数字频率计设计

数字频率计设计数字频率计设计12/12数字频率计设计数字频率计的设计大纲：采用STC89C52RC单片机作为系统的核心控制器件，该系统采用直流供电，由信号输入模块、信号相加模块、滤波模块、信号比较器模块，电平变换模块组成，拥有信号输入、测信号频率、测量矩形方波占空比的功能，而且拥有测量精度高功耗低、抗搅乱能力强等特点。方案设计与比较信号混杂电路模块方案一：同相加法器。加法器是一种数位电路，其可进行信号的加法计算。加法器是产生数的和的装置。加数和被加数为输入，和数与进位为输出的装置为半加器。若加数、被加数与低位的进位数为输入，而和数与进位为输出则为全加器。同相加法器输入阻抗高，输出阻抗低反相加法器输入阻抗低，输出阻抗高入采用同相加法器时，如A输入信号时，由于是同相加法器，输入阻抗高，这样信号不太简单流入加法器，反而更简单流入B端，而影响到B端的正常使用;同样，如B输入信号时，简单流入A端，而影响到A端的正常使用。方案二：反相加法器。入采用反相加法器时，由于加法器输入阻抗低，无论是A端，还是B端信号，更简单流入加法器，而不会影响其他路的正常使用。综上所述选择方案一。滤波电路模块方案一：采用有源二阶切比雪夫高通滤波器。切比雪夫滤波电路在通带或阻带上频率响应幅度等涟漪颠簸的滤波器。切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特点不如后者平坦。切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内存在幅度颠簸，有可能有纹波颠簸以致电压达到施密特触发器的上限或下限出发电平，以致误触发，输出方波可能严重失真。方案二：采用有源二阶巴特沃斯高通滤波器。巴特沃斯滤波电路的幅频响应在通带中拥有最平幅度特点没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，由于巴特沃斯滤波电路的幅频响应曲线很圆滑，没有起伏，可以有效闪避施密特比较器中的误触发，因此采用幅频响应曲线最圆滑的巴特沃斯型滤波器，可以有效闪避误触发。综上所述选择方案二。正弦波整形电路方案一：采用分立器件搭建整形电路。由于分立器件电路存在着构造复杂、设计难度大等诸多缺点，因此不采用该方案。?方案二：采用集成比较器运放。常用的电压比较器运放LM339的响应时间为1300ns，远远无法达到发挥部分100MHz的频率要求。因此，采用响应时间为的高速比较器运放TLV3501。测频系统模块方案一:采用传统的TI的MSP430单片机对系统进行控制，但其容量小，工作电压较低与板子工作电压不符，功耗较大。方案二：采用51单片机对系统控制，该单片机的工作电压为5V，与板子的工作电压一致，而且性能很好，功能富强，既能满足对功耗控制要求，又能达到设计要求。综上所述，选择方案二。理论解析与计算同相加法电路解析计算NE5532拥有输入阻抗高，输出阻抗低等特点。入采用同相加法器时，需要在输入信号后加一个电压随从器，尔后才经过同相加法器进行信号混杂。采用NE5532芯片作为信号的来实现电压随从器与加法器，其驱动电压为5V，而且在电压端需要加入退耦电容，防范电路经过电源形成的正反响通路而引起的寄生振荡。当信号S1与S2输入过后，由于电压随从器的作用以致信号电压衰减一倍，，因此在同相加法电路中需要将输出信号S3电压放大一倍,因此，R3与R4电阻采用10K电阻。Av=R4/(R3+R4)+1,R3=R4=10k。二阶高通滤波电路解析计算高通滤波器，又称低截止滤波器、低阻滤波器，赞同高于某一截频的频率经过，而大大衰减较低频率的一种滤波器。它去掉了信号中不用要的低频成分也许说去掉了低频搅乱。它是由两节RC滤波电路和同对照率放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。其中最低赞同经过频率Wc=1/RC。输入S3混杂信号时，可以滤掉S2低频信号，S1高频信号可以经过，可采用NE5532组装成该电路，该电路参数由Filterprodeskstop软件自动确定。参数以以下图：比较器电路解析计算施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位保持；对于负向递减和正向递加两种不同样变化方向的输入信号，施密特触发器有不同样的阈值电压。本实验采用的是LM311比较器。由于施密特触发器的比较电压接地为0V,输入信号与0V对照较，依照输入信号的电压幅度值确定上限触发电平Vt1与下限触发电平Vt2并确定各个电阻值，最后测得经过窗口比较器输出后的方波比较吻合理想情况，可以正常工作。电路设计我们设计的频率计组要分为以下几个部分：同相加法器、滤波器、比较器、单片机控制系统。本设计中的核心是由STC89C52RC组成的控制系统，经过单片机的外面中断及单片机内部的准时器来完成待待测信号频率及周期的测量。