号频率。基本原理框图如图3所示放大整形时间闸门计数器译码显示门控信号晶振分频电路被测信号图3周期频率测量电路原理方框图图中晶振提供测量的时间基准，经分频后产生准确地时间间隔T，作为门控信号去开启与关闭时间闸门。闸门开启时，被测信号经过放大整形后，进入计数器进行计数，闸门关闭时，停止计数。若在时间间隔T内，计数值为N，则被测信号的频率f=N/T。由于单片机具有程序运算功能，且频率为周期的倒数，测的频率值，即可通过运算得到周期数。

5、（2）理论计算与分析当f≥10KHz时，采用计时1到10ms，同时测量脉冲个数n；①1MHz≤f≤10MHz，定时200ms，测量脉冲个数n②100KHz≤f≤1MHz，定时500ms，测量脉冲个数n③10KHz≤f≤100KHz，定时1000ms，测量脉冲个数n当f≤10KHz，采用计1到1000个脉冲，同时测量所用时间t①1KHz≤f≤10KHz，计1000个脉冲，同时测量所用时间t②100Hz≤f≤1KHz，计100个脉冲，同时测量所用时间t③10Hz≤f≤100Hz，计10个脉冲，同时测量所用时间t④0.01Hz≤f≤10Hz，计1个脉冲，同时测量所用时间t总

6、结以上两种测量方式，形式虽然不同，但其原理一样，总结其计算公式如下：…………（1）…………（2）…………（3）由以上（1）（2）（3）式可以计算出所需的频率与周期所选芯片74ls00典型的时间延时为几ns到十几ns；74ls74典型的时间延时为几ns到十几ns；74HC4040典型时间延时为几ns到十几ns，频率高达79MHz。理论计算结果可得精度0.01%，符合题目要求。2.3时间间隔测量模块设计（1）时间间隔测量原理：信号输入后经过放大整形处理，再经由高频积分电路积分输出积分电压，积分电压通过12位模数转换器AD574转换输出，利用其输出计算信号的占空比，然后算出

7、信号脉宽。其原理图如图3所示（2）理论计算及分析占空比计算公式：…………（4）时间间隔计算公式P=ρ*T…………（5）由以上两式可以计算出时间间隔D为AD574十二位模数转换输出，ρ为信号占空比，P为时间间隔，T为信号周期①当信号频率f≤1KHz时，根据误差0.1%要求时间间隔大于1μs，可直接测量时间间隔。②当信号频率f≥1KHz时，信号经过高频积分得到的电压经过AD574十二位模数转换后经过公式（4）（5）计算出时间间隔假设当ρ=1时，Vi=10vD=0FFFH当ρ=0.5时Vi=5vD=07FFH当ρ=0时Vi=0vD=00H采用芯片AD574