多功能電子實訓儀的製作方法
2023-05-22 18:12:16
多功能電子實訓儀的製作方法
【專利摘要】本發明是一種多功能電子實訓儀，該電子實訓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)、單片機微處理電路(4)、100分頻電路(5)、顯示電路(6)、存儲電路(7)、第一分頻驅動電路(81)、第二分頻驅動電路(82)；本多功能電子實訓儀採用了等精度頻率測量等技術，具有如下特點：1)量程自動切換；2)顯示直觀；3)測量準確度高，測頻範圍寬，響應速度快，體積小；4)可以同時測量2路信號的頻率；5)提供1K、1M兩路TTL方波信號；6)具有測量結果存儲與回放功能。
【專利說明】多功能電子實訓儀
【技術領域】
[0001]本發明是一種多功能電子實訓儀，屬於電子測量儀器的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]頻率計和信號源是常用的電子設備，廣泛應用於電子測量、通訊和教學等領域。頻率計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間內變化的頻率，而信號源的功能則是提供各種頻率的函數信號。
[0003]隨著數字電子技術的發展，頻率測量成為一項越來越普遍的工作，測頻原理和測頻方法的研究正受到越來越多的關注。早期的頻率計採用測頻法或測周法測量頻率，通常由組合邏輯電路和時序電路等硬體電路組成，產品體積大、運行速度慢、測量精度不高，而現在市面上較為流行的頻率計雖然在測頻性能上有很大提高，但通常價格昂貴，同時功能相對單一，如頻率測量和信號源分開，存儲功能不完善等，不適合廣大初學者的實際需求。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明的目的是提供一種多功能電子實訓儀，是一款基於AT89S52單片機設計的廉價、高性能、多功能電子實訓儀，可以精確測量兩路頻率範圍為IHZ至10MHZ的正弦波、三角波、方波等信號的頻率、具有信號源和存儲等功能。
[0005]技術方案:本發明的多功能電子實訓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、單片機微處理電路、100分頻電路、顯示電路、存儲電路、第一分頻驅動電路、第二分頻驅動電路；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分頻電路和單片機微處理電路的信號輸入端，100分頻電路的輸出端接單片機微處理電路的另一個信號輸入端，單片機微處理電路的信號輸出端分別接顯示電路和第一分頻驅動電路的信號輸入端，第一分頻驅動電路的信號輸出端接第二分頻驅動電路的信號輸入端。
[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構一樣，第一信號整形電路與第二信號整形電路結構一樣，第一寬帶信號放大電路、第二寬帶信號放大電路分別採用兩個電晶體信號放大電路，第一信號整形電路、第二信號整形電路採用型號為「74HC14」的信號整形電路，兩個電晶體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採用一個型號為74HC14和一個型號為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、第一分頻驅動電路81、第二分頻驅動電路82分別採用一個型號為74HC390的集成電路；單片機微處理電路4採用型號為AT89S52單片機。[0009]本多功能電子實訓儀採用了等精度頻率測量等技術，具有如下特點:1)量程自動切換；2)顯示直觀；3)測量準確度高，測頻範圍寬，響應速度快，體積小；4)可以同時測量2路信號的頻率；5)提供1K、1M兩路TTL方波信號；6)具有測量結果存儲與回放功能。
[0010]有益效果:
[0011]1.功耗低、顯示界面直觀:
[0012]本實訓儀是以51單片機作為核心處理晶片，並以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餘，功耗非常低。
[0013]2.採用等精度測量技術，測量準確度高、範圍寬:
[0014]等精度頻率測量也稱為多周期同步測量，原理是用2個計數器分別對被測脈衝信號和基準高頻信號計數，計數器的開與關由被測脈衝的上升沿和下降沿控制，這樣被測脈衝是整數個脈衝，計數器A沒誤差，計數器B的測量誤差為土 I個基準信號，故測量準確度聞。
[0015]3.附有兩路頻率分別為IKHZ和IM的標準方波信號:
[0016]本實訓儀在測頻率的同時還能輸出兩路標準方波信號供使用。
[0017]4.可同時測量兩路信號的頻率:
[0018]本實訓儀可同時準確測量兩路信號的頻率，力求在質量和用戶體驗上兩全其美。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明系統總體設計框圖，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、單片機微處理電路4、100分頻電路5、顯示電路6、存儲電路7、第一分頻驅動電路81、第二分頻驅動電路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是第一分頻驅動電路和第二分頻驅動電路。
【具體實施方式】
[0025]I總體框圖:
[0026]本多功能電子實訓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、單片機微處理電路4、100分頻電路5、顯示電路6、存儲電路7、第一分頻驅動電路81、第二分頻驅動電路82組成，系統總體設計框圖如圖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，與傳統的頻率測量原理相比其優點是，可在整個測頻範圍內獲得同樣高的測試精度和解析度，其測量原理如圖2所示:用2個計數器分別對被測脈衝信號和基準高頻信號計數，計數器的開與關由被測脈衝的上升沿和下降沿控制，這樣被測脈衝是整數個脈衝，計數器A沒誤差，計數器B的測量誤差為土 I個基準信號。被測信號頻率、2個計數器脈衝個數、基準信號的頻率關係為:
[0030]fx = Nx/N0xf0
[0031]本方法在整個測量範圍都是±1個基準信號誤差，適用於高頻信號的頻率測量；對低頻信號，常採用測周法，也就是測量被測信號的周期，通常記錄一個周期內標準高頻時鐘的個數，然後通過計算得到頻率值。
