多功能電子實(shí)訓(xùn)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種多功能電子實(shí)訓(xùn)儀，該電子實(shí)訓(xùn)儀包括第一寬帶信號放大電路(11)、第二寬帶信號放大電路(12)、第一信號整形電路(21)、第二信號整形電路(22)、雙路切換電路(3)、單片機(jī)微處理電路(4)、100分頻電路(5)、顯示電路(6)、存儲(chǔ)電路(7)、第一分頻驅(qū)動(dòng)電路(81)、第二分頻驅(qū)動(dòng)電路(82)；本多功能電子實(shí)訓(xùn)儀采用了等精度頻率測量等技術(shù)，具有如下特點(diǎn)：1)量程自動(dòng)切換；2)顯示直觀；3)測量準(zhǔn)確度高，測頻范圍寬，響應(yīng)速度快，體積??；4)可以同時(shí)測量2路信號的頻率；5)提供1K、1M兩路TTL方波信號；6)具有測量結(jié)果存儲(chǔ)與回放功能。
【專利說明】多功能電子實(shí)訓(xùn)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種多功能電子實(shí)訓(xùn)儀，屬于電子測量儀器的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]頻率計(jì)和信號源是常用的電子設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電子測量、通訊和教學(xué)等領(lǐng)域。頻率計(jì)的基本功能是測量正弦信號、方波信號及其他變化的物理量在單位時(shí)間內(nèi)變化的頻率，而信號源的功能則是提供各種頻率的函數(shù)信號。
[0003]隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測量成為一項(xiàng)越來越普遍的工作，測頻原理和測頻方法的研究正受到越來越多的關(guān)注。早期的頻率計(jì)采用測頻法或測周法測量頻率，通常由組合邏輯電路和時(shí)序電路等硬件電路組成，產(chǎn)品體積大、運(yùn)行速度慢、測量精度不高，而現(xiàn)在市面上較為流行的頻率計(jì)雖然在測頻性能上有很大提高，但通常價(jià)格昂貴，同時(shí)功能相對單一，如頻率測量和信號源分開，存儲(chǔ)功能不完善等，不適合廣大初學(xué)者的實(shí)際需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種多功能電子實(shí)訓(xùn)儀，是一款基于AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)的廉價(jià)、高性能、多功能電子實(shí)訓(xùn)儀，可以精確測量兩路頻率范圍為IHZ至10MHZ的正弦波、三角波、方波等信號的頻率、具有信號源和存儲(chǔ)等功能。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的多功能電子實(shí)訓(xùn)儀包括第一寬帶信號放大電路、第二寬帶信號放大電路、第一信號整形電路、第二信號整形電路、雙路切換電路、單片機(jī)微處理電路、100分頻電路、顯示電路、存儲(chǔ)電路、第一分頻驅(qū)動(dòng)電路、第二分頻驅(qū)動(dòng)電路；其中，第一寬帶信號放大電路、第一信號整形電路、雙路切換電路的一個(gè)輸入端順序連接，第二寬帶信號放大電路、第二信號整形電路、雙路切換電路的另一個(gè)輸入端順序連接，雙路切換電路的輸出端分別接100分頻電路和單片機(jī)微處理電路的信號輸入端，100分頻電路的輸出端接單片機(jī)微處理電路的另一個(gè)信號輸入端，單片機(jī)微處理電路的信號輸出端分別接顯示電路和第一分頻驅(qū)動(dòng)電路的信號輸入端，第一分頻驅(qū)動(dòng)電路的信號輸出端接第二分頻驅(qū)動(dòng)電路的信號輸入端。
[0006]所述的第一寬帶信號放大電路與第二寬帶信號放大電路結(jié)構(gòu)一樣，第一信號整形電路與第二信號整形電路結(jié)構(gòu)一樣，第一寬帶信號放大電路、第二寬帶信號放大電路分別采用兩個(gè)晶體管信號放大電路，第一信號整形電路、第二信號整形電路采用型號為“74HC14”的信號整形電路，兩個(gè)晶體管信號放大電路的信號輸出端分別接信號整形電路的IA和3A輸入端。
[0007]所述的雙路切換電路采用一個(gè)型號為74HC14和一個(gè)型號為74HC00的集成電路，其中，型號為74HC14集成電路的6Y、5A、5Y、4Y端分別對應(yīng)接74HC00的集成電路的A1、B1、A2、B2 端。
