數(shù)字頻率計的設計

數(shù)字頻率計是我們經(jīng)常會用到的實驗儀器之一，本實驗要使用單片機和計數(shù)電路及液晶器件來設計一個寬頻的數(shù)字頻率計。

數(shù)字頻率計的實驗電路圖(初步方案)

1) 數(shù)字頻率計的計數(shù)及顯示電路：

圖1數(shù)字頻率計的設計電路圖

2)前置放大及分頻電路

數(shù)字頻率計的設計思路

頻率的測量實際上就是在1S時間內(nèi)對信號進行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻率。用單片機設計頻率計通常采用兩種辦法，1)使用單片機自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進行計數(shù)，或者測量信號的周期;2)單片機外部使用計數(shù)器對脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機讀取。

由于單片機自帶計數(shù)器輸入時鐘的頻率通常只能是系統(tǒng)時鐘頻率的幾分之一甚至幾十分之一，因此采用單片機的計數(shù)器直接測量信號頻率就受到了很大的限制。

本實驗電路采用方式2，使用一片74LS393四位雙二進制計數(shù)器和Atmega8的 T1計數(shù)器組成了24位計數(shù)器，最大計數(shù)值為16777215。如果輸入信號經(jīng)過MB501分頻器進行64分頻后再進行測量，則固定1S時基下最高測量頻率為1073.741760Mhz。

為了方便得到準確的1秒鐘測量閘門信號，我們使用了Atmega8的異步實時時鐘功能，采用32.768Khz的晶振由TC2產(chǎn)生1秒鐘的定時信號。

數(shù)字頻率計的測量原理

單片機打開測量閘門，即PB1輸出高電平，同時TC2定時器啟動。74LS393開始對輸入脈沖進行計數(shù)，74LS393每計數(shù)達256時，Atmega8的T1計數(shù)器也向上計數(shù)1次。當1S定時到達時，單片機產(chǎn)生中斷，PB1輸出低電平關(guān)閉測量閘門，然后Atmega8讀取74LS393和T1的計數(shù)值，然后送LCD顯示。

所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間變化的次數(shù)。電子計數(shù)器是嚴格按照f=N/T的定義進行測頻，其對應的測頻原理方框圖和工作時間波形如圖1 所示。從圖中可以看出測量過程：輸入待測信號經(jīng)過脈沖形成電路形成計數(shù)的窄脈沖，時基信號發(fā)生器產(chǎn)生計數(shù)閘門信號，待測信號通過閘門進入計數(shù)器計數(shù)，即可得到其頻率。若閘門開啟時間為T、待測信號頻率為fx，在閘門時間T內(nèi)計數(shù)器計數(shù)值為N，則待測頻率為

fx = N/T (1)

若假設閘門時間為1s，計數(shù)器的值為1000，則待測信號頻率應為1000Hz或1.000kHz，此時，測頻分辨力為1Hz。

本實驗的閘門時間分為為4檔：1s,100ms,10ms,1ms。

圖2 測頻原理框圖和時間波形

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