簡易數字頻率計題解B題

1、簡易數字頻率計題解B題簡易數字頻率計題解B題 （一）任務（一）任務。（二）要求（二）要求1.基本要求基本要求 (1)(1)頻率測量頻率測量 a.測量范圍測量范圍 信號：方波、正弦波 幅度：5V注 頻率：1Hz1MHz b.測試誤差測試誤差0.1% (2)(2) a.a.測量范圍測量范圍 信號：方波、正弦波 幅度：5V注 頻率：1Hz1MHz b.測試誤差測試誤差0.1%簡易數字頻率計題解B題 （3） 脈沖寬度測量脈沖寬度測量 a.a.測量范圍測量范圍 信號：脈沖波 幅度：5V注 脈沖寬度100s b.b.測試誤差測試誤差0.1% （4）顯示器顯示器 十進制數字顯示，顯示刷新時間110秒 連續(xù)可

2、調，對上述三種測量功能分別采用不同顏色的 發(fā)光二極管指示。 （5）具有自校功能，時標信號頻率為具有自校功能，時標信號頻率為1MHz。 （6）自行設計并制作滿足本設計任務要求的穩(wěn)壓電自行設計并制作滿足本設計任務要求的穩(wěn)壓電源源。簡易數字頻率計題解B題2.2.發(fā)揮部分發(fā)揮部分（1 1）擴展頻率測量范圍為）擴展頻率測量范圍為10MHz(10MHz(信號幅度：信號幅度：5V5V 注注 ) )，測試誤差降低為，測試誤差降低為0.01%0.01%（最大閘門時間（最大閘門時間10s10s）。）。（2 2）測量并顯示周期脈沖信號（幅度）測量并顯示周期脈沖信號（幅度5V5V 注注 、頻率頻率1Hz1Hz1KHz

3、1KHz）的占空比，占空比變化范圍為）的占空比，占空比變化范圍為10%10%90%90%，測試誤差，測試誤差1%1%。 （3 3）在）在1Hz1Hz1MHz1MHz范圍內及測試誤差范圍內及測試誤差0.1%0.1%的條的條 件下，進行小信號的頻率測量，提出并實現抗干件下，進行小信號的頻率測量，提出并實現抗干 擾的措施。擾的措施。簡易數字頻率計題解B題題題 解解 部部 分分題目分析題目分析設計者特定背景知識的自查與準備設計者特定背景知識的自查與準備 頂層要求的確認頂層要求的確認要實現的測量功能以及測量精要實現的測量功能以及測量精度。即明確度。即明確 “做什么做什么”以及“做到何種程度做到何種程度”

4、即質量的要求： 測量功能：測量功能：測頻、測周期、測脈沖寬度以及測脈沖的占空比（發(fā)揮部分）占空比（發(fā)揮部分）。 測頻、測周期、測脈沖寬度的誤差測頻、測周期、測脈沖寬度的誤差：0.1%；測占空比的誤差：測占空比的誤差：1%1%。( (發(fā)揮部分）發(fā)揮部分）(10-3)簡易數字頻率計題解B題其次，在頂層設計中應當明確的主要技術指標：其次，在頂層設計中應當明確的主要技術指標： 被測信號的頻率范：被測信號的頻率范：1Hz1MHz; 誤差0.1% (基本要基本要求求); 10MHz,誤差誤差0.01%（發(fā)揮要求）（發(fā)揮要求） 被測脈沖信號的寬度被測脈沖信號的寬度：100s 最大閘門時間：最大閘門時間：10

5、s；顯示刷新時間在1s10s之間連續(xù)可調還有一些設計要求與技術指標將在設計由頂層向底層過渡之中逐步予以關注和考慮。至此，對該題至此，對該題“做什么做什么”以及以及“做到何種程度做到何種程度”即即質量的要求也就明確了。質量的要求也就明確了。 下一步工作就轉向分析實現該頻率計的各項要求所應下一步工作就轉向分析實現該頻率計的各項要求所應當采用的測量方法。當采用的測量方法。簡易數字頻率計題解B題對各種數字化測頻、測周法的對各種數字化測頻、測周法的1誤差進行比較誤差進行比較:1.1.直接測量法直接測量法 被測的 fx 越 低,測頻1誤差越大; 被測的 fx 越高,測周1誤差越大;2.2.直接與間接測量相