[0008]所述的100分頻電路、第一分頻驅(qū)動(dòng)電路81、第二分頻驅(qū)動(dòng)電路82分別采用一個(gè)型號為74HC390的集成電路；單片機(jī)微處理電路4采用型號為AT89S52單片機(jī)。[0009]本多功能電子實(shí)訓(xùn)儀采用了等精度頻率測量等技術(shù)，具有如下特點(diǎn):1)量程自動(dòng)切換；2)顯示直觀；3)測量準(zhǔn)確度高，測頻范圍寬，響應(yīng)速度快，體積?。?)可以同時(shí)測量2路信號的頻率；5)提供1K、1M兩路TTL方波信號；6)具有測量結(jié)果存儲(chǔ)與回放功能。
[0010]有益效果:
[0011]1.功耗低、顯示界面直觀:
[0012]本實(shí)訓(xùn)儀是以51單片機(jī)作為核心處理芯片，并以1602為顯示屏，只顯示兩行測出的頻率，既提供了必要信息又不顯得臃腫冗余，功耗非常低。
[0013]2.采用等精度測量技術(shù)，測量準(zhǔn)確度高、范圍寬:
[0014]等精度頻率測量也稱為多周期同步測量，原理是用2個(gè)計(jì)數(shù)器分別對被測脈沖信號和基準(zhǔn)高頻信號計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的開與關(guān)由被測脈沖的上升沿和下降沿控制，這樣被測脈沖是整數(shù)個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器A沒誤差，計(jì)數(shù)器B的測量誤差為土 I個(gè)基準(zhǔn)信號，故測量準(zhǔn)確度聞。
[0015]3.附有兩路頻率分別為IKHZ和IM的標(biāo)準(zhǔn)方波信號:
[0016]本實(shí)訓(xùn)儀在測頻率的同時(shí)還能輸出兩路標(biāo)準(zhǔn)方波信號供使用。
[0017]4.可同時(shí)測量兩路信號的頻率:
[0018]本實(shí)訓(xùn)儀可同時(shí)準(zhǔn)確測量兩路信號的頻率，力求在質(zhì)量和用戶體驗(yàn)上兩全其美。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖，其中有:第一寬帶信號放大電路11、第二寬帶信號放大電路12、第一信號整形電路21、第二信號整形電路22、雙路切換電路3、單片機(jī)微處理電路4、100分頻電路5、顯示電路6、存儲(chǔ)電路7、第一分頻驅(qū)動(dòng)電路81、第二分頻驅(qū)動(dòng)電路82。
[0020]圖2是等精度測量法分析圖，
[0021]圖3是寬帶信號放大電路、信號整形電路，
[0022]圖4是雙路切換電路，
[0023]圖5是100分頻電路，
[0024]圖6是第一分頻驅(qū)動(dòng)電路和第二分頻驅(qū)動(dòng)電路。
【具體實(shí)施方式】
[0025]I總體框圖:
[0026]本多功能電子實(shí)訓(xùn)儀由第一寬帶信號放大電路11、第二寬帶信號放大電路12、第一信號整形電路21、第二信號整形電路22、雙路切換電路3、單片機(jī)微處理電路4、100分頻電路5、顯示電路6、存儲(chǔ)電路7、第一分頻驅(qū)動(dòng)電路81、第二分頻驅(qū)動(dòng)電路82組成，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示:
[0027]2測量方法選擇:
[0028]等精度測頻原理:
[0029]等精度測頻也稱為多周期同步測量，與傳統(tǒng)的頻率測量原理相比其優(yōu)點(diǎn)是，可在整個(gè)測頻范圍內(nèi)獲得同樣高的測試精度和分辨率，其測量原理如圖2所示:用2個(gè)計(jì)數(shù)器分別對被測脈沖信號和基準(zhǔn)高頻信號計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的開與關(guān)由被測脈沖的上升沿和下降沿控制，這樣被測脈沖是整數(shù)個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器A沒誤差，計(jì)數(shù)器B的測量誤差為土 I個(gè)基準(zhǔn)信號。被測信號頻率、2個(gè)計(jì)數(shù)器脈沖個(gè)數(shù)、基準(zhǔn)信號的頻率關(guān)系為:
[0030]fx = Nx/N0xf0
