多功能电子实训仪的制作方法
【专利摘要】本发明是一种多功能电子实训仪，该电子实训仪包括第一宽带信号放大电路(11)、第二宽带信号放大电路(12)、第一信号整形电路(21)、第二信号整形电路(22)、双路切换电路(3)、单片机微处理电路(4)、100分频电路(5)、显示电路(6)、存储电路(7)、第一分频驱动电路(81)、第二分频驱动电路(82)；本多功能电子实训仪采用了等精度频率测量等技术，具有如下特点：1)量程自动切换；2)显示直观；3)测量准确度高，测频范围宽，响应速度快，体积小；4)可以同时测量2路信号的频率；5)提供1K、1M两路TTL方波信号；6)具有测量结果存储与回放功能。
【专利说明】多功能电子实训仪
【技术领域】
[0001]本发明是一种多功能电子实训仪，属于电子测量仪器的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]频率计和信号源是常用的电子设备，广泛应用于电子测量、通讯和教学等领域。频率计的基本功能是测量正弦信号、方波信号及其他变化的物理量在单位时间内变化的频率，而信号源的功能则是提供各种频率的函数信号。
[0003]随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。早期的频率计采用测频法或测周法测量频率，通常由组合逻辑电路和时序电路等硬件电路组成，产品体积大、运行速度慢、测量精度不高，而现在市面上较为流行的频率计虽然在测频性能上有很大提高，但通常价格昂贵，同时功能相对单一，如频率测量和信号源分开，存储功能不完善等，不适合广大初学者的实际需求。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明的目的是提供一种多功能电子实训仪，是一款基于AT89S52单片机设计的廉价、高性能、多功能电子实训仪，可以精确测量两路频率范围为IHZ至10MHZ的正弦波、三角波、方波等信号的频率、具有信号源和存储等功能。
[0005]技术方案:本发明的多功能电子实训仪包括第一宽带信号放大电路、第二宽带信号放大电路、第一信号整形电路、第二信号整形电路、双路切换电路、单片机微处理电路、100分频电路、显示电路、存储电路、第一分频驱动电路、第二分频驱动电路；其中，第一宽带信号放大电路、第一信号整形电路、双路切换电路的一个输入端顺序连接，第二宽带信号放大电路、第二信号整形电路、双路切换电路的另一个输入端顺序连接，双路切换电路的输出端分别接100分频电路和单片机微处理电路的信号输入端，100分频电路的输出端接单片机微处理电路的另一个信号输入端，单片机微处理电路的信号输出端分别接显示电路和第一分频驱动电路的信号输入端，第一分频驱动电路的信号输出端接第二分频驱动电路的信号输入端。
[0006]所述的第一宽带信号放大电路与第二宽带信号放大电路结构一样，第一信号整形电路与第二信号整形电路结构一样，第一宽带信号放大电路、第二宽带信号放大电路分别采用两个晶体管信号放大电路，第一信号整形电路、第二信号整形电路采用型号为“74HC14”的信号整形电路，两个晶体管信号放大电路的信号输出端分别接信号整形电路的IA和3A输入端。
[0007]所述的双路切换电路采用一个型号为74HC14和一个型号为74HC00的集成电路，其中，型号为74HC14集成电路的6Y、5A、5Y、4Y端分别对应接74HC00的集成电路的A1、B1、A2、B2 端。
[0008]所述的100分频电路、第一分频驱动电路81、第二分频驱动电路82分别采用一个型号为74HC390的集成电路；单片机微处理电路4采用型号为AT89S52单片机。[0009]本多功能电子实训仪采用了等精度频率测量等技术，具有如下特点:1)量程自动切换；2)显示直观；3)测量准确度高，测频范围宽，响应速度快，体积小；4)可以同时测量2路信号的频率；5)提供1K、1M两路TTL方波信号；6)具有测量结果存储与回放功能。
[0010]有益效果:
[0011]1.功耗低、显示界面直观:
[0012]本实训仪是以51单片机作为核心处理芯片，并以1602为显示屏，只显示两行测出的频率，既提供了必要信息又不显得臃肿冗余，功耗非常低。
[0013]2.采用等精度测量技术，测量准确度高、范围宽:
[0014]等精度频率测量也称为多周期同步测量，原理是用2个计数器分别对被测脉冲信号和基准高频信号计数，计数器的开与关由被测脉冲的上升沿和下降沿控制，这样被测脉冲是整数个脉冲，计数器A没误差，计数器B的测量误差为土 I个基准信号，故测量准确度闻。
