电子计数器的设计(大学毕业论文)

1、兰州交通大学毕业设计(论文)摘 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。本论文由五局部组成：第一局部是绪论；第二局部是电子计数器的原理介绍；第三局部是单元电路的设计；第四局部是程序设计；第五局部是结论。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：频率计；89S52单片机；C语言 I 兰州交通大学毕业设计(论文)Abstra

2、ct Electronic counter 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

3、 with direct measurement, 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 t

4、he program design, 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

5、single chip microcomputer 89S52; C Programming Language II 兰州交通大学毕业设计(论文)目 录摘 要 . I ABSTRACT . II1. 绪论 . 11.1 电子计数器概述 . 11.2 电子计数器背景及开展趋势 . 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 电子计数器的根本功能 . 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电子计数器的根本工作原理

6、 . 62.3.2电子计数器的根本结构 . 93. 硬件电路设计 . 123.1 整形电路 . 123.2 闸门电路 . 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： . 29III 兰州交通大学毕业设计(论文)1. 绪论1.1 电子计数器概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，联机比拟复杂，而且会产生比拟大的延时，造成测量误差、可靠性差

7、。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

8、。采用C语言编程设计实现的电子计数器，除被测信号的整形局部、键输入局部和数码显示局部以外，其余全部在一片FPGA芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。在不更改硬件电路的根底上，对系统进行各种改良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。 电子计数器是一种根底测量仪器，到目前为止已有30多年的开展史。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上下的主要依据。目前这些根本技术日臻完善，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

9、波频段。在电子技术中，频率是最根本的参数之一，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。

10、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1 兰州交通大学毕业设计(论文)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，片电子计数器背景及开展趋势当今，单片微型计算机技术迅速开展，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，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

11、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。电子计数器是一种根底测量仪器，到目前为止已有30多年的开展史。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上下的主要依据。目前这些根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。

12、2 兰州交通大学毕业设计(论文)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开展，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开展，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，那么要求有高分辨率，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局部实现

13、，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，而不是外表看来似乎开展到头了。随着大规模集成电路技术的开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

14、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开展的趋势。1.3 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开展，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局部得电路。这样不仅能弥补上述缺乏，而且性能也将大有提高。目前采用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

15、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，性能价格比拟高等特点，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。3 兰州交通大学毕业设计(论文)1.4 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.

16、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。 4 兰州交通大学毕业设计(论文)2. 电子计数器的工作原理2.1 电子计数器的根本功能电子计数器可具有以下三种根本功能:(1).频率测量：被测信号从A通道输入，假设TB为1秒，那么读数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

17、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。在这些功能的根底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。2.2 电子计数器的设计方案2.2.1电子计数器的分类按功能的不同，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

18、，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根底的计数器，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。5 兰州交通大学毕业设计(论

19、文)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。2.2.2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

20、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进制数字显示。2.3 电子计数器的工作原理2.3.1电子计数器的根本工作原理 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

21、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存放器TCON(定时器控制存放器)的某一位TFx置1，作为计数器的溢出中断标志。假设工作于定时状态，那么表示定时时间；假设工作于计数状态，那么表示计数回零。所以电子计数器的根本功能是对输入脉冲进行加一计数。工作于何种方式，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

22、通过闸门，使计数器计数，所计之数NfA·TB。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。那么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,当输入信号发生一个由1到0的跳变时，计数6 兰州交通大学毕业设计(论文)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期间在存放器中出现。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

23、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。假设计数器计数值为N，那么被测信号的频率fx=N/T，其原理框图和时序图如图2.1所示： a.直接测频法原理框图 b.直接测频法时序图图2.1 a.直接测频法原理框图；b.直接测频法时序图7兰州交通大学毕业设计(论文)图2.1为频率测量原理框图，频率为fx的被

24、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，那么在所选闸门时间Ta.测周期法原理框图；b.测周期法时序图周期为Tx的被测信号由B通道进入，经B通道处理后，再经门控双稳输出作为8 兰州交通大学毕业设计(论文)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。

25、在主门的开启时间内，时标进入计数器计数。假设所选时标为To，计数器计数值为N，那么被测信号的周期为Tx=NT。2.3.2电子计数器的根本结构根据电子计数器的根本原理， 图2.3 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

26、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，这样就到达了测量频率的目的。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。9 兰州交通大学毕业设计(论

27、文)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

28、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C

29、MOS8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

30、起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本钱。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。10 兰州交通大学毕业设计(论文)电路中，使用一个单片机完成将计数器的计数值换算

31、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。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拟器，从而产生10MHZ的闸门信号。 11 兰州交通大学毕业设计(论文)3. 硬件电路设计 3.1 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

32、信号需要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。 图3.1 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端进行比拟，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3.1 逻辑真值表 R A G 0 0 0 0 1 1 1 10 0 1 1 0 0 1 10 1 0 1 0 1 0 1Z 1 0 0 1 0 1 1 1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

33、，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。12 兰州交通大学毕业设计(论文)3.1 闸门电路闸门电路如图3.2所示：图3.2 闸门电路图74LS74 为带预置和去除端的两组 D 型触发器，其功能表：表3.2 74LS74真值表InputsPR L H L H H HCLR CLK H L L H H HX X X D X X X H L XOutputsQ Q！ H L L H H L H L L H Q0 Q！说明： H高电平