[0031]本方法在整個(gè)測量范圍都是±1個(gè)基準(zhǔn)信號誤差，適用于高頻信號的頻率測量；對低頻信號，常采用測周法，也就是測量被測信號的周期，通常記錄一個(gè)周期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)高頻時(shí)鐘的個(gè)數(shù)，然后通過計(jì)算得到頻率值。
[0032]3具體模塊簡介:
[0033]根據(jù)上述分析，本多功能電子實(shí)訓(xùn)儀各模塊電路作用如下:
[0034]3.1單片機(jī)微處理電路
[0035]本電路的主芯片是AT89S52單片機(jī)，它是一個(gè)低功耗，高性能CM0S8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kBytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS - 51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器、ISPFlash存儲(chǔ)單元、32位I/O 口線、看門狗定時(shí)器、2個(gè)數(shù)據(jù)指針、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。
[0036]3.2寬帶信號放大電路、信號整形電路
[0037]寬帶信號放大電路的功能是對待測信號進(jìn)行放大處理，降低對待測信號幅度的要求。型號整形電路是對一些不是方波的待測信號轉(zhuǎn)化成方波信號，便于測量。
[0038]本設(shè)計(jì)讓輸入信號先經(jīng)過一個(gè)模擬電路進(jìn)行信號的放大處理，兼顧了高頻和低頻信號，然后用芯片74HC14充當(dāng)比較器，把信號轉(zhuǎn)換為O和I的數(shù)字信號。原理圖如圖3所
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[0039]3.3雙路切換電路
[0040]為了實(shí)現(xiàn)同時(shí)測量兩路信號，設(shè)計(jì)了雙路切換電路，如圖4所示。其工作原理為:當(dāng)選擇端信號為低電平‘0’時(shí)，芯片74HC00的Yl 口輸出為高電平‘l’，Y2 口輸出為信號2的非，經(jīng)過與非門(Α3Β3Υ3)后，Υ3 口輸出為信號2 ;當(dāng)選擇端信號為‘I’時(shí)，Υ2 口輸出為高電平‘l’，Yl 口輸出為信號I的非，經(jīng)過與非門(Α3Β3Υ3)，Υ3 口輸出為信號I。
[0041]3.4100分頻電路
[0042]100分頻電路如圖5所示。本電路采用74HC390異步雙二一五一十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)分頻。內(nèi)有兩組計(jì)數(shù)器，每組計(jì)數(shù)器由兩個(gè)計(jì)數(shù)器組成，I個(gè)一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和I個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它們可以單獨(dú)計(jì)數(shù)，但清零時(shí)同時(shí)清零。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器:Α時(shí)鐘，QA輸出；五進(jìn)制計(jì)數(shù)器:Β時(shí)鐘,QD, QC, QB輸出。信號從4端口輸入,每記滿五個(gè)數(shù)從6端口輸出一個(gè)數(shù)送入端口 12，再次記滿五個(gè)數(shù)時(shí)從端口 10輸出一個(gè)數(shù)送入端口 1，記滿兩次時(shí)從端口3輸出一個(gè)數(shù)送入15，再次記滿兩次時(shí)從13 口輸出。即每當(dāng)輸入端輸入5*5*2*2個(gè)數(shù)時(shí)，輸出端輸出一個(gè)數(shù)，也就是實(shí)現(xiàn)了 100分頻。
[0043]3.5顯示電路
[0044]本系統(tǒng)顯示模塊由IXD1602液晶顯示屏顯示頻率計(jì)的被測數(shù)值，便于觀察測量，并且能夠自動(dòng)切換Hz、KHz及MHz檔，使讀數(shù)簡單可觀。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CG R OM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B (41H)，顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。
[0045]3.6存儲(chǔ)電路
