基于SPCE061A的多功能計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

0 引言
本設(shè)計(jì)為參加院電子制作比賽而做。其設(shè)計(jì)的基本要求是：制作一個(gè)簡(jiǎn)易多功能計(jì)數(shù)器，能夠接收函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)周期測(cè)量、頻率測(cè)量和時(shí)間間隔測(cè)量的功能。具體有以下3項(xiàng)要求。
(1)可以用鍵盤選擇周期測(cè)量、頻率測(cè)量和時(shí)間間隔測(cè)量；
(2)周期、時(shí)間間隔測(cè)量為0．1 ms～1 s，誤差≤1％；
(3)頻率測(cè)量為1 Hz～200 kHz，誤差≤1％。

1 方案設(shè)計(jì)與論證
1．1 頻率測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)方法
方案一：直接測(cè)頻法
直接測(cè)頻法是把被測(cè)頻率信號(hào)經(jīng)脈沖形成電路后加到閘門的一個(gè)輸入端，只有在閘門開通時(shí)間t(以秒計(jì))內(nèi)，被計(jì)數(shù)的脈沖送到十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。設(shè)計(jì)數(shù)器的值為N，由頻率定義式可以計(jì)算得到被測(cè)信號(hào)頻率為f=N／t。經(jīng)分析，本測(cè)量在低頻段的相對(duì)測(cè)量誤差較大。增大t可以提高測(cè)量精度，但在低頻段測(cè)量精度難以得到滿意的結(jié)果。
方案二：高精度測(cè)頻法
圖1預(yù)置門控信號(hào)、基準(zhǔn)信號(hào)Fs、待測(cè)信號(hào)將待測(cè)信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)分別看做被抽樣信號(hào)及抽樣脈沖，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的理論，若對(duì)待測(cè)信號(hào)的觀察時(shí)間tw加大可減少待測(cè)信號(hào)頻域分析時(shí)高頻分量的損失，可以更完整的重構(gòu)信號(hào)。當(dāng)提高基準(zhǔn)信號(hào)的頻率，即加大信號(hào)的觀察時(shí)間，能夠大大降低誤差，對(duì)高頻段信號(hào)比較適用。

以上2種方案中，方案一立足于頻率基本定義，方案二可以用單片機(jī)軟硬結(jié)合方便地完成浮點(diǎn)數(shù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。故本設(shè)計(jì)選用方案一。
1．2 周期測(cè)量
由于周期為頻率倒數(shù)，故測(cè)周期與測(cè)頻率類似。
1．3 時(shí)間間隔測(cè)量
可利用單片機(jī)定時(shí)計(jì)算2次脈沖時(shí)間差。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 電路方框圖及說明
本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，電路構(gòu)成如圖2所示。主要包括：信號(hào)處理電路完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的處理整形，控制電路完成對(duì)頻率、周期、時(shí)間間隔測(cè)量的控制，整個(gè)系統(tǒng)采用凌陽(yáng)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)和溫度測(cè)量的控制，顯示部分采用液晶顯示，還具有發(fā)聲功能。

2．2 單元電路設(shè)計(jì)
2．2．1 基準(zhǔn)12 MHz信號(hào)源電路
采用12 MHz晶體振蕩器及反相器構(gòu)成，如圖3所示。