电子计数器的毕业设计

1、摘摘 要要电子计数器是电子测量领域中最常见的测量仪器之一，它可以测量方波和正弦波的频率、周期和脉冲宽度等时间参数。本设计主要以 at89s52 作为控制单元，采用了直接测量法完成高精度频率计的设计，在软件编程中采用的是 c 语言。本论文由五部分组成：第一部分是绪论；第二部分是电子计数器的原理介绍；第三部分是单元电路的设计；第四部分是程序设计；第五部分是结论。系统以单片机 at89s52 为核心的控制系统，不但缩短了开发研制周期，并使本系统具有结构紧凑、体积小、可靠性高、测频范围宽、精度高等特点。关键词关键词：频率计；89s52 单片机；c 语言abstractelectronic counte

2、r is the most common measure in the field of electronic measuring, it can measure many time parameters: frequency of square wave and sine wave, the time period, pulse width and so on. the at89s52 is the mainly control unit of the design, complete the high-precision frequency meter with direct measur

3、ement, the c programming language is used during software programming. this paper consists of five parts, the first part is introduction, the second part introduces the principles of the electronic counter, and the third part is the design of the circuit unit, the fourth part is the program design,

4、the fifth part is the conclusion. at89s52 microcontroller is the core of the control system, shorten the deceloped cycle, and so that the system has a compact structure, small size, high reliability and wide range of frequency measurement, high precision.key words: cymometer; the single chip microco

5、mputer 89s52; c programming language目目 录录摘 要 .iabstract .ii1. 绪论 .11.1 电子计数器概述.11.2 电子计数器背景及发展趋势.21.3 课题研究的意义与作用.31.4 电子计数器的设计要求及技术指标.42. 电子计数器的工作原理 .52.1 电子计数器的基本功能.52.2 电子计数器的设计方案.52.2.1 电子计数器的分类 .52.2.2 实现方法 .62.3 电子计数器的工作原理.62.3.1 电子计数器的基本工作原理 .62.3.2 电子计数器的基本结构 .93. 硬件电路设计 .123.1 整形电路.123.2闸门电路

6、 .133.3 计数电路.143.4 锁存电路.163.5 显示电路.173.6控制电路 .183.7 控制选择电路.203.8 电源电路.213.9 整体电路图.214. 软件设计 .25结论 .26致谢 .27参考文献 .28附录： .291.1. 绪论绪论1.11.1 电子计数器概电子计数器概述述电子计数器是数字电路中的一个典型应用，在实际的硬件设计中用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。电子计数器是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其它具有周期特性的信号的频率，而且还可以测量它们的周

7、期。经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价器等。因此电子计数器在测量物理量方面应用广泛。本设计用 c 语言实现电子计数器测频系统，能够用十进制数码显示被测信号的频率，能够测量正弦波、方波和三角波等信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。具有体积小、可靠性高、功耗低的特点。电子计数器是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。采用 c语言编程设计实现的电子计数器，除被测信号的整形部分、键输入部分和数码显示部分以外，其余全部在一片 fpga 芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活

8、的现场可更改性。在不更改硬件电路的基础上，对系统进行各种改进还可以进一步提高系统的性能。该电子计数器具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。 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。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计算器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段。在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多

9、种，其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点,是频率测量的重要手段之一。在数字系统中使用的最多的时序电路要算是计数器了。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频，定时，产生时标脉冲和脉冲序列以及进行数字运算。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。如果用做计数器，在计数到满值或至 0 后，重置初始值自动开始新的计数过程，从而获得连续的脉冲输入。可编程定时器数字计数器是测量信号频率的装置，也可以用来测

10、量方波脉冲的脉宽，通常频率以数字形式直接显示出来，简便易读，即所谓的数字频率计，频率测量对生产过程监控有很重要的作用，可以发现系统运行中的异常情况，以便迅速作出处理。 at89s52 是一个低功耗，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 8k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 flash 只读程序存储器，器件采用atmel 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，功能强大的微型计算机的 at89s52 可为许多嵌