6、結合的方法直接與間接測量相結合的方法 中界頻率: fm = = （1.7) p.68 當 fx fm時, 直接測頻, 間接測周; 當 fx fm時, 直接測周, 間接測頻.3.3.多周期同步測量法多周期同步測量法( ( 倒數計數器法倒數計數器法 ) ) 從根本上從根本上消除了消除了1 1誤差誤差, ,實現了等精度測量實現了等精度測量1.1.3 測量方法的分析與比測量方法的分析與比較較0TTkS101kSTT簡易數字頻率計題解B題 1.1.4 尚未涉及的其它問題尚未涉及的其它問題1 1）脈寬測試誤差的分析）脈寬測試誤差的分析被測被測脈寬脈寬100s，測試誤差測試誤差0.1%，可以達到可以達到。2

7、 2）脈沖占空比測試誤差的分析）脈沖占空比測試誤差的分析被測脈沖頻率被測脈沖頻率1Hz1KHz，占空比占空比10%90%，幅度幅度5V；要求誤差要求誤差1%，可以達到可以達到。3 3）被測信號幅度、頻率范圍及輸入通道放大器）被測信號幅度、頻率范圍及輸入通道放大器自認，頻率10MHz, 輸入電阻1M4 4）穩(wěn)壓電源的設計）穩(wěn)壓電源的設計估計數字電源5V,1A;模擬電源5V;615V,均為200mA簡易數字頻率計題解B題 1 . 2 設設 計計 方方 案案 討討 論論 1.2.1 方 案 的 選 擇1. 1. 測量方法的選擇測量方法的選擇 選用多周期同步測量法選用多周期同步測量法2. 2. 實現技

8、術的選擇實現技術的選擇純硬件實現法純硬件實現法（可選的器件有通用的（可選的器件有通用的SSI/MSI/LSISSI/MSI/LSI集集成電路、專用集成電路、可編程邏輯器件成電路、專用集成電路、可編程邏輯器件如如isPLDisPLD器件等）；器件等）；純軟件實現法純軟件實現法（可選的平臺有可選的平臺有PCPC機、單片機、機、單片機、 DSPDSP器器件等）；件等）；軟硬件相結合的實現法軟硬件相結合的實現法（由、中選擇與組（由、中選擇與組合）。合）。簡易數字頻率計題解B題1.3.1 1.3.1 系系 統(tǒng)統(tǒng) 級級 框框 圖圖簡易數字頻率計題解B題頻頻 率率 計計 的的 面面 板板 布布 置置 圖圖簡

9、易數字頻率計題解B題1.3.2 1) 頻率計子系統(tǒng)的劃分頻率計子系統(tǒng)的劃分 測量控制及測量控制及功能切換邏輯功能切換邏輯簡易數字頻率計題解B題2)2)各個子系統(tǒng)的主要技術指標及其組成各個子系統(tǒng)的主要技術指標及其組成(1) (1) 輸入通道輸入通道 （考慮發(fā)揮部分要求時）（考慮發(fā)揮部分要求時） 帶寬:010MHz; 輸入電阻:1M; 增益:2/0.02=100(用TTL整形級時)(2) (2) 多周期同步等精度測量控制及功能切換邏輯多周期同步等精度測量控制及功能切換邏輯 計數器容量:107108; 工作頻率:10MHz(3) (3) 單片機子系統(tǒng)單片機子系統(tǒng)( (根據下列要求選用根據下列要求選用

