專利名稱：智能可逆計(jì)數(shù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微處理器應(yīng)用技術(shù)和脈沖數(shù)字電子電路技術(shù)。
可逆計(jì)數(shù)器主要用于測(cè)量?jī)陕贩较蛐杂?jì)數(shù)脈沖(一路定義為正向，另一路定義為逆向)在一定時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖數(shù)差值。在現(xiàn)有技術(shù)中，廣泛使用的可逆計(jì)數(shù)器一般由輸入放大整形電路、可逆計(jì)數(shù)電路、譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路、時(shí)基電路和電源組成。其核心部份可逆計(jì)數(shù)電路是由觸發(fā)器和門電路按可逆計(jì)數(shù)邏輯設(shè)計(jì)的(見美國(guó)專利USPatent754398)。這種類型的可逆計(jì)數(shù)器在原理上有一個(gè)根本的缺陷由于可逆計(jì)數(shù)電路和可逆控制電路是分時(shí)進(jìn)行正或者逆計(jì)數(shù)的，這樣對(duì)于同時(shí)到達(dá)的計(jì)數(shù)脈沖(同相位信號(hào))，上述兩個(gè)電路將無法工作。為克服這種缺陷，目前使用的一般可逆計(jì)數(shù)器，外部必須加一消對(duì)頂電路，以使可能同相位的信號(hào)人為地變成不同相位的信號(hào)。因而不僅給使用者增添了麻煩，同時(shí)也降低了可靠性和測(cè)量范圍(如浙江永康儀表廠生產(chǎn)的T223和YK3533可逆計(jì)數(shù)器，其可逆計(jì)數(shù)頻率僅為1MHz)。而且現(xiàn)有的可逆計(jì)數(shù)器都由小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)而成，體積大、功耗大、壽命短、易出故障、維修難，在使用上，還存在著使用范圍過窄、不能與計(jì)算機(jī)相聯(lián)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量的缺點(diǎn)。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種由微處理器控制整個(gè)可逆計(jì)數(shù)過程的、能實(shí)現(xiàn)直接對(duì)可能同時(shí)輸入的脈沖進(jìn)行可逆計(jì)數(shù)、自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理以及與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦涂赡嬗?jì)數(shù)器。
本發(fā)明是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的由于可逆計(jì)數(shù)的實(shí)質(zhì)是測(cè)量?jī)陕份斎朊}沖的差值，因此本發(fā)明采用了一種新的可逆計(jì)數(shù)原理，即兩路方向性的輸入脈沖分別由兩路獨(dú)立的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，同一時(shí)間間隔內(nèi)的計(jì)數(shù)值相減(用正計(jì)數(shù)值減逆計(jì)數(shù)值)，其差值即為兩路方向性電信號(hào)的可逆計(jì)數(shù)值。這樣無需對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行方向判別，就可以對(duì)同相位信號(hào)直接進(jìn)行可逆計(jì)數(shù)。根據(jù)上述原理，本發(fā)明采用了二個(gè)高速度、大容量的高頻計(jì)數(shù)器分別對(duì)可逆計(jì)數(shù)的兩路輸入信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立計(jì)數(shù)，同時(shí)采用微處理器來進(jìn)行兩路計(jì)數(shù)值的相減運(yùn)算和不清零可逆計(jì)數(shù)，在每次計(jì)數(shù)終了時(shí)將兩路獨(dú)立計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值存貯起來，作為下次計(jì)數(shù)的初始值由微處理器在下次計(jì)數(shù)時(shí)扣除。