11、入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 at89s52具有如下特点：40 个引脚，8k bytes flash 片内程序存储器，256 bytes 的随机存取数据存储器（ram） ，32 个外部双向输入输出（i/o）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。mcs51 是指由美国 intel 公司（对了，就是大名鼎鼎的 intel）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752 等，其中 8051 是最早最典型的产品，该系列其它

12、单片机都是在 8051 的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051 来称呼 mcs51 系列单片机，而 8031 是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到 8031 的名称。intel 公司将 mcs51 的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以 8051 为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中 89c52 就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国 atmel 公司开发生产的3。1.21.2 电子计数器背景及发展趋势电子计数器背景及发展趋势当今，单片微型计算机技术迅速发展，由单片机技术开发的计数设备和产品广泛应用到各个领域

13、，单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高。企业迫切需要大量熟练掌握单片机技术并能开发、应用和维护管理这些智能化产品的高级工程技术人才。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。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计数器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻成熟完善。应用现代技术可以轻松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段。现代电子计数器的特点是：(1)使用单片机智能控制，无须换档就可对 20 hz100mhz 信号进行测量，其显示结果可自动转换单位；(2)可测量电信号的周期、频

14、率、脉宽、占空比，测量精度高(误差小于 0001)。可广泛应用于电子实验室、电子企业及科研场所。单片机以体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点，已成为实现工业生产技术进步和开发机电一体化和智能化测控产品的重要手段。由于微电子技术和计算机技术的发展，智能电子计数器也都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断地增加。同时随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率，除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，时域分析功能

15、等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。随着大规模集成电路技术的发展及电子产品市场运作节奏的进一步加快，涉及诸如计算机应用、通信、智能仪表、医用设备、军事、民用电器等领域的现代电子设计技术已迈入一个全新的阶段。在电子测量中，频率的测量精确度是非常高的。利用计数法测量频率具有精度高、使用方便、容易实现测量过程自动化等一系列突出优点，已成为目前频率测量的重要方法。人们将许多参数的测量转换为频率量来测量和处理。传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，在使用过程

16、中存在电路结构复杂，测量精度低、故障率高、维护不易等问题，其产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。测量的数字化、智能化是当前测量技术发展的趋势。1.31.3 课题研究的意义与作用课题研究的意义与作用数字频率计数器又称通用计数器，是电子测量领域中最常见的测量仪器之一。它可以测量正弦波的频率（周期） ，脉冲波的频率（周期） ，脉冲宽度等时间参数。随着单片机技术的不断发展，针对普通频率计存在读数难、测量精度低等问题,设计师们用单片机通过软件设计，采用适当的算法取代这部分得电路。这样不仅能弥补上述不足，而且性能也将大有提高。目前采用

17、单片机控制的数字频率计, 用于测量方波、正弦波或其它脉冲信号的频率, 并用数字显示, 具有精度高、测量迅速、读数方便等优点, 已经在电子测量领域里得到了广泛应用。mcs51 系列单片机具有体积小，功能强，性能价格比较高等特点，因此被广泛应用于工业控制和智能化仪器，仪表等领域。本次设计的数字频率计以 at89s52 单片机为核心，具有性能优良，精度高，可靠性好等特点。1.41.4 电子计数器的设计要求及技术指标电子计数器的设计要求及技术指标设计要求：能实现频率测量、周期测量、脉冲宽度测量；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 0.1v5v；(2).频率

18、周期测量误差：0.1%（以实验室标准频率计为准） ；(3).脉冲测量范围：脉冲宽度不超过 100s，信号为脉冲波，幅度为 0.1v5v；(4).脉冲测量误差：0.1%。(5).十进制数字显示，显示刷新时间 1s10s 连续可调；(6).具有自校功能，时标信号频率为 1mhz。2. 电子计数器的工作原理电子计数器的工作原理2.12.1 电子计数器的基本功能电子计数器的基本功能电子计数器可具有以下三种基本功能:(1).频率测量：被测信号从 a 通道输入，若 tb 为 1 秒，则读数 n 即为以赫为单位的频率 fa。由晶体振荡器输出的标准频率信号频后形成闸门时间信号而确定 tb 之值。(2).周期或

