2008年f题 简易多功能计数器2

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1、F甲简易多功能计数器山东理工大学应李俊、曾奕平、王一专家点评:该参赛作品论文写作规范，方案具体、数据翔实，采用MCS-51单片机AT89C52作为控制核心，辅以凌阳单片机SPCE061A实现语音播放，实现题目的基本要求和发挥设计。原理图设计正确，测试步骤具体，测试结果真实可信。现场测试发现作品采用八位数码显示所测参数的名称、符号、数值和单位，做工良好。尤其采用电源隔离、软件校准、模数隔离等措施，增强了抗干扰能力，测量精度高，设计考虑周全，作为学生短时间设计实现的作品，表现优异。潍坊学院杜德副教授2008/9/24摘要：本设计是一个多

2、功能计数器系统，该系统以单片机为控制中心利用单片机的数学运算和控制功能，结合部分中规模模拟数字电路，实现测量频率、周期、时间间隔三种基本功能的，并能用键盘选择三种功能进行测量，显示六位测量结果。自由发挥部分增加实现了峰值测量、环境温度测量、实时时间显示，语音报数等功能。通过对系统的调试与使用，系统运行良好，实现了多功能计数器题目的所有要求，该多功能计数器性能指标较高。关键词：多功能计数器、周期测量、频率测量、时间间隔测量一、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

3、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

4、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

5、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示功能。2.2频率、周

6、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

7、算得到周期数。（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t④0.01H

8、z≤f≤10Hz，计1个脉冲，同时测量所用时间t总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