這樣即可實(shí)現(xiàn)不清零可逆計(jì)數(shù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)的真實(shí)性，同時(shí)微處理器將每次可逆計(jì)數(shù)值譯碼后送顯示器顯示，將可逆計(jì)數(shù)值送接口輸送到外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行高級(jí)處理以及監(jiān)督儀器內(nèi)部各部份之間的協(xié)調(diào)工作。
現(xiàn)結(jié)合附圖祥細(xì)說明如下參照

圖1，被測(cè)量的可逆計(jì)數(shù)電信號(hào)從輸入端1、2輸入，由開關(guān)轉(zhuǎn)換及輸入處理電路(參照?qǐng)D2)3進(jìn)行放大整形，變成標(biāo)準(zhǔn)的TTL脈沖波，分別由高頻計(jì)數(shù)器4、5計(jì)數(shù)，其一定時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值由數(shù)據(jù)鎖存緩沖器6、7鎖存緩沖，然后由微處理器(以下用CPU代替)14取出并相減(2-1)，即得到特定時(shí)間間隔內(nèi)的可逆計(jì)數(shù)值，其值由CPU譯碼后送到輸入輸出掃描控制電路16以掃描的形式將數(shù)碼逐位譯出，然后通過八位數(shù)字的驅(qū)動(dòng)顯示電路17驅(qū)動(dòng)并顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。同時(shí)，其可逆計(jì)數(shù)值由CPU送到數(shù)據(jù)接口(參照?qǐng)D3)10，由外部計(jì)算機(jī)處理，眾所周知，CPU要正常工作，必須有程序存貯器ROM12、隨機(jī)數(shù)據(jù)存貯器RAM11、相應(yīng)的控制邏輯電路(參照?qǐng)D4)15以及系統(tǒng)時(shí)鐘即十分頻及驅(qū)動(dòng)電路20和10MHz溫補(bǔ)晶振21協(xié)助CPU進(jìn)行處理控制。10MHz溫補(bǔ)晶振21由分頻及驅(qū)動(dòng)電路20十分頻后，輸出1MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘，同時(shí)，10MHz的時(shí)基信號(hào)由時(shí)鐘輸出/輸入插座22輸出(或者由此輸入1MHz的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘)?？赡嬗?jì)數(shù)的時(shí)間間隔是由定時(shí)電路13給出的，13是一種可編程的大規(guī)模計(jì)數(shù)/分頻電路，可對(duì)測(cè)量時(shí)間任意定標(biāo)。25為儀器內(nèi)部的地址和控制總線，26為數(shù)據(jù)總線。計(jì)數(shù)器使用功能的選擇是由六按鍵開關(guān)18經(jīng)輸入輸出掃描電路16輸入的，由CPU接受后可實(shí)現(xiàn)各種既定的測(cè)量功能。19為使用方便而設(shè)的報(bào)鳴電路。為實(shí)現(xiàn)對(duì)超高頻信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)、達(dá)到中等頻率計(jì)的功能，本發(fā)明特設(shè)置了超高速十分頻器9。其超高頻計(jì)數(shù)信號(hào)由輸入端B1輸入，經(jīng)開關(guān)轉(zhuǎn)換到超高頻放大電路8進(jìn)行超高頻放大，再由超高速十分頻器9十分頻后，送B通道的計(jì)數(shù)器4進(jìn)行測(cè)量。23為同步觸發(fā)測(cè)量時(shí)觸發(fā)脈沖的輸入端。整個(gè)儀器的供電由電源24提供，一路提供給輸入電路和晶體振蕩器，另一路提供給其余的數(shù)字系統(tǒng)。參照?qǐng)D2，為實(shí)現(xiàn)鑒相可逆剖?、位相差、占繗柱o炔飭抗δ?，悲d⒚髟黽恿訟嚶Φ牡緶貳Ｋ郊囁贍婕剖?，是痘涖q菲德釋耆嗤幌嗖煌氖淙胄藕?，哪路位相超前（或諉h浜螅┚投閱穆沸藕漚鋅贍婕剖?