高频数字频率计的设计

沈阳工学院信息与控制学院 田杨杨 贾 婷 赵树礼 张 琪



高频数字频率计的设计

沈阳工学院信息与控制学院 田杨杨 贾 婷 赵树礼 张 琪

【摘要】本文设计了一种以单片机STC12C5201AD为核心的数字频率计,其中硬件部分主要是由整形电路、单片机最小系统和显示单元组成的，软件设计是由一些功能模块来实现的。此外，通过控制单片机的各项功能和运算操作能力进而来实现周期和频率间的计数和数据的显示。本设计中的频率计具有电路结构简单、成本低、测量方便、扩展能力强，适用范围广等特点,适合测量低频信号，能基本满足一般情况下的需求。另外，由于本设计采用了模块化的设计方法，提高了测量频率的范围。

【关键词】频率测量；频率计；单片机；LCD显示

1　系统设计

1.1总体设计

本频率计数器严格地按照f=N/T公式进行测频。由于数字测量的离散性，被测频率在计数器中所记进的脉冲数可有正一个或负一个脉冲的±1量化误差，在不计其他误差影响的情况下，测量精度将为：&(fA)=1/N。应当指出，测量频率时所产生的误差是由N和T两个参数所决定的，一方面是单位时间内计数脉冲个数越多时，精度越高，另一方面T越稳定时，精度越高。为了增加单位时间内计数脉冲的个数，一方面可在输入端将被测信号倍频，另一方面可增加T来满足，为了增加T的稳定度，只需提高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能达到。上述表明，在频率测量时，被测信号频率越高，测量精度越高。其总体原理框图如图1所示。

图1　系统结构流程图

1.2单元电路设计

1.2.1放大电路

本系统设计的放大整形电路如图2所示。输入信号首先经高精度大带宽运算放大器OPA690放大。

1.2.2整形电路

本系统低功耗精密比较器MAX913整形电路如图3所示，整形电路提高了系统测量精度和灵敏度。最后输出的矩形波信号送入频率测量电路。

1.2.3分频电路

本系统设计中分频电路如图4所示。分频器合理地分割各单元的工作频段，进行各单元功率分配，使各单元之间具有恰当的相位关系以减少各单元在工作中出现的声干涉失真。

图2　放大电路图

图3　整形电路

图4　分频电路

1.2.4单片机

本系统采用STC12C5201AD单片机，此系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。STC12C5201AD系列工作电压：5.5V-3.3V（5V单片机）STC12LE5201AD系列工作电压：3.6V-2.2V（3V单片机），工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0-20MHz内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速8位A/D转换(300K/S)，针对电机控

制，强干扰场合。单片机电路如图5所示：

图5　单片机电路图

2　系统测试

测试1：输入信号为正弦波时，幅度值为300mV时不同频率以及实际测量值的对比。

测试2：输入信号为正弦波时，且幅度值为0.9V时不同频率以及实际测量值的对比。

测试3：输入信号为方波时，且幅度值为500mV时不同频率以及实际测量值的对比。

3　结论

由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的基本要求以及部分发挥要求。1)正弦波频率范围在1—20M之间，相对误差绝对值小于万分之一。2)被测电压有效值在140mV—1V之间。3)指示灯表示单片机是否正常工作。

参考文献

[1]谢自美.电子线路设计.实验.测试[M].武汉:华中理工大学出版社,2000.

[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3]付家才.电子实验与实践[M].北京:高等教育出版社,2004.

贾婷，女，讲师，现供职于沈阳工学院信息与控制学院。

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