19、时间间隔测量：被测信号由 b 信道输入，控制闸门电路，而 a 通路的输入信号是由时基电路提供的时钟脉冲信号。计数器计入之数为闸门开放时间，亦即被测信号的周期或时间间隔。(3).累加计数：由人工触发开放闸门,计数器对 a 通道信号进行累加计数。在这些功能的基础上再增加某些辅助电路或装置，计数器还可完成多周期平均、时间间隔平均、频率比值和频率扩展等功能。电子计数器性能指标主要包括：频率、周期、时间间隔测量范围、输入特性（灵敏度、输入阻抗和波形） 、精度、分辨度和误差（计数误差、时基误差和触发误差）等。2.22.2 电子计数器的设计方案电子计数器的设计方案2.2.1 电子计数器的分类电子计数器的分类

20、按功能的不同，电子计数器可以分为四大类：(1)通用计数器：通用计数器具有多种测量功能，一般具有测频、测周、测时间、测多周期平均、测频率比、测任意时间间隔内的脉冲个数以及累加功能。(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。如macroni 公司的 2240 型微波频率计数器的测频范围为 10hz20ghz。(3)时间间隔计数器：是以测量时间间隔为基础的计数器，用以测量电信号之间的时间间隔，也可以用来测量一个周期信号的周期、脉冲宽度、占空系数、上升时间和下降时间。(4)特种计数器：具有特殊功能的计数器。包括可逆计数器、预置计数器、序列计数器和查值计数器等。按直接计数的最

21、高频率可分为四类：(1)低速计数器：最高计数频率为 10mhz。(2)中速计数器：计数频率范围为 10100mhz。(3)高速计数器：计数范围大于 100mhz。(4)微波计数器：计数频率范围在 180ghz。计数器在计数方法上分为加法计数器和减法计数器。加法计数器是每有一个脉冲就加一，当加到预先设定的计数器时，产生一个定时信号。减法计数器是在送入计数初值后，每送来一个脉冲，计数器就减 1，减到 0 时产生一个定时信号输出。2.2.22.2.2 实现方法实现方法频率的测量通常说有 3 种方法：直接测量法、直接与间接测量相结合的方法和多周期同步测量法。直接测量法误差较大，但电路简单，后两种方法测

22、量精度高，但电路复杂。直接测量法电路简单，不需要很复杂的调试过程，其测量的关键是在秒控制信号，如果有高精度的秒控制信号，其测量误差可做到很小，根据本设计的技术要求采用直接测量法即可。此设计采用性能稳定的定时器 555 构成的多谐震荡器产生标准时间信号。设 fx 为待测频率，从 a 端输入被测信号，经整形电路变成方波，加到与非门的一个输入端上。该与非门起主闸门的作用，在与非门的第二个输入端上加闸门控制信号，控制信号为低电平时，闸门关闭，无信号进入计数器；控制信号为高电平时，闸门开启，整形后的脉冲进入计数器计数。电子计数器是用来测量正弦信号,矩形信号,三角波等波形工作频率的仪器,其测量结果直接用十

23、进制数字显示。 2.32.3 电子计数器的工作原理电子计数器的工作原理2.3.12.3.1 电子计数器的基本工作原理电子计数器的基本工作原理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 tcon(定时器控制寄存器)的某一位 tfx 置 1，作为计数器的溢出中断标志。若工作于定时状态，则表示定时时间；若工作于计数状态，则表示计数回零。所以电子计数器的基本功能是对输入脉冲进行加一计数。工作于何种方式

24、，取决于脉冲源，当脉冲源为时钟振荡器（等间隔脉冲序列）时。由于计数脉冲为一固定时间脉冲基准，脉冲数乘以脉冲间隔就是定时时间，表现为定时功能。从通道输入频率为 f 的经整形的信号控制闸门电路,即以一个脉冲开门,以随后的一个脉冲关门。两脉冲的时间间隔(tb)为开门时间。由 a 通道输入经整形的频率为 fa的脉冲群在开门时间内通过闸门，使计数器计数，所计之数 nfatb。对 a、b 通道作某些选择，用作计数器时，每个机器周期计数器加 1，所以可以把它看作累加机器周期，一个机器周期包括 12 个振荡周期。则计数频率为振荡频率的十二分之一。用作计数器时，计数脉冲来自外部输入引脚 t0 或 t1,当输入信

