用ＡＴ８９Ｓ５ １制作高精度２．４Ｇ数字频率计 文／熊军锋陈霞 笔者在实际工作中，用ＡＴ８９Ｓ５１ 单片机及很少的外围元件自制了一台 单与非门ＮＬ１７ＳＺ００。该与非门在５Ｖ 电压时 、 为２．４ｎｓ。能满足 高精度的数字频率计，最高测量频率 达２．４ＧＨｚ，成本仅为几十元。该频率 计测频范围分为＜１４０ＭＨｚ、 １００ＭＨｚ￣２．４ＧＨｚ两挡，输入灵敏度 为３０ｍＶ。＜１４０ＭＨｚ挡测量精度为 １Ｈｚ，１００ＭＨｚ￣２．４ＧＨｚ挡测量精度为 １６Ｈｚ。由于时基晶体使用ＴＣＸＯ单元 （温度补偿型晶体振荡电路），频率稳 定度温度特征４－ｌｐｐｍ／．２０￣Ｃ～６０℃．长 期特征４－ｌｐｐｍ／（年）。以上指标参数 达到甚至超过了一般厂商所生产的频 率计指标参数。现介绍制作方法。 电路原理 图１为频率计的方框图，图２为 其电原理图，电路主要由５部分组 成。 １．二十八位二进制计数器：由一 块高速的１２位～ 进制计数器 ７４ＡＣ４０４０、单片机ＡＴ８９Ｓ５１内部计 １４０ＭＨｚ的需求。 ３．时基、门控信号：制作频率计 图１ 的关键点在于时基信号的准确性和稳 数器ＴＯ共同构成，其中ＡＴ８９Ｓ５１内 定性，它决定频率计的计数精度。在 的计数器被设置成１６位计数器状态。 这里选用１２．８ＭＨｚ的ＴＣＸＯ单元作 高速 二进制计数器７４ＡＣ４０４０最高可 为单片机ＡＴ８９Ｓ５１的时钟电路，由单 工作到１４０ＭＨｚ，作为低位计数器使 片机用软件方法得到所需的门控信 用。当输入信号频率为１４０ＭＨｚ时， 号。笔者分析过许多用单片机做的频 在第１脚Ｏ１２输出频率１４０Ｍ／２ ，约 率计，一般它们用的时基都是单片机 ３５ ｋＨｚ信号送入ＡＴ８９Ｓ５１的内部计 通过中断方式获得，由于ＡＴ８９Ｓ５１中 数器ＴＯ。ＡＴ８９Ｓ５１的内部计数器ＴＯ 断方式工作时存在有时延问题。这在 的最高计数频率为１２．８／（１２×２×２１， 低分辨率下可以忽略，但对大于 约２５０ｋＨｚ，远大于３５ ｋＨｚ，故 １００ＭＨｚ下１Ｈｚ的分辨率是不能忽略 ＡＴ８９Ｓ５１内部能保证计数的准确性。 的。所以笔者在设计制作中时基的获 ２８何 进制计数器最高可计数数值为 得没有使用中断而直接用软件延时得 ２ｚ￣－＝２６８４３５４３６。故能保证在１４０ＭＨｚ 到。门控信号由ＡＴ８９Ｓ５１的Ｐ３，２脚 输入状态下计数精度为１Ｈｚ。 送出。若要进一步提高精度，单片机 ２．闸门电路：由于要求的工作频 ＡＴ８９Ｓ５１的时钟电路可选用恒温晶 率较高，闸门电路选用了贴片的高速 体。 ４．计算显示：７４ＡＣ４０４０的计数结 为简单，２脚为电源脚，由ｓ控制其 单片机。二＿ｉ 上 果被单片机通过Ｐ０、Ｐ２（只用了４位） 是否接入电路。当ＭＢ５０６的２脚为 安装完毕试机正常即可校准，其 ∞ 卜 二｛ ．¨ 口读入，与单片机内部所计数值合到 ＋５Ｖ时，分频器工作，＋５Ｖ电压还送 校准方法有三：一是用本频率计测量 起。再通过乘１６（２．４Ｇ挡用到）、二 到ＡＴ８９Ｓ５１的第１０脚。