10、AT89C51) 由由+5V電源電源供電，供電，I/O口與口與TTLTTL電平兼容，并有足夠數目的電平兼容，并有足夠數目的I/O口；要有豐富的四則算術運算和邏輯運算指令，指令執(zhí)口；要有豐富的四則算術運算和邏輯運算指令，指令執(zhí)行速度要快；片內除行速度要快；片內除RAM外還要有外還要有EPROM；至少有兩個；至少有兩個16位的定時器位的定時器/ /計數器；有外部中斷輸入引腳；具有串行計數器；有外部中斷輸入引腳；具有串行通信口；價格要低廉。通信口；價格要低廉。簡易數字頻率計題解B題簡易數字頻率計題解B題 多多 周周 期期 同同 步步 等等 精精 度度 測測 量量 控控 制制 及及 切切 換換 邏邏

11、輯輯圖圖簡易數字頻率計題解B題圖單片機與外圍部件的互連方案圖單片機與外圍部件的互連方案簡易數字頻率計題解B題1.4 設計的進一步細化設計的進一步細化 輸入通道的詳細設計輸入通道的詳細設計 1）輸入通道中的模擬部分的詳細設計 2）輸入通道中的數字部分的詳細設計 1.4.2 1.4.2 綜合數字模塊子系統(tǒng)綜合數字模塊子系統(tǒng) 測量控制及測量控制及 功能切功能切換邏輯換邏輯 + + 其它輔助數字部件的詳細設計其它輔助數字部件的詳細設計 1) 核心電路-圖1.3.5; 2)輔助數字部件共10個 1.4.3 1.4.3 單片機子系統(tǒng)軟件的設計單片機子系統(tǒng)軟件的設計 1)主程序; 2)子程序主要有4個 (

12、鍵盤中斷服務子程序;軟件計數器子程序;數據處理子程序;測量結果刷新顯示子程序)簡易數字頻率計題解B題圖圖簡易數字頻率計題解B題圖被測信號邊沿選擇電路圖被測信號邊沿選擇電路簡易數字頻率計題解B題圖被測信號邊沿選擇電路的工作波形圖圖被測信號邊沿選擇電路的工作波形圖簡易數字頻率計題解B題圖圖 1.4.4 由由ispPLD實現的（虛線框內）綜合數字模塊子系統(tǒng)的總實現的（虛線框內）綜合數字模塊子系統(tǒng)的總圖圖用ispLSI 1032來實現簡易數字頻率計題解B題輔輔 助助 數數 字字 部部 件件 共共 10 10 個個 脈沖邊沿選擇電路； 預置閘門時間選擇計數器和指示驅動電路； 通道條件碼輸入接口； 閘門燈

13、驅動器；按鍵接口電路； 單/雙通道選擇信號產生邏輯； 低12bit時間計數器、28bit事件計數器； 前述兩個計數器與單片機的接口邏輯（可尋址的8bit的6選1多路選擇器）； 驅動LED數碼顯示器的98位移位寄存器及緩沖器（包含單位符號指示燈驅動電路在內）； 1MHz時標信號及1Hz脈沖發(fā)生器電路。用ispLSI 1032來實現簡易數字頻率計題解B題圖圖 1.4.5 頻頻 率率 計計 的的 測測 量量 流流 程程簡易數字頻率計題解B題主主 程程 序序 流流 程程 圖圖1234P1.6=0P1.7=1簡易數字頻率計題解B題( (續(xù)前續(xù)前）主主 程程 序序 流流 程程 圖圖5678簡易數字頻率計題

14、解B題1.5 測試方案測試方案測試步驟與方法概述測試步驟與方法概述先對三個子系統(tǒng)分別進行測試先對三個子系統(tǒng)分別進行測試, ,最后將三個子系統(tǒng)互連最后將三個子系統(tǒng)互連起來，進行整個系統(tǒng)的總體測試。起來，進行整個系統(tǒng)的總體測試。頻率計子系統(tǒng)的測試步驟與方法頻率計子系統(tǒng)的測試步驟與方法1.輸入通道模擬電路部分測試步驟與方法輸入通道模擬電路部分測試步驟與方法2.綜合數字功能模塊的測試步驟與方法綜合數字功能模塊的測試步驟與方法應充分運用應充分運用EDAEDA工具的功能模擬和定時模擬能力，去替工具的功能模擬和定時模擬能力，去替代使用測試儀器去完成大量而復雜的測試工作。代使用測試儀器去完成大量而復雜的測試工