[0032]3具體模塊簡介:
[0033]根據上述分析，本多功能電子實訓儀各模塊電路作用如下:
[0034]3.1單片機微處理電路
[0035]本電路的主晶片是AT89S52單片機，它是一個低功耗，高性能CM0S8位單片機，片內含8kBytes的可反覆擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件採用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術製造，兼容標準MCS - 51指令系統及80C51引腳結構，晶片內集成了通用8位中央處理器、ISPFlash存儲單元、32位I/O 口線、看門狗定時器、2個數據指針、3個16位定時器/計數器和一個6向量2級中斷結構，功能強大的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。
[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化成方波信號，便於測量。
[0038]本設計讓輸入信號先經過一個模擬電路進行信號的放大處理，兼顧了高頻和低頻信號，然後用晶片74HC14充當比較器，把信號轉換為O和I的數位訊號。原理圖如圖3所
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[0039]3.3雙路切換電路
[0040]為了實現同時測量兩路信號，設計了雙路切換電路，如圖4所示。其工作原理為:當選擇端信號為低電平『0』時，晶片74HC00的Yl 口輸出為高電平『l』，Y2 口輸出為信號2的非，經過與非門(Α3Β3Υ3)後，Υ3 口輸出為信號2 ;當選擇端信號為『I』時，Υ2 口輸出為高電平『l』，Yl 口輸出為信號I的非，經過與非門(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。本電路採用74HC390異步雙二一五一十進位加法計數器實現分頻。內有兩組計數器，每組計數器由兩個計數器組成，I個一位二進位計數器和I個五進位計數器，它們可以單獨計數，但清零時同時清零。二進位計數器:Α時鐘，QA輸出；五進位計數器:Β時鐘,QD, QC, QB輸出。信號從4埠輸入,每記滿五個數從6埠輸出一個數送入埠 12，再次記滿五個數時從埠 10輸出一個數送入埠 1，記滿兩次時從埠3輸出一個數送入15，再次記滿兩次時從13 口輸出。即每當輸入端輸入5*5*2*2個數時，輸出端輸出一個數，也就是實現了 100分頻。
[0043]3.5顯示電路
[0044]本系統顯示模塊由IXD1602液晶顯示屏顯示頻率計的被測數值，便於觀察測量，並且能夠自動切換Hz、KHz及MHz檔，使讀數簡單可觀。1602液晶模塊內部的字符發生存儲器(CG R OM)已經存儲了 160個不同的點陣字符圖形，這些字符有:阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母「A」的代碼是01000001B (41H)，顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母「A」。
[0045]3.6存儲電路
[0046]本實訓儀的存儲電路，由晶片24C04實現。
[0047]3.7第一分頻驅動電路81和第二分頻驅動電路82
[0048]本電路主要用來實現兩路信號源輸出。基準信號取自51單片機的ALE 口，在平時，ALE端以不變的頻率輸出正脈衝信號，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衝或用於定時目的。採用12M晶振的51單片機將產生2M的標準方波信號，然後分別讓信號經過2分頻(第一分頻驅動電路81)和1000分頻(第二分頻驅動電路82)電路。以此產生IK和IM的標準方波。如圖6所示。
[0049]4軟體設計
[0050]本系統的軟體設計採用模塊化設計，主要涉及頻率範圍判斷、頻率測量及頻率值的顯示三部分。
[0051](一)頻率範圍判斷。
[0052]判斷程序主要是初步判斷頻率的大小，根據判斷的結果，對待測頻率進行分頻處理，從而選擇相應的測量方法，通過預先設定好定時器和計數器的值，看計數器的溢出情況來判斷選擇哪路信號進行測量，具主體程序如下:
【權利要求】
1.一種多功能電子實訓儀，其特徵在於該電子實訓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、單片機微處理電路⑷、100分頻電路(5)、顯示電路(6)、存儲電路(7)、第一分頻驅動電路(81)、第二分頻驅動電路(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)的輸出端接單片機微處理電路(4)的另一個信號輸入端，單片機微處理電路(4)的信號輸出端分別接顯示電路(6)和第一分頻驅動電路(81)的信號輸入端，第一分頻驅動電路(81)的信號輸出端接第二分頻驅動電路(82)的信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的多功能電子實訓儀，其特徵在於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)結構一樣，第一信號整形電路(21)與第二信號整形電路(22)結構一樣，第一寬帶信號放大電路(11)、第二寬帶信號放大電路(12)分別採用兩個電晶體信號放大電路，第一信號整形電路(21)、第二信號整形電路(22)採用型號為「74HC14」的信號整形電路，兩個電晶體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.根據權利要求1所述的多功能電子實訓儀，其特徵在於所述的雙路切換電路(3)採用一個型號為74HC14和一個型號為74HC00的集成電路，其中，型號為74HC14集成電路的6Y、5A、5Y、4Y端分別對應接74HC00的集成電路的Al、B1、A2、B2端。
4.根據權利要求1所述的多功能電子實訓儀，其特徵在於所述的100分頻電路(5)、第一分頻驅動電路(81)、第二分頻驅動電路(82)分別採用一個型號為74HC390的集成電路；單片機微處理電路(4)採用型號為AT89S52單片機。
【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 優先權日:2014年5月16日
【發明者】張勝, 孫曉芸, 陳健, 李樂, 韓雲琪, 湯飛鴻, 李加君 申請人:南京郵電大學