電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程：電子測(cè)量技術(shù)

             班級(jí)：電子141

             姓名：施*萍

             學(xué)號(hào)：14072001

• 實(shí)驗(yàn)原理
  

測(cè)頻原理

所謂“頻率”，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間變化的次數(shù)。電子計(jì)數(shù)器是嚴(yán)格按照的定義進(jìn)行測(cè)頻，其對(duì)應(yīng)的測(cè)頻原理方框圖和工作時(shí)間波形如圖1 所示。從圖中可以看出測(cè)量過(guò)程：輸入待測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖形成電路形成計(jì)數(shù)的窄脈沖，時(shí)基信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生計(jì)數(shù)閘門信號(hào)，待測(cè)信號(hào)通過(guò)閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，即可得到其頻率。若閘門開啟時(shí)間為、待測(cè)信號(hào)頻率為，在閘門時(shí)間Ｔ內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為N，則待測(cè)頻率為
                                  
    若假設(shè)閘門時(shí)間為1s，計(jì)數(shù)器的值為1000，則待測(cè)信號(hào)頻率應(yīng)為1000Hz或1.000kHz，此時(shí)，測(cè)頻分辨力為1Hz。

圖1 測(cè)頻原理框圖和時(shí)間波形

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)框圖

主要原理：該頻率計(jì)數(shù)器主要是由信號(hào)處理電路部分、單片機(jī)AT89C51控制部分、8位LED數(shù)碼管顯示器部分等組成。該系統(tǒng)的功能是將信號(hào)輸入P3.4口，通過(guò)單片機(jī)程序控制，對(duì)LED數(shù)碼管顯示器進(jìn)行段控和位控，這些就是為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。

• 硬件設(shè)計(jì)
  

1、單片機(jī)的時(shí)鐘電路

圖2 晶振電路

晶振是一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定、精確的單頻振蕩。在通常情況下，晶振的精確度達(dá)到百萬(wàn)之五十。我們需要晶振提供時(shí)鐘周期然后使得單片機(jī)能夠執(zhí)行代碼。晶振X1、電容C2／C4及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容C4、C2的容量有關(guān)，但主要由電路中晶振頻率決定.。

我選用2.4MHz頻率的晶體，電路允許輸入的脈沖頻率為10kHz。電容的大小范圍為一般為20pF～40pF，本次設(shè)計(jì)我們居中選用33pF電容。電容的作用還在于能夠容易起震并減少頻率的溫漂。

• 單片機(jī)的復(fù)位
  

單片機(jī)的復(fù)位一般情況下都是靠外部電路鏈接來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作之后，僅僅需要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)高于24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（相當(dāng)于2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，這樣的單片機(jī)便能夠?qū)崿F(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了能夠保證應(yīng)用系統(tǒng)能夠可靠正常的復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路的時(shí)候，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平的水平。只要保持高電平的狀態(tài)，那么單片機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)復(fù)位；當(dāng)RST從高電平順利地轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖揭院螅珹T89C51單片機(jī)從0000H地址開始執(zhí)行程序。

圖3復(fù)位電路

它的工作原理在于當(dāng)電源接通，上電瞬間，電源對(duì)C1進(jìn)行充電，此時(shí)復(fù)位引腳9即RST高電平有效，隨著時(shí)間推移，RST電平下降，此時(shí)轉(zhuǎn)為單片機(jī)正常工作。一般情況下復(fù)位時(shí)間為3~5個(gè)的RC時(shí)間。

按鍵開關(guān)的使用是為了避免死機(jī)狀態(tài)下能夠正常復(fù)位。而設(shè)置并聯(lián)電容C3（這里也可以選擇串聯(lián)一個(gè)遠(yuǎn)小于R1的電阻可以達(dá)到一樣的效果）是為了限制按下瞬間電容C1的電流，避免產(chǎn)生火花，以達(dá)到保護(hù)按鍵開關(guān)的目的。RC復(fù)位電路的復(fù)位電路增加了二極管，在電源電壓瞬間下降時(shí)使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。