，而不是零q返鈉擋睢Ｊ淙胄藕臕、B分別由寬帶放大整形電路38、39放大整形后輸出標(biāo)準(zhǔn)的TTL波，經(jīng)雙刀雙擲開關(guān)40切換，一般可逆計(jì)數(shù)時(shí)，SW1-1、SW1-2合上;而鑒相可逆計(jì)數(shù)時(shí)，SW2-1、SW2-2合上，將信號(hào)導(dǎo)入鑒相電路41-47。41、42、43為倒相器，44、45、46、47為D型觸發(fā)器。鑒相主要由44、45完成，它是利用脈沖的下降沿進(jìn)行相位比較，假設(shè)A的下降沿超前，則在B的下降沿出現(xiàn)時(shí)，A為低電位，經(jīng)43反相后，使45的CLR端為高電平，而B的下降沿經(jīng)41倒相后為上升沿，可觸發(fā)45狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，而A的上升沿到來后，其高電位經(jīng)43反相后清除45的輸出，使45的輸出端Q輸出一個(gè)寬度為兩路脈沖位相差的一個(gè)脈沖，觸發(fā)器44則由于A路脈沖的上升沿到來時(shí)，B路脈沖正為低電位，經(jīng)41、42反相后為有效清零低電位，44無觸發(fā)脈沖輸出，此即鑒相過程。加入46與47是為了抑制噪聲。鑒相后的信號(hào)經(jīng)開關(guān)50、52和高速與門51、53、54輸出。位相差和占空比是通過內(nèi)部時(shí)鐘48和開關(guān)49進(jìn)行測(cè)量的，48為從溫補(bǔ)晶振來的標(biāo)準(zhǔn)10MHzTTL波。觸發(fā)器47的輸出脈沖寬度為B路落后于A路信號(hào)的位相，此脈寬和10MHz經(jīng)51相乘后，其輸出脈沖數(shù)正比于位相差，由高頻計(jì)數(shù)電路4測(cè)量其脈沖數(shù)，即可求出位相差。B路的占空比也可用同樣的方法測(cè)量，輸入脈沖由開關(guān)SW1-2導(dǎo)入，10MHz時(shí)鐘經(jīng)由開關(guān)49、與門51后，在54中與輸入脈沖相乘，輸出脈沖數(shù)由高頻計(jì)數(shù)電路4測(cè)量。參照?qǐng)D2，為使直接可逆計(jì)數(shù)頻率達(dá)到100MHz，本發(fā)明的計(jì)數(shù)電路4、5除前級(jí)55、56采用超高速小規(guī)模計(jì)數(shù)器外，57到62都采用了高速中規(guī)模集成電路。這樣以較小的元件獲得了大容量計(jì)數(shù)和使直接可逆計(jì)數(shù)頻率達(dá)到100MHz。為實(shí)現(xiàn)與外部計(jì)算機(jī)相聯(lián)達(dá)到自動(dòng)測(cè)量的目的，參照?qǐng)D3，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種數(shù)據(jù)輸出接口，并將其固定在儀器內(nèi)部，使用簡(jiǎn)單方便。當(dāng)CPU向接口(8位鎖存器)65寫入數(shù)據(jù)時(shí)，寫信號(hào)64同時(shí)觸發(fā)D型觸發(fā)器68，清除D型觸發(fā)器69，發(fā)出外部中斷申請(qǐng)服務(wù)請(qǐng)求，當(dāng)請(qǐng)求被外部計(jì)算機(jī)接受后，外部計(jì)算機(jī)通過發(fā)出讀命令將接口數(shù)據(jù)取走，同時(shí)清除中斷請(qǐng)求、觸發(fā)69向儀器申請(qǐng)中斷服務(wù)請(qǐng)求，以進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)輸出。參照?qǐng)D4，控制邏輯電路由一個(gè)地址譯碼器和中斷控制電路組成，由于在儀器內(nèi)部，中斷源很多，各源無優(yōu)先權(quán)控制邏輯，因此根據(jù)不同使用功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有目的地禁止某些中斷源、而允許某一中斷源中斷，這樣不僅電路簡(jiǎn)化，而且可避免CPU去處理不必要的中斷。CPU必須處理的中斷有輸入輸出部份16發(fā)出的按鍵處理中斷服務(wù)79;定時(shí)器13發(fā)出的定時(shí)中斷服務(wù)81;外部觸發(fā)23的同步測(cè)量中斷服務(wù)80;接口數(shù)據(jù)輸出中斷服務(wù)70。對(duì)于上述四個(gè)中斷，本發(fā)明是這樣處理的接口中斷70直接進(jìn)CPU的可屏中斷輸入端IRQ，而其它三個(gè)中斷則由數(shù)字開關(guān)75、76、77控制，其輸出78接CPU的非屏中斷輸入端NMI，而哪一路允許中斷由數(shù)據(jù)鎖存器74的輸出Q1、Q2、Q3控制，Q4輸出到報(bào)鳴電路19，經(jīng)驅(qū)動(dòng)后使喇叭報(bào)鳴。74的輸入與內(nèi)部數(shù)據(jù)總線72相聯(lián)，數(shù)據(jù)由73處的寫脈沖寫入。具體哪路允許中斷，由CPU根據(jù)需要控制。
