量程自切換頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案解析

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是類似單片機(jī)等相關(guān)集成電路生產(chǎn)技術(shù)的快速堀起，推動(dòng)了儀器儀表及家電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，用程序代碼來(lái)簡(jiǎn)化硬件電路的復(fù)雜程度，使其不斷向著體積小，價(jià)格低廉，功能更加多樣化、智能化的方向發(fā)展。功能齊全，價(jià)格低廉的產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的青睞，當(dāng)然，科技的發(fā)展最先受益的 還是從事前沿科技研究領(lǐng)域的人員，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，一款好的測(cè)量設(shè)備將為他們的研究工作帶來(lái)便利的同時(shí)也減輕很多負(fù)擔(dān)。就目前而言，高端儀器設(shè)備很多均依賴進(jìn)口，研究并制造出屬于我們國(guó)家自己的高端儀器設(shè)備將是我們一直努力的方向，而且也具有非常廣闊的發(fā)展前景。
　　1 硬件電路設(shè)計(jì)
　　本設(shè)計(jì)主要由信號(hào)采集電路、放大整形電路、分頻電路、信號(hào)處理電路、電源電路和顯示電路等模塊組成。當(dāng)采集到的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整形電路后被整形為幅度適中的矩形波后，根據(jù)其頻率的高低選擇相應(yīng)的分頻電路對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸l處理，然后單片機(jī)對(duì)分頻后的信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻，再經(jīng)過(guò)處理后將結(jié)果送出去，驅(qū)動(dòng)顯示電路輸出的數(shù)字頻率信息，同時(shí)指示相應(yīng)的量程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的自動(dòng)測(cè)量和顯示。頻率計(jì)的總體工作原理框圖如圖1所示。
　　
　　1，1 放大整形電路的設(shè)計(jì)
　　9013是一種NPN結(jié)構(gòu)的三極管，集電極和發(fā)射極之間的最高電壓25 V，集電極和基極之間的最高電壓為45 V，發(fā)射極和基極之間的最高電壓為5 V，集電極的最高電流0，5 A；三極管的最高耗散功率為0，625 W，最高的結(jié)溫為150℃，其特征頻率為150 MHz；放大倍數(shù)范圍是40倍～110倍；工作溫度范圍為-55～+150℃；74LS14是一種雙列直插式封裝具有六反相器的施密特觸發(fā)器，其工作的最高電源電壓為7 V，工作環(huán)境溫度范圍為0～70℃；三極管9013和施密特觸發(fā)器74LS14一起構(gòu)成的放大整形電路能夠有效的對(duì)方波，正弦波，矩形波，三角波等信號(hào)進(jìn)行放大和整形，并且能夠穩(wěn)定的輸出，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，能夠滿足本課題對(duì)0 Hz～20 MHz的頻率范圍要求。三極管9013和施密特觸發(fā)器74LS14構(gòu)成的放大整形電路如圖2所示。
　　
　　1. 2 信號(hào)分頻部分電路設(shè)計(jì)
　　74LS161為二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，具有同步預(yù)置數(shù)、異步清零以及保持等功能。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器；74LS151是具有選通輸入端，互補(bǔ)輸出的8選1數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇端（ABC）按二進(jìn)制譯碼，以從8個(gè)數(shù)據(jù)（D0～D7）中選取1個(gè)所需的數(shù)據(jù)。