高頻數(shù)字頻率計的設(shè)計

沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院 田楊楊 賈 婷 趙樹禮 張 琪

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高頻數(shù)字頻率計的設(shè)計

沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院 田楊楊 賈 婷 趙樹禮 張 琪

【摘要】本文設(shè)計了一種以單片機STC12C5201AD為核心的數(shù)字頻率計,其中硬件部分主要是由整形電路、單片機最小系統(tǒng)和顯示單元組成的，軟件設(shè)計是由一些功能模塊來實現(xiàn)的。此外，通過控制單片機的各項功能和運算操作能力進而來實現(xiàn)周期和頻率間的計數(shù)和數(shù)據(jù)的顯示。本設(shè)計中的頻率計具有電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、測量方便、擴展能力強，適用范圍廣等特點,適合測量低頻信號，能基本滿足一般情況下的需求。另外，由于本設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法，提高了測量頻率的范圍。

【關(guān)鍵詞】頻率測量；頻率計；單片機；LCD顯示

1　系統(tǒng)設(shè)計

1.1總體設(shè)計

本頻率計數(shù)器嚴格地按照f=N/T公式進行測頻。由于數(shù)字測量的離散性，被測頻率在計數(shù)器中所記進的脈沖數(shù)可有正一個或負一個脈沖的±1量化誤差，在不計其他誤差影響的情況下，測量精度將為：&(fA)=1/N。應(yīng)當指出，測量頻率時所產(chǎn)生的誤差是由N和T兩個參數(shù)所決定的，一方面是單位時間內(nèi)計數(shù)脈沖個數(shù)越多時，精度越高，另一方面T越穩(wěn)定時，精度越高。為了增加單位時間內(nèi)計數(shù)脈沖的個數(shù)，一方面可在輸入端將被測信號倍頻，另一方面可增加T來滿足，為了增加T的穩(wěn)定度，只需提高晶體振蕩器的穩(wěn)定度和分頻電路的可靠性就能達到。上述表明，在頻率測量時，被測信號頻率越高，測量精度越高。其總體原理框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖

1.2單元電路設(shè)計

1.2.1放大電路

本系統(tǒng)設(shè)計的放大整形電路如圖2所示。輸入信號首先經(jīng)高精度大帶寬運算放大器OPA690放大。

1.2.2整形電路

本系統(tǒng)低功耗精密比較器MAX913整形電路如圖3所示，整形電路提高了系統(tǒng)測量精度和靈敏度。最后輸出的矩形波信號送入頻率測量電路。

1.2.3分頻電路

本系統(tǒng)設(shè)計中分頻電路如圖4所示。分頻器合理地分割各單元的工作頻段，進行各單元功率分配，使各單元之間具有恰當?shù)南辔魂P(guān)系以減少各單元在工作中出現(xiàn)的聲干涉失真。

圖2　放大電路圖

圖3　整形電路

圖4　分頻電路

1.2.4單片機

本系統(tǒng)采用STC12C5201AD單片機，此系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。STC12C5201AD系列工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機）STC12LE5201AD系列工作電壓：3.6V-2.2V（3V單片機），工作頻率范圍：0-35MHz，相當于普通8051的0-20MHz內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速8位A/D轉(zhuǎn)換(300K/S)，針對電機控

制，強干擾場合。單片機電路如圖5所示：

圖5　單片機電路圖

2　系統(tǒng)測試

測試1：輸入信號為正弦波時，幅度值為300mV時不同頻率以及實際測量值的對比。

測試2：輸入信號為正弦波時，且幅度值為0.9V時不同頻率以及實際測量值的對比。

測試3：輸入信號為方波時，且幅度值為500mV時不同頻率以及實際測量值的對比。

3　結(jié)論

由于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計合理，功能電路實現(xiàn)較好，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好地達到了題目要求的基本要求以及部分發(fā)揮要求。1)正弦波頻率范圍在1—20M之間，相對誤差絕對值小于萬分之一。2)被測電壓有效值在140mV—1V之間。3)指示燈表示單片機是否正常工作。

參考文獻

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[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3]付家才.電子實驗與實踐[M].北京:高等教育出版社,2004.

賈婷，女，講師，現(xiàn)供職于沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院。

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