34、 L低电平 X任意 低到高电平跳跃 13兰州交通大学毕业设计(论文)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3.3 74LS74逻辑功能表条件CLEAR有一个低 脉冲第一个上升沿接着的下降沿 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 D1_Q D1_Q! D2_Q D2_Q! 与门输出用此电路实现在一个完整的高电平阶段翻开闸门进行计数。3.3 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，其去除端是异步的。当去除端CLEAR为低电平时，不管时钟端CLOCK状态如何，即可完成去除功能。74LS161的预置是同步的。当置入控制

35、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，那么LOAD应防止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。 14 兰州交通大学毕业设计(论文

36、) 图3.3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的高电平局部。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3.4 74LS161功能表CLK XX X X CLR L H H H H HENP X H L L X HENT X L H L X HLoad X H H H L HFunction ClearCount & RC disabled Count disabledC

37、ount & RC disabled LoadIncrement Counter 说明： H高电平L低电平15 兰州交通大学毕业设计(论文)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。3.4 锁存电路锁存电路如图3.4所示，74LS373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。 图3.4 锁存电路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 D16 兰

38、州交通大学毕业设计(论文)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3.5 真值表Dn H LX XLE H LL HOE L LL HDn H LQD 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。3.5 显示电路计数电路的计数数据通过单片机AT89S52的P0

39、和P2端口后，通过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，在电路设计中能够到达非常高的处理精度。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效劳程序中,定时中断一次，电机换

40、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效劳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。17 兰州交通大学毕业设计(论文) 图3.5 显示电路3.6 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

41、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18 兰州交通大学毕业设计(论文)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。 图3.6 控制电路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)。其将通用的微处

42、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本钱。19 兰州交通大学毕业设计(论文)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控制选择电路控制选择电路如图3.7所示： 图3.7 控制选择电路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，那么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。20 兰州交通大学毕业设计(论文)3.8 电源电

43、路 图3.8 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，翻开闸门，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

44、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21 兰州交通大学毕业设计(论文)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，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：22 兰州交通大学毕业设计(论文)图3.9

45、 电路总图23 兰州交通大学毕业设计(论文)这样，整个电路就能够实时的对输入信号的频率和周期进行测量。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。计数器的种类非常繁多，如果按计数器中的触发器是否同时翻转分类，可以把计数器分为同步式和异步式两种。在同步计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时进行的。而在异步计数器中，触发器的翻转有先有后，不是同时发生的。在一些数字系统中，有时需要系统按照事先规定的顺序进行一系列的操作。这就要求系统的控制局部能给出一组在时间上有先后顺序的脉冲信号，再用这组脉冲形成所需要的各种控制信号。 24兰州交通大学毕业设

46、计(论文)4. 软件设计程序主要实现将24位计数器读入后换算为周期，频率的任务，同时还要对数码管进行动态扫描显示。设计的流程图如下列图4.1所示： 程序设计见附录。图4.1 程序流程图 25兰州交通大学毕业设计(论文)结 论电子计数器是一种多功能的电子测量仪器，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，并将结果以数字形式显示出来。电子计数器的测量方法有三种，直接测量法，组合法和多周期同步测量法。本设计采用了直接测量法，相对于后两种测量方法，直接测量法的误差相对较大。电子计数器的关键是控制电路，本设计的控制电路以AT89S52单片机为核心构成电子计数器的控制系统 。在论文中进行了总

47、体方案的设计，硬件电路主要由五个模块来实现其功能，包括输入电路、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，对各个功能模块进行了具体的电路设计。并对系统软件进行了设计，用C语言编程实现了闸门控制及显示等功能。通过这次毕业设计，深深地体会到设计工作不是一件简单的事情，它需要设计者具有全面的专业知识、缜密的思维、严谨的工作态度以及较高的分析问题、解决问题的能力，而我在很多方面还有欠缺。只要学习就会有更多的问题，有更多的难点，但也会有更多的收获。 26 兰州交通大学毕业设计(论文)致 谢 通过这一阶段的努力，我的毕业论文?智能电子计数器?终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段

48、，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中，我的指导老师孙春霞老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。在今后的工作中把学院的优良传统发扬光大。感谢各位老师的批评指导。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业

49、知识，并在设计中得以表达。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向兰州交通大学电信学院的全体老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。最后，我再次感谢对我指导、关心和帮助过的老师、领导、同学，谢谢了。 27 兰州交通大学毕业设计(论文)参考文献1 康华光、邹寿彬.电子技术根底数字局部第四版M.北京：高等教育出版社，1999.6：411-414.2 康华光、邹寿彬.电子技术根底模拟局部第四版M.北京：高等教育出版社，2000.7：193，197.3 高桔祥、易凡.电子技术根底实验与课程设计M.北京：电子工业出版社，2002：367-369，381.4 童诗白模拟电子

50、技术根底M北京：高等教育出版社，1988：119-131.5 网站：中国IC网 ic37 J.6 潘永雄、沙河. 电子线路CAD实用教程M. 陕西：西安电子科技大学出版社，2007：7 唐颖、程菊花 任条娟. 单片机原理与应用及C51程序设计 M. 北京：北京大学出版社，2021.8.8 张盛福. 华邦51单片机原理及应用 M. 北京: 航空航天大学出版社，2005.9 陈清山,陈燕科. 最新世界集成模数和数模转换器及接口器手册 M. 长沙：中南工业大学出版社，1990.10 刘振安，张培仁. MCS-96系列单片机微机原理与实践 M. 合肥：中国科学技术大学出版社，1992.11 薛钧义，张彦斌.MCS-51/96单片微型计算机及其应用 M. 西安：西南交通大学出版社，1990.12 清华大学电子学教研组编，童诗白主编：?电子技术根底?(第二版)，