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(chǎn)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(jīng)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(nèi)，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(jīng)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(jié)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(gòu)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(jié)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(gòu)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(gòu)成，如圖3所示。