基于SPCE061A的多功能計數(shù)器設計

0 引言
本設計為參加院電子制作比賽而做。其設計的基本要求是：制作一個簡易多功能計數(shù)器，能夠接收函數(shù)信號發(fā)生器產生的信號，實現(xiàn)周期測量、頻率測量和時間間隔測量的功能。具體有以下3項要求。
(1)可以用鍵盤選擇周期測量、頻率測量和時間間隔測量；
(2)周期、時間間隔測量為0．1 ms～1 s，誤差≤1％；
(3)頻率測量為1 Hz～200 kHz，誤差≤1％。

1 方案設計與論證
1．1 頻率測量模塊實現(xiàn)方法
方案一：直接測頻法
直接測頻法是把被測頻率信號經脈沖形成電路后加到閘門的一個輸入端，只有在閘門開通時間t(以秒計)內，被計數(shù)的脈沖送到十進制計數(shù)器進行計數(shù)。設計數(shù)器的值為N，由頻率定義式可以計算得到被測信號頻率為f=N／t。經分析，本測量在低頻段的相對測量誤差較大。增大t可以提高測量精度，但在低頻段測量精度難以得到滿意的結果。
方案二：高精度測頻法
圖1預置門控信號、基準信號Fs、待測信號將待測信號和基準信號分別看做被抽樣信號及抽樣脈沖，根據(jù)數(shù)字信號處理的理論，若對待測信號的觀察時間tw加大可減少待測信號頻域分析時高頻分量的損失，可以更完整的重構信號。當提高基準信號的頻率，即加大信號的觀察時間，能夠大大降低誤差，對高頻段信號比較適用。

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軟硬結合方便地完成浮點數(shù)的數(shù)學運算，實現(xiàn)高精度測量。故本設計選用方案一。
1．2 周期測量
由于周期為頻率倒數(shù)，故測周期與測頻率類似。
1．3 時間間隔測量
可利用單片機定時計算2次脈沖時間差。

2 系統(tǒng)硬件電路設計
2．1 電路方框圖及說明
本設計采用模塊化設計，電路構成如圖2所示。主要包括：信號處理電路完成對被測信號的處理整形，控制電路完成對頻率、周期、時間間隔測量的控制，整個系統(tǒng)采用凌陽單片機實現(xiàn)對被測信號和溫度測量的控制，顯示部分采用液晶顯示，還具有發(fā)聲功能。

2．2 單元電路設計
2．2．1 基準12 MHz信號源電路
采用12 MHz晶體振蕩器及反相器構成，如圖3所示。