数字式频率计的制作（翻译）

前一段时间，看到一个数字式频率计的资料，便将其保存下来，我在网上查了一下，国内很多电子制作的网站都转载了这篇文章，但都是原文转载的，没有一个中文版本。所以就抽了点时间把它弄成中文。在此帖出，以供有这方面需要的朋友参考。 声明一点，本人一点也不会那个什么“韩语”，全凭“电子在线词典”一类的软件帮忙，连蒙带猜，总算把它弄出来了，也不知道对不对。发现有错的朋友，欢迎指正。 闲话少说，言归正传。 原文出处：http://www./sefcntr/index.htm SE-FCNTR 100兆赫频率计数器/脉冲计数器 本机为使用8051的8位100MHz的频率计数器。 使用Crossware 公司8051 ANSI C语言编译器（演示版）。 无数字逻辑电路计数误差，也无软件计算误差。 8051的时钟振荡器XTAL1频率为24MHZ 用作自校输入时，显示数字为24000000。 避免了1个数字的计数误差或16进制转换为十进制时的12～48个时钟周期的误差。 脉冲计数部分的数据被送往8位LED显示器 8051内部16比特计数器及外部12比特(其中74F161 4比特, 74HC393 8比特)共 28 比特计数器，8位数字显示100MHz频率计数器。 门控时间为1秒，显示至8位数99999999。 模拟100MHz前置放大器，2.4GHz高频64分频的预分频器 已制作的最少零件方案的计数器。 所采用的TI公司的SN74F161为4比特计数器，最大工作频率达120MHz。（资料：http://www./sefcntr/sn74f161a.pdf） 保持模式选择，MHz／GHz选择开关 LED显示器直角引线 高频性能良好的双面环氧树脂印刷电路板 整套计数器的元件均采用常用易购元件。 硬件组成： SE-FCNTR是采用8051微处理器的仪器级别的频率计。 整套仪器分为三个部分： 100MHz数字式计数器，100MHz模拟前置放大器，2.4GHz前置64级预分频器 数字式计数器中的微处理器采用ATMEL公司的AT89C51。 ATMEL公司的AT89C51与市面上Intel公司的标准8051系列相同，带有4k闪存。是市面上最经济实惠的微处理器。 8051处理器有两个内部16位计数器， 定时器Timer0及外部计数器用作频率计数，定时器Timer1是用来产生1秒闸门时间。 为了简化电路，数字LED显示部分，采用动态驱动电路。 每位数字2毫秒依次顺序点亮。 为了尽量减少频率计的组成元件数量，8051内部的16位计数器/定时器寄存器被用作频率计的计数器的一部分。 8051定时器的最大输入频率为Xtal1频率的1/4。 例如，如果XTAL1的时钟频率为24MHz，则最高计数频率可达6MHz。 频率计数器，通常情况下5～6位显示已经足够了，但作为脉冲计数器，采用了8位数字显示的设计。 为了保证8位计数的准确，必需要有一个27比特的高速计数器。 Timer0的16位计数器及其外部74HC393的8位计数器和74161的4位计数器共同构成了一个28位计数器。 因为2的28次幂为268435456，故足以显示数字99999999（ 8位）。 100MHz数字脉冲计数集成电路，74系列的产品为74F161。 各个不同的制造商所生产74F161其最高计数频率也略有不同。 全都可以用于100MHz计数，而TI公司的SN74F161N最高计数频率可达120MHz。 SN74F161是一个4位计数器，可用作16分频，100MHz进行16分频后为6.25MHz。 同样，这个频率必须依靠其它计数器进行计数。 大多数集成电路是可以工作在这样低的频率的。 74HC393有8位计数器，故适用于这个多位计数器。 通过74HC393的8位计数器后的频率为25KHz，这个频率非常低，所以AT89C51单片机的Timer0的工作不会有什么问题的。 如果只使用8051频率计数器作显示，为了门控ontime时基1秒的准确，8051必须要注意指令的执行时间。 8051自1980年开始生产，是一种生产时间很长的处理器。 因此，指令的执行时间及运算时间都有着或大或小的差异。 