电子计数器课程设计

引言

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。本设计由四部分组成：第一部分是引言；第二部分是电子计数器的原理介绍；第三部分是单元电路的设计；第四部分是结论。

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。

目录

引言 ...................................................................I

1 电子计数器的设计要求及技术指标 (1)

2 电子计数器的工作原理 (2)

2.1 电子计数器的基本工作原理 (2)

2.2 电子计数器的基本结构 (4)

3 电子计数器的设计方案 (7)

3.1 电子计数器的分类 (7)

3.2 实现方法 (7)

4 硬件电路设计 (8)

4.1 整形电路 (8)

4.2 闸门电路 (9)

4.3 计数电路 (10)

4.4 锁存电路 (12)

4.5 显示电路 (13)

4.6 控制电路 (14)

4.7 控制选择电路 (16)

4.8 电源电路 (17)

4.9 整体电路图 (17)

结论 (21)

参考文献 (22)

1 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0.1V～5V；

(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100μS，信号为脉冲波，幅度为0.1V～5V；

(4).脉冲测量误差：0.1%。

(5).十进制数字显示，显示刷新时间1S～10S连续可调；

(6).具有自校功能，时标信号频率为1MHZ。

2电子计数器的工作原理

2.1电子计数器的基本工作原理

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寄存器TCON(定时器控制寄存器)的某一位TFx置1，作为计数器的溢出中断标志。若工作于定时状态，则表示定时时间；若工作于计数状态，则表示计数回零。所以电子计数器的基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通过闸门，使计数器计数，所计之数N＝fA·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。则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期间在寄存器中出现。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。若计数器计数值为N，则被测信号的频率f x=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

图1.1.1为频率测量原理框图，频率为f x的被测信号，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），则在所选闸门时间T内主门开启，被测信号通过主门进入计数器计数。

周期是频率的倒数，因此，测量周期时可以把测量频率时的计数信号和门控信号的来源相对换来实现，周期测量原理图如图2.1所示：

（b）.测周期法时序图

图2.1 （a）.测周期法原理框图；（b）.测周期法时序图

周期为T x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主门启闭的控制信号，使主门仅在被测周期T x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

T，计数器计数值主门。在主门的开启时间内，时标进入计数器计数。若所选时标为

为N，则被测信号的周期为NT

Tx=。

2.2电子计数器的基本结构

根据电子计数器的基本原理，本文设计方案的基本思想是分为五个模块来实现其功能，结构框图如图2.2所示，即整个电子计数器系统分为输入电路、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，并分别用单片机对其进行编程，实现了