25、号发生一个由 1 到 0 的跳变时，计数器加一。在每个机器周期的 sp 期间采样外部输入信号，当一个周期的采样值为高电平、下一个周期的采样值为低电平时，计数器加一。新的计数值在紧接着检测到一个跳变后的下一个周期的 sp 期间在寄存器中出现。即在第一个机器周期的 sp 检测到高电平，在第二个机器周期的 sp 检测到低电平，在第三个机器周期的 sp 改变计数值。由于识别一个从 1 到 0 的跳变要用两个机器周期，所以最快的计数频率是振荡器频率的二十四分之一。对外部输入的信号占空比没有限制，为确保每一给定的电平在变化之前至少被采样一次，该信号至少应保持一个完整的机器周期6。频率定义为一个周期性过程在

26、单位时间内重复的次数，只要在一定的时间间隔t内测出这个过程的周期数n。若计数器计数值为n，则被测信号的频率fx=n/t，其原理框图和时序图如图 2.1 所示：（a a）. .直接测频法原理框图直接测频法原理框图 （b b）. .直接测频法时序图直接测频法时序图图图 2.12.1 （a a）. .直接测频法原理框图；（直接测频法原理框图；（b b）. .直接测频法时序图直接测频法时序图图 2.1 为频率测量原理框图，频率为fx 的被测信号，由 a 端输入，经 a 通道放大整形后输往主门（闸门） 。晶体振荡器（简称晶振）产生频率准确度和稳定度都非常高的振荡信号， 经一系列分频器逐级分频之后，可获得

27、各种标准时间脉冲信号（简称时标） 。通过闸门时间选择开关将所选时标信号加到门控双稳， 再经门控双稳形成控制主门启、闭作用的时间t（称闸门时间） ，则在所选闸门时间t内主门开启，被测信号通过主门进入计数器计数。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，周期测量原理图如图 2.2 所示： （a a）. .测周期法原理框图测周期法原理框图（b b）. .测周期法时序图测周期法时序图图图 2.22.2 （a a）. .测周期法原理框图；（测周期法原理框图；（b b）. .测周期法时序图测周期法时序图 周期为tx 的被测信号由 b 通道进入，经 b 通道处

28、理后，再经门控双稳输出作为主门启闭的控制信号， 使主门仅在被测周期tx 时间内开启。晶体振荡器输出的信号经倍频和分频得到了一系列的时标信号，通过时标选择开关，所选时标经 a 通道送往主门。在主门的开启时间内，时标进入计数器计数。若所选时标为，计数器计数值为 n，则被测信号的周期为。nttx 2.3.22.3.2 电子计数器的基本结构电子计数器的基本结构根据电子计数器的基本原理，本文设计方案的基本思想是分为五个模块来实现其功能，结构框图如图 2.3 所示，即整个电子计数器系统分为输入电路、闸门、闸门信号产生电路、计数锁存电路和显示电路等几个单元，并分别用单片机对其进行编程，实现了闸门控制信号、计

29、数电路、锁存电路和显示电路等。图图 2.32.3 系统结构框图系统结构框图输入电路：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。在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前，由于要求被测信号幅度为0.1v5v，不需要再经过放大衰减处理，所以取消了衰减放大电路的设计。频率测量：被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波） ，送入闸门电路，等待闸门信号的到来。闸门信号直接由 at89s52 单片机的晶振信号产生，然后通过ad825 运算放大器构成的跟随器从而产生 10mhz 的闸门信号。被测信号通过闸门，作

30、为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。多功能电子式计数器由信号输入电路、信号处理电路、计数及显示驱动电路、计数状态控制电路、显示器和电源电路构成，可接受各种电压幅度的脉冲电压和触点开关两种形式的输入信号，信号处理电路通过光电耦合器与信号输入电路联接实现了信号输入电路与计数工作电路的光电隔离，利用计数状态控制电路可控制输入信号的阻断及计数器的复位。计数器有外接端子可与外部控制电路或装置联接由外部来控制计数器的工作状态和计数器的复位。信号输入电路由至少两条由限流电阻与开关串联构成分挡开关电路，并联构成迭挡器。一端与选挡器输入端并联，另一端与电源电路正极联接。控