本發(fā)明的智能可逆計(jì)數(shù)器，具有如下的積極效果1.不僅可進(jìn)行一般可逆計(jì)數(shù)和頻率測(cè)量，而且能進(jìn)行鑒相可逆計(jì)數(shù)、位相差和占空比測(cè)量，尤其是能對(duì)同步信號(hào)直接進(jìn)行可逆計(jì)數(shù)，而不用加消對(duì)頂電路。
2.大大提高了可逆計(jì)數(shù)和頻率計(jì)數(shù)的測(cè)量范圍和測(cè)量精度，可逆計(jì)數(shù)頻率可達(dá)100MHz，頻率計(jì)數(shù)可達(dá)600MHz。
3.可靠性高、體積小、成本低、功能廣、使用方便，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量和處理。
圖1.智能可逆計(jì)數(shù)器實(shí)施例方框圖。
圖2.輸入及計(jì)數(shù)電路原理圖。
圖3.數(shù)據(jù)接口原理圖。
圖4.中斷控制電路原理圖。
權(quán)利要求
1.一種智能可逆計(jì)數(shù)器，由輸入放大整形電路、可逆計(jì)數(shù)電路、譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路、時(shí)基電路和電源組成。其特征在于它還包括，微處理器、鑒相電路和數(shù)據(jù)接口；由微處理器處理和控制可逆計(jì)數(shù)的全過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)數(shù)器，其特征在于可逆計(jì)數(shù)電路由分別對(duì)可逆計(jì)數(shù)的兩路輸入信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立計(jì)數(shù)的兩路高速度、大容量的計(jì)數(shù)器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)數(shù)器，其特征在于數(shù)據(jù)接口固定在儀器內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)數(shù)器，其特征在于中斷源由能使微處理器有目的地允許某一中斷源中斷的數(shù)字開關(guān)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)數(shù)器，其特征在于采用能使分頻系數(shù)可根據(jù)要求任意設(shè)定、時(shí)間間隔可任意編程的大規(guī)模專用計(jì)數(shù)電路對(duì)時(shí)鐘分頻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)數(shù)器，其特征在于所用元器件為中大規(guī)模集成電路或功能電路。
全文摘要
一種智能可逆計(jì)數(shù)器。本發(fā)明涉及微處理器應(yīng)用和脈沖數(shù)字電子電路技術(shù)。該計(jì)數(shù)器采用兩個(gè)高速度、大容量的高頻計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)同相位信號(hào)直接進(jìn)行可逆計(jì)數(shù)；采用微處理器實(shí)現(xiàn)兩路計(jì)數(shù)值的相減運(yùn)算和不清零可逆計(jì)數(shù)；采用中大規(guī)模集成電路使可逆計(jì)數(shù)頻率達(dá)到100MHz。本發(fā)明的智能可逆計(jì)數(shù)器測(cè)量精度高、可靠性高、使用方便，不僅適用于一般可逆計(jì)數(shù)和頻率測(cè)量，而且適用于鑒相可逆計(jì)數(shù)、位相差和占空比測(cè)量。
文檔編號(hào)H03K23/00GK1037623SQ89105730
公開日1989年11月29日 申請(qǐng)日期1989年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月26日
發(fā)明者秦石喬, 張廣發(fā) 申請(qǐng)人:國(guó)防科技大學(xué)