[0015]3.附有两路频率分别为IKHZ和IM的标准方波信号:
[0016]本实训仪在测频率的同时还能输出两路标准方波信号供使用。
[0017]4.可同时测量两路信号的频率:
[0018]本实训仪可同时准确测量两路信号的频率，力求在质量和用户体验上两全其美。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明系统总体设计框图，其中有:第一宽带信号放大电路11、第二宽带信号放大电路12、第一信号整形电路21、第二信号整形电路22、双路切换电路3、单片机微处理电路4、100分频电路5、显示电路6、存储电路7、第一分频驱动电路81、第二分频驱动电路82。
[0020]图2是等精度测量法分析图，
[0021]图3是宽带信号放大电路、信号整形电路，
[0022]图4是双路切换电路，
[0023]图5是100分频电路，
[0024]图6是第一分频驱动电路和第二分频驱动电路。
【具体实施方式】
[0025]I总体框图:
[0026]本多功能电子实训仪由第一宽带信号放大电路11、第二宽带信号放大电路12、第一信号整形电路21、第二信号整形电路22、双路切换电路3、单片机微处理电路4、100分频电路5、显示电路6、存储电路7、第一分频驱动电路81、第二分频驱动电路82组成，系统总体设计框图如图1所示:
[0027]2测量方法选择:
[0028]等精度测频原理:
[0029]等精度测频也称为多周期同步测量，与传统的频率测量原理相比其优点是，可在整个测频范围内获得同样高的测试精度和分辨率，其测量原理如图2所示:用2个计数器分别对被测脉冲信号和基准高频信号计数，计数器的开与关由被测脉冲的上升沿和下降沿控制，这样被测脉冲是整数个脉冲，计数器A没误差，计数器B的测量误差为土 I个基准信号。被测信号频率、2个计数器脉冲个数、基准信号的频率关系为:
[0030]fx = Nx/N0xf0
[0031]本方法在整个测量范围都是±1个基准信号误差，适用于高频信号的频率测量；对低频信号，常采用测周法，也就是测量被测信号的周期，通常记录一个周期内标准高频时钟的个数，然后通过计算得到频率值。
[0032]3具体模块简介:
[0033]根据上述分析，本多功能电子实训仪各模块电路作用如下:
[0034]3.1单片机微处理电路
[0035]本电路的主芯片是AT89S52单片机，它是一个低功耗，高性能CM0S8位单片机，片内含8kBytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS - 51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器、ISPFlash存储单元、32位I/O 口线、看门狗定时器、2个数据指针、3个16位定时器/计数器和一个6向量2级中断结构，功能强大的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
[0036]3.2宽带信号放大电路、信号整形电路
[0037]宽带信号放大电路的功能是对待测信号进行放大处理，降低对待测信号幅度的要求。型号整形电路是对一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。
[0038]本设计让输入信号先经过一个模拟电路进行信号的放大处理，兼顾了高频和低频信号，然后用芯片74HC14充当比较器，把信号转换为O和I的数字信号。原理图如图3所
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[0039]3.3双路切换电路
[0040]为了实现同时测量两路信号，设计了双路切换电路，如图4所示。其工作原理为:当选择端信号为低电平‘0’时，芯片74HC00的Yl 口输出为高电平‘l’，Y2 口输出为信号2的非，经过与非门(Α3Β3Υ3)后，Υ3 口输出为信号2 ;当选择端信号为‘I’时，Υ2 口输出为高电平‘l’，Yl 口输出为信号I的非，经过与非门(Α3Β3Υ3)，Υ3 口输出为信号I。
[0041]3.4100分频电路
