基于SPCE061A的多功能計數器設計

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(gè)簡(jiǎn)易多功能計數器，能夠接收函數信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號，實(shí)現周期測量、頻率測量和時(shí)間間隔測量的功能。具體有以下3項要求。
(1)可以用鍵盤(pán)選擇周期測量、頻率測量和時(shí)間間隔測量；
(2)周期、時(shí)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(shí)現方法
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(mén)的一個(gè)輸入端，只有在閘門(mén)開(kāi)通時(shí)間t(以秒計)內，被計數的脈沖送到十進(jìn)制計數器進(jìn)行計數。設計數器的值為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(mǎn)意的結果。
方案二：高精度測頻法
圖1預置門(mén)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，根據數字信號處理的理論，若對待測信號的觀(guān)察時(shí)間tw加大可減少待測信號頻域分析時(shí)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(guān)察時(shí)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(diǎn)數的數學(xué)運算，實(shí)現高精度測量。故本設計選用方案一。
1．2 周期測量
由于周期為頻率倒數，故測周期與測頻率類(lèi)似。
1．3 時(shí)間間隔測量
可利用單片機定時(shí)計算2次脈沖時(shí)間差。

2 系統硬件電路設計
2．1 電路方框圖及說(shuō)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(shí)間間隔測量的控制，整個(gè)系統采用凌陽(yáng)單片機實(shí)現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。