31、制开关、阳极与选挡器输出端联接的发光二极管阳极与发光二极管阴极联接，集电极经电阻与电源电路正极联接的光电偶合器，阳极与光电偶合器阴极联接的整流二极管构成，信号处理电路由输入端与信号输入电路光电偶合器集电极联接，其输出端经电阻与电源电路正极联接的施密特触发器、输入端与施密特触发器输出端联接的同相缓冲器、反相缓冲器，控制端分别与同相缓冲器、反相缓冲器输出端联接，其输出端并联的两个膜拟开关、与模拟开关输出端并联的滤波电路构成，与同相缓冲器输出端联接的模拟开关的输人端接电源正极与反相缓冲器输出端联接的模拟开关的输入端接公共地，计数及显示驱动电路由计数及显示驱动集成电路芯片和芯片工作辅助外围电路构成，其

32、计数输入端接信号处理电路输出端，其输出接显示器输入端，计数及显示驱动集成电路芯片为具有复位端和计数使能端的并对计数输入端的脉冲信号以十进位方式计数的具有多位显示译码和直接驱动显示器进行数码显示的集成电路芯片，计数状态控制电路由一端接计数及显示驱动集成电路芯片复位端，另一端接系统公共地的复位开关和公共端接集成电路芯片的计数使能端，其另外面端分别接电源电路正极和公共地的单刀双掷开关构成。at89s52 是 51 系列单片机，它是 atmel 公司生产的。它是一个低电压，高性能cmos8 位单片机，片内含 8kbytes 的可反复擦写的 flash 只读程序存储器和 256bytes的随机存取数据存

33、储器（ram） ，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 mcs-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 flash 存储单元，功能强大的 at89s52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合7。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 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，at89s52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(s 系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和 flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 flash 存储器可有效地降

34、低开发成本。at89s52 兼容 mcs51 指令系统，有 8k 可反复擦写(1000 次）flashrom，32 个双向i/o 口，256x8bit 内部 ram，3 个 16 位可编程定时/计数器中断时钟频率 0-24mhz，2个串行中断可编程 uart 串行通道，2 个外部中断源，共 6 个中断源，2 个读写中断口线 3 级加密位，低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。at89s52 系列单片机包含了与之相对应的 at89c51 系列单片机的所有内部资源，并且新增了在系统可重复编程的功能。电路中，使用一个单片机完成将计数器的计数值换算为周期和频率的计算。8 位数码管的显示采用动态

35、扫描方式，也需要单片机实时的参与。一般来说同时，只有当系统需要增加一个额外的 8 位的定时器时，才能把计数器 0 设置为方式 3。当计数器工作于方式 3 时，由于 tho 借用了计数器 1 的运行控制位和益处中断标志，此时计数器 1虽然可以设置为方式 0、方式 1 和方式 2，但是只能用在不需要中断控制的场合。闸门时基 10mhz 也通过单片机的晶振产生，然后通过由 ad825 运算放大器构成的过零比较器，从而产生 10mhz 的闸门信号。3. 硬件电路设计硬件电路设计3.13.1 整形电路整形电路整形电路如图 3.1 所示，设计要求能对正弦波和方波进行处理，而且电压为0.1v5v，故信号需要

36、使用调理电路进行整形，全部转化为矩形波后再送入闸门进行计数。1j2con1c810ufr14200nc1-in2+in3-v s4nc5out put6+v s7nc8r?ad825v cc图图 3.13.1 整形电路整形电路ad825 是一个高精度、高速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。被测信号从 con1 输入，然后通过 ad825 运算放大器，信号（+in 端）与接地端（-in 端）进行比较，就可以得到理想的比例放大器，从而可以产生测试需要的矩形波或者方波。逻辑真值表如下：表表 3.13.1 逻辑真值表逻辑真值表r r a a g g