3、信號(hào)輸入

圖4 信號(hào)輸入

如圖4所示，信號(hào)從單片機(jī)P3.4/T0口輸入。

• 顯示電路
  

采用7SEG-MPX8-CC-BLUE,里面有八個(gè)數(shù)碼管的顯示電路，這里只用到6個(gè)。

圖5 顯示電路

我們知道共陰和共陽(yáng)結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃的段名和安排的位置是相同的。當(dāng)其中的二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃部分會(huì)發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。

圖6 數(shù)碼管顯示電路

其中的8個(gè)筆劃段a、b、c、d、e、f、g、dP對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。如下表1.1，用LED顯示器顯示十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼如下所示：

• 整體電路
  

圖7 整體電路

• 軟件設(shè)計(jì)流程圖
  

• 仿真結(jié)果及分析
  

（一）性能指標(biāo)

頻率范圍：0~1MHz; 頻率分辨率1.010x10^-6，輸出范圍:0~990KHz

分析：當(dāng)輸入達(dá)990KHz以上，LED顯示值存在特別大誤差，故輸入值不可過(guò)高。

（二）典型值及誤差分析

分析：由表格明顯看出，

1、隨著輸入頻率值變大，測(cè)量絕對(duì)誤差就越大；輸入值越小，絕對(duì)誤差越小。

2、當(dāng)輸入值從0至100KHz變化時(shí)，測(cè)量相對(duì)誤差逐漸變大；輸入值從100KHz至700KHz變化時(shí)，測(cè)量相對(duì)誤差逐漸變小，隨后又逐漸變大因而輸入值在700KHz附近存在最佳測(cè)量點(diǎn)。

• 誤差曲線
  

圖8 誤差曲線

分析：當(dāng)輸入值從0至100KHz變化時(shí)，測(cè)量相對(duì)誤差很快變大；輸入值從100KHz至700KHz變化時(shí)，測(cè)量相對(duì)誤差逐漸變小，隨后又逐漸變大。因而輸入值在700KHz附近存在最佳測(cè)量點(diǎn)。

（四）仿真結(jié)果截圖

圖9 輸入值為500000Hz時(shí)的測(cè)量值

分析：此時(shí)測(cè)量相對(duì)誤差為0.139%

圖10 輸入值為5000Hz時(shí)的測(cè)量值

分析：此時(shí)測(cè)量相對(duì)誤差為0.22%

圖11 輸入值為500Hz時(shí)的測(cè)量值

分析：此時(shí)測(cè)量相對(duì)誤差為0

圖12 輸入值為5Hz時(shí)的測(cè)量值

分析：此時(shí)測(cè)量相對(duì)誤差為0.

• 實(shí)驗(yàn)心得和體會(huì)
  

• 總結(jié)
  

本次實(shí)驗(yàn)使用的仿真軟件是Keil和Proteus結(jié)合,測(cè)量結(jié)果分析采用的是matlab。

遇到的問(wèn)題有：

1、Proteus的安裝問(wèn)題

• Proteus 的基本操作如找元件并放置在圖板里
• Keil和Proteus的聯(lián)調(diào)問(wèn)題
  

解決：1、安裝問(wèn)題通過(guò)詢問(wèn)學(xué)長(zhǎng)獲知正確破解方法

• 基本操作問(wèn)題通過(guò)自行網(wǎng)上搜索得知
• 聯(lián)調(diào)問(wèn)題是自己從各方面尋求解決辦法得以解決
  

• 體會(huì)
  

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/font>

1、理解電子計(jì)數(shù)器的工作原理。

2、掌握電子計(jì)數(shù)器各個(gè)組成部分的實(shí)現(xiàn)方法。

明白平時(shí)要注重理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐的結(jié)合，才能學(xué)得很深刻，更到位。