ＡＴ８９Ｓ５１通 已知标准频率信号，微调本机Ｒ６使显 进制转换等处理后，送入图形液晶 过读入第１０脚的状态来分辨是 示值与标准频率相同。二是用标准频 ４０ＭＨｚ挡，还是１００ＭＨｚ～２．４ＧＨｚ 率计测量本机的１２．显示模块ＬＣＤ１６０２巾显示出来。选 ＜１８ＭＨｚ晶振信号， 用ＬＣＤ１６０２是 为其占用单片机资 挡，以此来决定内部数据处理显示的 微调本机Ｒ６使标准频率计显示为 １２．８ＭＨｚ。如果这些条件都不具备，可 源极少，并日．还可以显示一些辅助信 方式。最后还有电源电路，这一部分主 以用电视台的彩色副载波信号来 息。在这里没何用常用的数码管来显 压 兰兰廿呈兰 示，是由于其工作时需单片机扫描， 要由稳压集成电路７８０５构成。这样就不能用软件延时了。当然如果 定要用数码管来 示，可以采用数 校准。当其正常收看时，彩色副载波信 ●一２一 制作与校准 号为标准的４．４３３６１８１７５ＭＨｚ。由于中 上述电路可装在一块印制板上， 央台用的是铯原子钟时钟源，所以其 码管专用驱动芯片来做一个显示模 印制板要选用高频特性较好的敷铜板 精度极高，超出一般的信号源和频率 块。市场上这些驱动芯片只要几元 制作，有条件者最好设计制作双面印 计精度。 Ｔ上Ｔ＿｜ “ 钱。 在本期杂志配刊光盘的“本期程 制板，以得到更好的效果。高频放大 ５．高频信号放大、分频处理电路： Ｔ上Ｔ＿｜ 电路和分频电路最好用贴片元件制 序”文件夹中有笔者在制作过程中调 高频信号放人电路由ＶＴ１、ＶＴ２及外 作，外面加屏蔽罩，并注意接地点的 试通过并使用的源程序和烧写文件。 Ｔ上Ｔ＿ｒＬ舛 １ ｜ 围元件共 构成，具有较大的输入阻 选择，以免造成干扰。用带屏蔽的电 其中源程序中给出了详细的中文注 Ⅲ 一一 一∞∞ ∞一 ∞ 抗，能保证其工作灵敏度的要求。 源变压器可进一步减小干扰，整流器 释，可以很容易地进行修改和学习，以 ‰Ｔ上Ｔ＿Ｃ１ ７叫 ｜ ＭＢ５０６及外围元件构成微波分频电 最好与主电路板分开安装。整个频率 适应不同的单片机时钟频率或显示模 路，ＭＢ５０６仃６４、１２８、２５６三种分 计应装入一个适当的金属外壳中，全 块，或者添加其他的一些功能，如与计 频比，最高工作频率２．４ＧＨｚ。改变 机电路应做到一点接机壳。由于其电 算机通信、用计算机显示测量结果或 ３、６脚的接法ｎ 得到小同的分频比， 路为数字电路，所以重点在高频电路 记录结果等。④ ‰Ｔ上Ｔ＿＠Ⅲ ｜ 本电路接法为６４分频。由于ＭＢ５０６ 部分。只要印制板设计合理，一般一 自带放人、辂形电路，故应用电路极 装即成，当然不要忘了将程序写入到 Ｒ４ ４ ７ｋ Ｃ１９ ＿＿｛卜＿ ０１ ＶＴ２ ＭＭＢ· ＴＨ１０ Ｕ４ Ｒ９ Ｉ凸 Ｉ乞一 Ｊ暑 』２ Ｐ２０ １ＮＴ１ ＜１４０Ｍ ＴＴＬ输入 Ｐ２Ｉ ＩＮＴ０ Ｔ１ 。Ｐ２５ Ｐ２６Ｐ２ＥＡ／ＶＰ ＸＩｘ ２７ ＶＤ ＤＩＯＤＥ 。 Ｒ６ ｌＯｋ １５３ １ ■＿ ｖ Ｎｃ ｌ ｓｗ２ Ｒ２ ４１０；Ｔ ＧＮＤ ｌＭ ；一ＤