电子计数器方案

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1、11、 智 能 计 数 器 概 念 .22、 通 用 计 数 器 简 介 .23、 智 能 电 子 计 数 器 功 能 及 性 能 指 标 .34、智能电子计数器的方案选择 .35、智能电子计数器的系统实现框图 .76、传统的通用电子计数器的不足 .87、智能通用电子计数器的优势 .98、智能电子计数器存在的关键问题及解决方案 .129、功能模块电路的设计 .1210、系统软件的设计 .1921、 智 能 计 数 器 概 念智 能 计 数 器 ， 是 利 用 数 字 电 路 技 术 数 出 给 定 时 间 内 所 通 过 的脉 冲 数 并 显 示 计 数 结 果 的 数 字 化 仪 器 。 智

2、 能 计 数 器 是 其 他 数 字 化仪 器 的 基 础 。 在 它 的 输 入 通 道 接 入 各 种 模 -数 变 换 器 ， 再 利 用 相应 的 换 能 器 便 可 制 成 各 种 数 字 化 仪 器 。智 能 计 数 器 的 特 点 ： 测 量 精 度 高 、 量 程 宽 、 功 能 多 、 操 作 简单 、 测 量 速 度 快 、 直 接 显 示 数 字 ， 而 且 易 于 实 现 测 量 过 程 自 动 化 。智 能 计 数 器 按 功 能 可 分 4 类 ：1、 通 用 计 数 器 ： 可 测 频 率 、 周 期 、 多 周 期 平 均 、 时 间 间 隔 、频 率 比 和

3、累 计 等 。2、 频 率 计 数 器 ： 专 门 用 于 测 量 高 频 和 微 波 频 率 的 计 数 器 。3、 计 算 计 数 器 ： 具 有 计 算 功 能 的 计 数 器 ， 可 进 行 数 学 运 算 ，可 用 程 序 控 制 进 行 测 量 计 算 和 显 示 等 全 部 工 作 过 程4、 微 波 计 数 器 ： 是 以 通 用 计 数 器 和 频 率 计 数 器 为 主 配 以 测频 扩 展 器 而 组 成 的 微 波 频 率 计 。应 用 领 域 ： 智 能 计 数 器 在 工 业 生 产 和 科 学 实 验 中 得 到 广 泛 应用 。2、 通 用 计 数 器 简 介本

4、 课 题 主 要 是 针 对 智 能 通 用 计 数 器 的 设 计 ， 通 用 电 子 计 数 器又 可 称 为 多 功 能 电 子 计 数 器 ， 它 可 以 完 成 频 率 测 量 ， 周 期 测 量 ，脉 冲 计 数 ， 以 及 基 本 的 加 减 计 数 和 定 时 功 能 等 等 。 对 于 智 能 通 用3计 数 器 ， 不 仅 要 完 成 以 上 的 各 种 基 本 功 能 ， 而 且 还 要 通 过 单 片 机微 处 理 器 完 成 仪 器 工 作 的 自 动 化 ， 简 化 用 户 的 操 作 难 度 。 所 以 智能 的 通 用 电 子 计 数 器 的 智 能 化 在 体

5、 现 在 以 下 几 个 方 面 ： 测量过程自动化、测量数据处理及功能多样化，简化仪表电路，提高仪表的可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。3、 智 能 电 子 计 数 器 功 能 及 性 能 指 标1）、频率测量a测量范围：1Hz5MHz；信号幅度范围：0.1V5V。 b测量误差10 -6。2）、周期测量a测量范围：1s0.1s；信号幅度范围：0.1V5V ；b测量误差10 -3。3）、脉冲计数a能检测出各种脉冲信号（方波、三角波、正弦波等等）个数4）、可预置加减计数a可以在 150000 之间进行计数5）、可逆计数功能6） 、 自 动 复 位 功 能7） 、 扩 展 功 能a.

6、 数 据 存 储 功 能4b 计 算 机 通 信 功 能4、智能电子计数器的方案选择方案一直接测频法：通过外部信号通道把信号进行放大整形后，以获得标准的 TTL 电平信号，然后设置主门控制时间（信号的计数时间） ，通过单片机的时钟中断统计门控时间内通过的信号周期个数。单片机把计数的数值通过数码管显示出来，也可以扩展数据存储功能和与计算机通信功能，完成电子计数器与计算机的通信功能，也可以通过计算机配置智能通用计数器的控制器以扩展它的功能。系统框图如下：方案二测周法：测试方法与方案一类似，他是以待测信号为门限，记录在此门限内的高频标准时钟的数量，从而测量信号的频率。系统框图如下：5方案三等精度测量

7、法：前级模拟信号处理功能与方案一相同，只是在转换数字信号后的测量方案有所不同，先设置一个参考频率信号，然后设置门控时间（由被测信号和预制门控共同控制） ，用同步电路对参考信号和被测信号分别进行计数，然后通过单片机处理，完成计数和显示功能。系统框图如下：方案比较方案一的优点：电路简单，能完成智能计数器的基本功能，特6别是在测量频率较高的信号时精度很高。系统控制简单，在满足功能要求的情况下硬软件实现容易。方案一的缺点：测量精度不能做的很高，特别在频率很低时，测量误差会很大，它总是存在相对误差，特别是在频率很低时最大计量误差很明显。例如：如果被测信号的频繁率为 10Hz，门控时间为 1S，则最大计量