[0042]100分频电路如图5所示。本电路采用74HC390异步双二一五一十进制加法计数器实现分频。内有两组计数器，每组计数器由两个计数器组成，I个一位二进制计数器和I个五进制计数器，它们可以单独计数，但清零时同时清零。二进制计数器:Α时钟，QA输出；五进制计数器:Β时钟,QD, QC, QB输出。信号从4端口输入,每记满五个数从6端口输出一个数送入端口 12，再次记满五个数时从端口 10输出一个数送入端口 1，记满两次时从端口3输出一个数送入15，再次记满两次时从13 口输出。即每当输入端输入5*5*2*2个数时，输出端输出一个数，也就是实现了 100分频。
[0043]3.5显示电路
[0044]本系统显示模块由IXD1602液晶显示屏显示频率计的被测数值，便于观察测量，并且能够自动切换Hz、KHz及MHz档，使读数简单可观。1602液晶模块内部的字符发生存储器(CG R OM)已经存储了 160个不同的点阵字符图形，这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B (41H)，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
[0045]3.6存储电路
[0046]本实训仪的存储电路，由芯片24C04实现。
[0047]3.7第一分频驱动电路81和第二分频驱动电路82
[0048]本电路主要用来实现两路信号源输出。基准信号取自51单片机的ALE 口，在平时，ALE端以不变的频率输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。采用12M晶振的51单片机将产生2M的标准方波信号，然后分别让信号经过2分频(第一分频驱动电路81)和1000分频(第二分频驱动电路82)电路。以此产生IK和IM的标准方波。如图6所示。
[0049]4软件设计
[0050]本系统的软件设计采用模块化设计，主要涉及频率范围判断、频率测量及频率值的显示三部分。
[0051](一)频率范围判断。
[0052]判断程序主要是初步判断频率的大小，根据判断的结果，对待测频率进行分频处理，从而选择相应的测量方法，通过预先设定好定时器和计数器的值，看计数器的溢出情况来判断选择哪路信号进行测量，具主体程序如下:
【权利要求】
1.一种多功能电子实训仪，其特征在于该电子实训仪包括第一宽带信号放大电路(11)、第二宽带信号放大电路(12)、第一信号整形电路(21)、第二信号整形电路(22)、双路切换电路⑶、单片机微处理电路⑷、100分频电路(5)、显示电路(6)、存储电路(7)、第一分频驱动电路(81)、第二分频驱动电路(82);其中，第一宽带信号放大电路(11)、第一信号整形电路(21)、双路切换电路(3)的一个输入端顺序连接，第二宽带信号放大电路(12)、第二信号整形电路(22)双路切换电路(3)的另一个输入端顺序连接，双路切换电路(3)的输出端分别接100分频电路(5)和单片机微处理电路⑷的信号输入端，100分频电路(5)的输出端接单片机微处理电路(4)的另一个信号输入端，单片机微处理电路(4)的信号输出端分别接显示电路(6)和第一分频驱动电路(81)的信号输入端，第一分频驱动电路(81)的信号输出端接第二分频驱动电路(82)的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的多功能电子实训仪，其特征在于所述的第一宽带信号放大电路(11)与第二宽带信号放大电路(12)结构一样，第一信号整形电路(21)与第二信号整形电路(22)结构一样，第一宽带信号放大电路(11)、第二宽带信号放大电路(12)分别采用两个晶体管信号放大电路，第一信号整形电路(21)、第二信号整形电路(22)采用型号为“74HC14”的信号整形电路，两个晶体管信号放大电路的信号输出端分别接信号整形电路的IA和3A输入端。
3.根据权利要求1所述的多功能电子实训仪，其特征在于所述的双路切换电路(3)采用一个型号为74HC14和一个型号为74HC00的集成电路，其中，型号为74HC14集成电路的6Y、5A、5Y、4Y端分别对应接74HC00的集成电路的Al、B1、A2、B2端。
4.根据权利要求1所述的多功能电子实训仪，其特征在于所述的100分频电路(5)、第一分频驱动电路(81)、第二分频驱动电路(82)分别采用一个型号为74HC390的集成电路；单片机微处理电路(4)采用型号为AT89S52单片机。
【文档编号】G01R23/10GK104007314SQ201410208456
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】张胜, 孙晓芸, 陈健, 李乐, 韩云琪, 汤飞鸿, 李加君 申请人:南京邮电大学