15、作。3.單片機子系統(tǒng)的測試步驟與方法單片機子系統(tǒng)的測試步驟與方法先測試硬件，再測試軟件，最后軟硬件聯合測試。先測試硬件，再測試軟件，最后軟硬件聯合測試。測試主要用仿真器仿真器，也要用到示波器、電壓表等儀器。簡易數字頻率計題解B題（續(xù)前）對單片機子系統(tǒng)的硬件的測試，就是測試（續(xù)前）對單片機子系統(tǒng)的硬件的測試，就是測試與它相連的做在與它相連的做在isPLD器件內的外圍部件的工作是否器件內的外圍部件的工作是否正常。方法是針對要測的硬件編寫一個、一個的讀正常。方法是針對要測的硬件編寫一個、一個的讀寫小程序，輸入到仿真器中去，分別對每個外圍部寫小程序，輸入到仿真器中去，分別對每個外圍部件的讀件的讀/寫功

16、能進行測試。寫功能進行測試。 軟件測試的主要工具仍然是仿真器。應當先測試軟件測試的主要工具仍然是仿真器。應當先測試子程序，后測試主程序。子程序，后測試主程序。測試中要靈活運用插入暫停、局部循環(huán)指令以及仿測試中要靈活運用插入暫停、局部循環(huán)指令以及仿真器的單步調試功能。并用直流電壓表或示波器去真器的單步調試功能。并用直流電壓表或示波器去測量硬件上的有關電平或波形。測量硬件上的有關電平或波形。簡易數字頻率計題解B題4. 總總 體體 測測 試試 所有子系統(tǒng)均測試通過后所有子系統(tǒng)均測試通過后, ,才能將它們全部互連起來才能將它們全部互連起來進行總體測試。這時所用的儀器主要是：函數發(fā)生器；進行總體測試。這

17、時所用的儀器主要是：函數發(fā)生器；通用計數器（可測量頻率、周期、時間等）；交流電壓通用計數器（可測量頻率、周期、時間等）；交流電壓表；示波器。它們的工作頻率應覆蓋表；示波器。它們的工作頻率應覆蓋0 020MHz20MHz。 電源接通后，檢查頻率計默認測頻工作狀態(tài)以及自檢電源接通后，檢查頻率計默認測頻工作狀態(tài)以及自檢功能是否正常，然后用函數發(fā)生器作為測試信號源，同功能是否正常，然后用函數發(fā)生器作為測試信號源，同時接到所制作的頻率計和通用計數器的輸入端，按設計時接到所制作的頻率計和通用計數器的輸入端，按設計任務書要求的測量項目逐個進行測試，將頻率計和通用任務書要求的測量項目逐個進行測試，將頻率計和通

18、用計數器的讀數分別記錄下來。計算各個測量項目的測量計數器的讀數分別記錄下來。計算各個測量項目的測量誤差，并與任務書要求進行比較。誤差，并與任務書要求進行比較。簡易數字頻率計題解B題東東 南南 大大 學學 無無 線線 電電 系系簡易數字頻率計題解B題同步化閘門啟動定時器同步化閘門啟動定時器T0簡易數字頻率計題解B題鍵盤中斷與顯示時間調節(jié)鍵盤中斷與顯示時間調節(jié)AT89C51簡易數字頻率計題解B題C51單片機定時器的結構與方式字單片機定時器的結構與方式字 T0 =1sf0=12MHz簡易數字頻率計題解B題圖圖 計數式測頻的原理方框圖計數式測頻的原理方框圖 fX =N / TS 閘門時間閘門時間簡易數字頻率計題解B題圖圖 1.6.3 計數式測周期的原理框計數式測周期的原理框圖圖 TX = N T0 / k 時標時標簡易數字頻率計題解B題圖測量時間間隔的原理方框圖圖測量時間間隔的原理方框圖 TX = N T0