37、z z 说明：0表示假命题 1表示真命题由于人们在实践中遇到的逻辑问题层出不穷，因而为解决这些逻辑问题而设计的逻辑电路也不胜枚举。为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用一个二值代码表示，这就是编辑的含义。因此编辑器的逻辑功能就是把输入的每一个高、低电平信号变成一个对应的二进制代码。3.13.1 闸门电路闸门电路闸门电路如图 3.2 所示：12u35a74ls04d12q9q8clk111013preclru36b74ls74d2q5q6clk341preclru37a74ls749108u15c74f08clearv ccct ok图图 3.23.2 闸门电路图闸门电路图00001111

38、00110011010101011001011174ls74 为带预置和清除端的两组 d 型触发器，其功能表：表表 3.23.2 74ls7474ls74 真值表真值表 inputs outputsprclr clkdq q！ l h l h h h h l l h h hx xx xxx h l xh ll h h lh l l h q0 q！ 说明： h h高电平 l l低电平 x x任意 低到高电平跳跃在闸门电路中，采用两个 d 触发器做一个闸门电路，其逻辑功能如下表:表表 3.33.3 74ls7474ls74 逻辑功能表逻辑功能表条件d1_qd1_q!d2_qd2_q!与门输出cle

39、ar 有一个低脉冲01010第一个上升沿10011接着的下降沿10100用此电路实现在一个完整的高电平阶段打开闸门进行计数。3.33.3 计数电路计数电路计数电路如图 3.3 所示，74ls161 为可预置的 4 位二进制同步计数器，其清除端是异步的。当清除端 clear 为低电平时，不管时钟端 clock 状态如何，即可完成清除功能。74ls161 的预置是同步的。当置入控制器 load 为低电平时，在 clock 上升沿作用下，输出端 qaqd 与数据输入端 ad 相一致。对于 74ls161，当 clock 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端 enp、ent 为高电平，则 load 应

40、避免由低至高电平的跳变，而 74ls161 无此种限制。74ls161 的计数是同步的，靠 clock 同时加在四个触发器上而实现的。当 enp、ent 为高电平时，在 clock 上升沿作用下 qaqd 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于 74ls161，只有当 clock 为高电平时，enp、ent 才允许由高至低电平的跳变，而 74ls161 的 enp、ent 跳变与 clock 无关。clr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u1874ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e1

41、0q411q312q213q114co15u1974ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u2174ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u1674ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u1774ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u2074ls161adc0dc1dc2dc3dc4dc5dc

42、6dc7dc8dc9dc10dc11dc12dc13dc14dc15dc16dc17dc18dc19dc20dc21dc22dc23count inclearclearclearclearclearclear图图 3.33.3 计数电路计数电路 74ls161 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（rco）输出一个高电平脉冲，其宽度为 qa 的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成 n 位同步计数器。对于 74ls161，在 clock 出现前，即使 enp、ent、clear 发生变化，电路的功能也不受影响。74ls161 功能表如表 3.4 所示。表表 3.43.4 74ls16

43、174ls161 功能表功能表clk clr enp ent load function x x x x l h hhhh x h l lxh x l h l x h x h h h l hclearcount & rc disabledcount disabled count & rc disabled loadincrement counter说明： h h高电平 l l低电平 x x任意 低到高电平跳跃电路中，用 6 个 74ls161 级联成一个 24 位的计数器，用来在砸门开启的时候对标准脉冲进行计数。 3.43.4 锁存电路锁存电路锁存电路如图 3.4 所示，74l

44、s373 为三态输出的八 d 透明锁存器,74ls373 的输出端 o0-o7 可直接与总线相连。oc1c111d31q22d42q53d73q64d84q95d135q126d146q157d177q168d188q19u2474ls373oc1c111d31q22d42q53d73q64d84q95d135q126d146q157d177q168d188q19u2274ls373oc1c111d31q22d42q53d73q64d84q95d135q126d146q157d177q168d188q19u2374ls373dc0dc1dc2dc3dc4dc5dc6dc7dc8dc9dc10d