8、误差则达到 10%，严重影响智能电子计数器的性能。方案二的优点：电路简单，能完成智能计数器的基本功能，特别是在测量频率较低的信号时精度很高。系统控制简单，在满足功能要求的情况下硬软件实现容易。方案三的优点：采用多周期同步测量的技术，由于其精确门限信号由被测信号和预置门控共同控制，测量精度与被测信号的频率无关，只与参考信号的频率和稳定度有关，这样消除了最大计量误差引起的测量精度的恶化，同时通过对频率和周期的自动测量转换使测量精度得到了很大的改善（频率高时自动进行频率测量，频率低时自动进行周期测量） ，可同时消除方案一和方案二的不足之处，从而使测量精度能提升几个数量级。方案三的缺点：电路的难度加大

9、，对硬件电路的复杂度与性能标求提高了要求，软件控制的难度也提升了不少。综合上述两个方案的对比，在单片机能完成智能电子计数器的情况下，方案三优势较大，它的测量性能很高，并且可以尽量通过软件的控制来简化硬件电路，相对来说对硬件电路的整个要求来说7也不是很高。所以，本项目主要采用方案三来实现。5、智能电子计数器的系统实现框图系统整体结构：整体设计系统结构，硬件与软件相结合，并尽量以软件代替硬件以充分发挥微型机效能，提高可靠性。主要有以下几个功能模块组成：输入通道、整形放大电路、同步电路部分、单片机控制部分、键盘与显示部分、通信部分。功能的实现过程：来至通道 1 至 n 的模拟型号通过模拟开关，通过单

10、片机控制那个通道的信号输出，选择一路信号输出给前级放大电路和脉冲整形电路，然后经过多级分频，将频率降低，并且通过单片机控制分频系数，将输出的信号输入门控电路，当来至同步电路的信号进入门控电路时，门控信号有效，电平信号就会触发单片机的计数器 1，对当前脉冲信号进行计数。时钟电路产生频率精度很高的信号通过整形放大电路后得到的标准 TTL 电平信号，通过分频电路得到频率很稳的预置闸门时间，通过同步电路后，使闸门信号和被测信号同步，并让闸门信号触发单片机外部中断，通过中断程8序控制其内部计数器 1 和 2 工作，分别统计两个计数器的值，通过单片机进行运算并通过数码管显示出来。通过键盘对智能电子计数器的

11、功能进行选择，并对单片机进行自动复位。单片机通过串口与计算机进行通信，通过计算机对单片机进行配置，扩展仪器的功能。6、传统的通用电子计数器的不足测量时会存在以下几种误差：1） 、最大计量误差通用计数器各测量功能在计数时，如果主门的开启时刻与计数脉冲的时间关系是不相关的，那么，同一信号在相同的主门开启时间内两次测量所记录的脉冲数 N 可能是不一样的 。计数误差示意图如下：最大计数误差的特点是：不管计数 N 是多少，N 的最大值都为1。因此，为了减少最大计数误差对测量精度的影响，仪器使用中采取的技术措施是：尽量使计数值 N 大,使 N N 误差相应减少。因此这种方法只能测频率高的信号时才会有很大的

12、精度。在测量频率时，当被测信号频率很低时，由1 误差而引起的测量误差将大到不能允许的程度，例如，被测信号 fx1Hz，闸门时间为91s 时，由 1 误差而引起测量误差高达 100%。在测量周期时，当被测周期很小时，也会产生同样的问题，它的误差也会达到很大，周期大时能得到很好的精度。要起同时满足测周与测频的精度，必须要想到一种办法能在测周和测频时都能达到很高的精度。所以在原来的电子计数器基础上，进行了改进，即在被测信号的周期很小时，宜先测频率，再换算出周期；在被测周期过大时，则采用测周期，再换算相应的频率，但这种方法仍不能做到很高。2） 、标准频率误差 标准频率误差在测频时取决于闸门时间的准确度

13、，在测周时取决于时标的准确度。由于闸门时间和时标均由晶体振荡器多次倍频或分频获得，所以，通用计数器有关功能的标准频率误差就是指通用计数器内部（或外部接入）的晶体振荡器的准确度。但时，由标准频率误差引起的测量误差，都不大于由1 误差所引起的测量误差。 3） 、触发误差 当进行周期等测量时，无噪声干扰时，主门开启时间刚好等于被测信号的周期 Tx。若信号受到干扰，信号将使整形电路出现超前或滞后触发，使整形后信号的周期与实际被测信号的周期发生偏离Tn，引起所谓的触发误差。7、智能通用电子计数器的优势本方案的简易测量原理图如下：10波形图如下：1） 、提高了测量精度和可靠性从上图中我们可以分析得出：由于时钟信号与闸门