准时器的工作可以由编程来实现准时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。在准时器工作方式下，在被测时间间隔内，每来一个机器周期，外面中断一次，而且变量自动加1，这样就可以测量出信号的频率。（如图）加法器电路以以下图：NE5532拥有输入阻抗高，输出阻抗低等特点。入采用同相加法器时，需要在输入信号后加一个电压随从器，尔后才经过同相加法器进行信号混杂。采用NE5532芯片作为信号的来实现电压随从器与加法器，其驱动电压为5V，而且在电压端需要加入退耦电容，防范电路经过电源形成的正反响通路而引起的寄生振荡。输入信号各接入一个由NE5532运算放大器组成的电压随从器，尔后各接入一个10K的电阻一起输入同相加法器，同相加法器的R3，R4电阻都为10K,以保证其内部包含的固定增益放大器的增益额度由外接反响的网络不同样而改变，以满足增益变化的需要。高通滤波电路电路图以以下图，采用有源二阶巴特沃斯高通滤波器。巴特沃斯滤波电路的幅频响应在通带中拥有最平幅度特点没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，由于巴特沃斯滤波电路的幅频响应曲线很圆滑，没有起伏。由两个68nf的电容与一个的电阻从正极输入一个NE5532运算放大器。负极接一的电阻接地，接10K的电阻与运算放大器的输出端相连。比较器电路比较器用的芯片是LM311，LM311是一款兼容TTL器件引脚的高速CMOS器件，逻辑功能为6路斯密特触发反相器，其耗电量低，速度快，可将缓慢变化的输入信号变换成清楚、无抖动的输出信号。电路图如图。程序设计频率的测量单片机控制系统采用STC89C52RC单片机，STC89C52RC单片机拥有低功耗模式，而且具有5此中断源，有两个外面中断两个内部中断还有一个串口中断。程序使用单片机内部计数器和准时器实现测量。主若是经过比较器和电平变换器将输入信号变换为单片机可利用的矩形脉冲信号，编程计数一秒内矩形脉冲的个数，从而实现测量输入信号频率的功能。由频率测量到占空比测量切换的实现由单片机上的按键实现，按下去（长按），数码管则显示矩形脉冲的占空比，若为按下此键，数码管则显示的是输入信号的频率。占空比的测量如上图所示，当脉冲的上升沿到临时，将准时器打开；紧接着的下降沿到临时，读取准时器的值，假设准时时间为t1；下一个上升沿到临时关闭准时器，读取准时器的值，假设准时时间为t2。t1即为1个周期内高电平的时间，t2即为脉冲的周期。t1/t2即为占空比，1/t2即为频率。作品测试测试仪器直流稳压电源：GPD-33030，一台数字储蓄示波器：DS1102E,一台函数信号发生器：DG1022U,一台万用表：VC890C，一台测试方法利用函数信号发生器，产生一系列满足题目要求的待测信号，使用本电子设计竞赛作品对待测信号进行测量，并解析计算相对误差。同时，使用示波器的脉冲测量功能，比较测量，信号参数。测试时的装置连接方式如图。测试结果及解析信号混杂器波形测试波形测试如图，输入频率分别为50HZ和50KHZ，峰峰值都为1VPP的正弦波经过信号混杂器后，波形以以下图。可以明显察看到50KHZ的波形被50HZ的波形所影响。频率测试S2幅度S2频率待测作品显示频率待测作品测量相示波器测得的频(Vpp)（Hz）(Hz）对误差（%）率（Hz）5k253551025k498550005k498550005k4985500010k611310K10k997510K10k997510K10k997510K50k3135550K50k4989850K50k4989850K50k4989850K100k62909100K100k99795100K100k99796100K100k99796100K占空比测试S2S2待测作品待测作品待测作品待测作品示波器测示波器测显示频率频率测量显示占空占空比测得的频率得的占空频率占空（Hz）相对误差量相对误（Hz）比（Hz）比（%）比差（%）(%)(%)5k49855K105k49855K205k49855K505k49855K795k49855K8810k997510K1010k997510K2010k997510K4810k997510K7810k997510K88结果解析系统在正弦信号测量频率和测量方波占空比均达到基本和发挥部分要求，各项指标测量精度高，交流电压信号测量频率范围广，整体性能达到题目发挥部分要求。仅在输入电压幅值为时测量有所误差，输出信号无法达到单片机所能鉴别信号的要求。经测量220MV及以上输入信号经电路的输出的均能达到题目要求。总结本系统以STC89C52RC单片机作为系统的核心控制器件，用NE5532集成运算放大器芯片对输入信号进行相加和滤波，再利用LM311芯片构造信号比较器，将信号进行波形变换。系统采用直流供电，该系统采用直流供电，由信号输入模块、信号相加模块、滤波模块、信号比较器模块，电平变换模块组成，拥有信号输入、测信号频率、测量矩形方波占空比的功能，而且拥有测量精度高功耗低、抗搅乱能力强等特