45、c11dc12dc13dc14dc15dc16dc17dc18dc19dc20dc21dc22dc23p1_0p1_1p1_2p1_3p1_4p1_5p1_6p1_7oc0oc1oc2p1_0p1_1p1_2p1_3p1_4p1_5p1_6p1_7p1_0p1_1p1_2p1_3p1_4p1_5p1_6p1_7图图 3 3. .4 4 锁锁存存电电路路图图当三态允许控制端 oe 为低电平时，o0-o7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载n 但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 le 为高电平时，o 随数据 d 而变。当 le 为低电平时，o 被锁存在已建立的数据电平。当 le 端施密特触发

46、器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mv。引出端符号： d0d7 数据输入端 oe 三态允许控制端（低电平有效） le 锁存允许端 o0-o7 输出。真值表：表表 3 3. .5 5 真真值值表表dnleoednhhlhllll x l l qd x h h 高阻态高阻态电路中，单片机只有 8 位数据位宽，而计数器输出为 24 位，所以使用 3 个74ls373 来对计数器输出的 24 位数据锁存输入，单片机通过依次锁存 ,能使 3 个锁存器把 24 位数据全部输入。3.53.5 显示电路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，通过

47、8 位数码管将最终结果显示出来，显示电路如图 3.5 所示。此次电路设计，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，在电路设计中能够达到非常高的处理精度。 计时方法是利用单片机系统中的定时器定时功能产生任意周期的定时信号，从而可方便地控制系统输出 cp 脉冲的周期。当定时器起动后，定时器从装载的初值开始对系统及其周期进行加计数；当定时器溢出时，定时器产生中断，系统转去执行定时中断子程序。将电机换向子程序放在定时中断服务程序中,定时中断一次

48、，电机换向一次，从而实现电机的速度控制。由于从定时器装载完重新起动开始至定时器申请中断止，有一定的时间间隔,造成定时时间增加。为了减少这种定时误差，实现精确定时，要对重装的计数初值作适当调整。调整的重装初值主要考虑两个因素：一是中断响应所需的时间；二是重装初值指令所占用的时间，包括在重装初值前中断服务程序中的其他指令因素。综合这两个因素后，重装计数初值的修正量取 8 个机器周期，即要使定时时间缩短 8 个机器周期。abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u3dpy_7-seg_dpq1pnpr3200abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u

49、4dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u5dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u6dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u7dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u8dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u9dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u10dpy_7-seg_dpq2pn

50、pr4200q3pnpr5200q4pnpr6200q5pnpr9200q6pnpr10200q7pnpr11200q8pnpr12200v ccv ccv ccv cc图图 3.53.5 显示电路显示电路3.63.6 控制电路控制电路控制电路如图 3.6 所示，at89s52 是 51 系列单片机，它是 atmel 公司生产的。它是一个低电压，高性能 cmos8 位单片机，片内含 8kbytes 的可反复擦写的flash 只读程序存储器和 256bytes 的随机存取数据存储器（ ram），器件采用atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51 指令系统，片内置通用 8

51、 位中央处理器和 flash 存储单元，功能强大的 at89s52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.010p3.111p3.212p3.313p3.414p3.515p3.616p3.717x t al218x t al119gnd20p2.021p2.122p2.223p2.324p2.425p2.526p2.627p2.728psen29ale/prog30ea/v pp31p0.732p0.633p0.534p0.435p0.336p0.237p0.138p0.039v cc40u

52、2at 89s52d4ledd3ledr7200r8200v ccr271ks3sw spstoc0oc1oc2p1_0p1_1p1_2p1_3p1_4p1_5p1_6p1_7r131ks2sw spstc310ufv ccc130pc230py110mv ccclkcpuclearct ok图图 3 3. .6 6 控控制制电电路路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位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口， 2个读写口线，at89s52可以按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (s系列的才支持在线编程 )。其将通用的微