[0046]本實(shí)訓(xùn)儀的存儲(chǔ)電路，由芯片24C04實(shí)現(xiàn)。
[0047]3.7第一分頻驅(qū)動(dòng)電路81和第二分頻驅(qū)動(dòng)電路82
[0048]本電路主要用來實(shí)現(xiàn)兩路信號源輸出?；鶞?zhǔn)信號取自51單片機(jī)的ALE 口，在平時(shí)，ALE端以不變的頻率輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。采用12M晶振的51單片機(jī)將產(chǎn)生2M的標(biāo)準(zhǔn)方波信號，然后分別讓信號經(jīng)過2分頻(第一分頻驅(qū)動(dòng)電路81)和1000分頻(第二分頻驅(qū)動(dòng)電路82)電路。以此產(chǎn)生IK和IM的標(biāo)準(zhǔn)方波。如圖6所示。
[0049]4軟件設(shè)計(jì)
[0050]本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要涉及頻率范圍判斷、頻率測量及頻率值的顯示三部分。
[0051](一)頻率范圍判斷。
[0052]判斷程序主要是初步判斷頻率的大小，根據(jù)判斷的結(jié)果，對待測頻率進(jìn)行分頻處理，從而選擇相應(yīng)的測量方法，通過預(yù)先設(shè)定好定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的值，看計(jì)數(shù)器的溢出情況來判斷選擇哪路信號進(jìn)行測量，具主體程序如下:
【權(quán)利要求】
1.一種多功能電子實(shí)訓(xùn)儀，其特征在于該電子實(shí)訓(xùn)儀包括第一寬帶信號放大電路(11)、第二寬帶信號放大電路(12)、第一信號整形電路(21)、第二信號整形電路(22)、雙路切換電路⑶、單片機(jī)微處理電路⑷、100分頻電路(5)、顯示電路(6)、存儲(chǔ)電路(7)、第一分頻驅(qū)動(dòng)電路(81)、第二分頻驅(qū)動(dòng)電路(82);其中，第一寬帶信號放大電路(11)、第一信號整形電路(21)、雙路切換電路(3)的一個(gè)輸入端順序連接，第二寬帶信號放大電路(12)、第二信號整形電路(22)雙路切換電路(3)的另一個(gè)輸入端順序連接，雙路切換電路(3)的輸出端分別接100分頻電路(5)和單片機(jī)微處理電路⑷的信號輸入端，100分頻電路(5)的輸出端接單片機(jī)微處理電路(4)的另一個(gè)信號輸入端，單片機(jī)微處理電路(4)的信號輸出端分別接顯示電路(6)和第一分頻驅(qū)動(dòng)電路(81)的信號輸入端，第一分頻驅(qū)動(dòng)電路(81)的信號輸出端接第二分頻驅(qū)動(dòng)電路(82)的信號輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電子實(shí)訓(xùn)儀，其特征在于所述的第一寬帶信號放大電路(11)與第二寬帶信號放大電路(12)結(jié)構(gòu)一樣，第一信號整形電路(21)與第二信號整形電路(22)結(jié)構(gòu)一樣，第一寬帶信號放大電路(11)、第二寬帶信號放大電路(12)分別采用兩個(gè)晶體管信號放大電路，第一信號整形電路(21)、第二信號整形電路(22)采用型號為“74HC14”的信號整形電路，兩個(gè)晶體管信號放大電路的信號輸出端分別接信號整形電路的IA和3A輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電子實(shí)訓(xùn)儀，其特征在于所述的雙路切換電路(3)采用一個(gè)型號為74HC14和一個(gè)型號為74HC00的集成電路，其中，型號為74HC14集成電路的6Y、5A、5Y、4Y端分別對應(yīng)接74HC00的集成電路的Al、B1、A2、B2端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電子實(shí)訓(xùn)儀，其特征在于所述的100分頻電路(5)、第一分頻驅(qū)動(dòng)電路(81)、第二分頻驅(qū)動(dòng)電路(82)分別采用一個(gè)型號為74HC390的集成電路；單片機(jī)微處理電路(4)采用型號為AT89S52單片機(jī)。
【文檔編號】G01R23/10GK104007314SQ201410208456
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】張勝, 孫曉蕓, 陳健, 李樂, 韓云琪, 湯飛鴻, 李加君 申請人:南京郵電大學(xué)