时钟频率决定sjmp$指令的执行时间，必须确定是1微秒的1/2还是1/4。 8051的12个XTAL1脉冲周期是指令执行的基本时间单位。 单字节指令NOP和INC R0需耗时12个时钟周期，SJMP$指令耗时24个时钟周期。 如果使用的时钟频率为24MHz，其24个时钟周期则为1毫秒。 8051要产生1秒信号，则计数器的比特数不够。 因此，采用了每秒产生500次中断的方法，用以生成1秒的门控间期。 在任何情况下，中断发生的时间都必须以1微秒为标准时间单位。 8051时钟振荡使用24MHz，采用其24个时钟周期。 8051是采用12个机器时钟周期（指令执行的基本时间单位）。 指令执行时间最少需要12个时钟周期，即500纳秒。 软件构成： 开发软件采用C语言编译器。 英国Crossware公司的 8051 ANSI C语言编译器，具有丰富的数据类型，并且提供IEEE695格式32位微处理器调试。 支持从0开始的4K字节编译器的Free版本，已经在韩国免费发布。 （其它公司的8051编译器演示版，支持顶部区域编译，因而需要外部ROM） 采用微处理器的计数器，产生精确的1秒间期的刷新时间是很重要的。 频率计数器产生1秒脉冲等一些参数，如果1秒间期的geotyimeu门限时间不准确，将不能看到准确的计数。 1秒的门控时间供8051的内部定时器Timer1使用。 基自Xtal 1的标准时钟频率信号，定时器每秒产生500次中断。 与CISC（复杂指令集合）处理器相比，8051在指令语义及执行时间等方面都有所不同。 因而，如果在计算过程中，发生中断，则会出现的误差，这并不完全1秒时间门控时间。 10的28位二进制数据应该输出术的本质改变，所以通常只中断处理程序必须是分布式处理。 中断循环时间2毫秒，因此这一变化的十进制数16至10十进制diseupeureyi处理程序，必须加以计算。 但是，使用8051输出功能毫秒内是不可能转换为8位数字符号。 因此，每个中断周期又分为若干jarissik 8变换符号已被配置为运行。 HOLD键的功能是停止LED数字显示。 软件调试： 8051的 XTAL1提供一个频率为24MHz的振荡信号。 同时该XTAL1亦为74F161提供24MHz输入时钟信号。 （硬件连接）此时，通过软件校正，使LED显示器上的数字为24000000。 如果看见显示为2400000，则说明软件计算没有发生误差 （1秒门控基准时间，与测量基准时钟是相同的） 100MHz/100兆欧前置放大器： 这是整个计数器制作中最困难的一部分。 前置放大器将微弱的交流电压放大并转换为TTL电平。 测量高达100MHz的频率范围，须配置超级宽带放大器。 并且，还必须对正弦波进行整形。 用于此目的是施密特触发器。 74系列中是74LS14。 然而，要获得可以通过100MHz及更高频率的施密特触发器是很困难的。 被称作高速的74F14及74AS14，其实验的结果的上限频率也仅为65MHz左右。 （在该实验中）TI公司的SN74AHCT14输入频率可达120MHz以上，其施密特触发器性能得到验证。 输入频率的最低电压有所不同。 总体来说，50MHz～100MHz输入电压需1.5V以上，50MHz以下则需0.5V左右方可进行计数。 2.4GHz，50欧姆，64分频 预分频器（prescaler）： 预分频器的作用是提高频率计数器的测量频率上限。 比如，在30MHz计数器基础上右上一个高速10分频器，即可构成为一个300MHz的计数器。 固然可以通过TTL集成电路计数器来组成的10分频预分频器。然而，现在可以通过微型处理器进行十进制转换，因而采用64/128/256预分频。 本机的预分频器采用富士通公司的MB506。 从10MHz至2.4GHz的可采用64分频的预分频器。 输入信号的放大采用两片Mini Circuits（微型电路）公司的MAR-6。 能够对小至0.1V的信号进行计数。 输入阻抗为50欧姆。 在SE-FCNTR装置的开发，大量的高频资料收集，前置放大器／预分频器电路的设计，元器件选择及性能评价等方面，金社长均予以了大量的帮助，在此深表感谢！