53、处理器和 flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 flash存储器可有效地降低开发成本。at89s52 兼容 mcs51 指令系统，有 8k 可反复擦写(1000 次）flashrom，32 个双向 i/o 口，256x8bit 内部 ram，3 个 16 位可编程定时 /计数器中断时钟频率 0-24mhz，2 个串行中断可编程 uart 串行通道，2 个外部中断源，共 6 个中断源，2个读写中断口线 3 级加密位，低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。电路中，使用一个单片机完成将计数器的计数值换算为周期和频率的计算。8位数码管的显示采用动态扫描方式，也需要单片机实时的参与。同

54、时，闸门时基10mhz 也通过单片机的晶振产生，然后通过由 ad825 运算放大器构成的过零比较器，从而产生 10mhz 的闸门信号。3.73.7 控制选择控制选择电路电路控制选择电路如图 3.7 所示：d2q5q6clk341preclru36a74ls74d5ledd6leds4sw dpdtr15200v cc图图 3 3. .7 7 控控制制选选择择电电路路图图设计要求能够对周期和脉冲宽度进行测量。对于周期的测量，我采用一个d触发器，将整形后得到的方波进行二分频，然后实现仅对高电平计数即是周期的功能。对于脉宽测量，则直接把信号通过闸门送入计数器进行计数，从而直接测的高电平脉冲宽度。3.

55、83.8 电源电路电源电路 4312u48brid get 1t rans112j3con2c92200c10330in1out2gnd3u38 7805c11100r29510图图 3.83.8 电源电路电源电路电源电路如图 3.8 所示，7805 是一种固定电压 (5v)三端集成稳压器 ，其适用于很多应用场合 。此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源，如可驱动输出电流高达 100 毫安的稳压器 。其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况。当用于替代传统的齐纳二极管 -电阻组的时候 ，其输出阻抗得到有效的改善 ，其偏置电流大大减少。电路中使用一个 7805

56、来为其他模块提供稳定可靠的电源。电源变压器将交流电网220v 的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉冲的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。在整流、滤波电路之后，接上 7805 稳压电路，从而维持输出稳定的直流电压。3.93.9 整体电路图整体电路图本系统是以 at89s52 单片机为核心的电子计数器。正弦波信号或方波信号通过整形电路后成为一个幅值电压为 0.15v 的矩形波，送入闸门电路。闸门电路在 clear清零后，在信号的第一个上升沿到来后，打开闸门，计数电路开始对标准 10m 时钟脉冲进行计数。在信号紧接

57、着这个上升沿的下降沿到来的时候，闸门电路关闭闸门，同时计数完成端输出高电平，通知单片机，计数已经完成。标准脉冲不能进入计数电路，故计数器就停止在当前计数值。单片机通过依次使能三个锁存电路，将 24 位计数值通过 p1 口全部存到内部变量中。根据设置的显示方式是频率还是周期进行相应的运算后，分解为单独的位，取出各位对应的 led 数字编码存入显示缓冲区中。在单片机定时器中断中，循环的将显示缓冲区中的段选数据通过 p0 口送出，驱动数码管进行显示。同时通过 p2 口改变位选信号，进而实现对 8 个数码管的动态扫描显示。当按键按下时，单片机检测到 p3.5 为低电平，就切换一次内部的频率，周期标志，

58、然后等待按键释放后开始进行相应的运算。总体地电路图如图 3.9 所示：12u35a74ls04d2q5q6clk341preclru36a74ls74d12q9q8clk111013preclru36b74ls74d2q5q6clk341preclru37a74ls749108u15c74f08123u15a74f08p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.010p3.111p3.212p3.313p3.414p3.515p3.616p3.717x t al218x t al119gnd20p2.021p2.122p2.223p2.324p

59、2.425p2.526p2.627p2.728psen29ale/prog30ea/v pp31p0.732p0.633p0.534p0.435p0.336p0.237p0.138p0.039v cc40u25at 89s52abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u26dpy_7-seg_dpd5ledd6ledd8ledd7ledq9pnpr16200456u15b74f08abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u27dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u28dpy_7-seg_dp

60、abfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u29dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u30dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u31dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u32dpy_7-seg_dpabfcgdedpy1234567abcdefg8dpdpvcc9u33dpy_7-seg_dpq10pnpr17200q11pnpr18200q12pnpr19200q13pnpr22200q14pnpr23200q15pnpr2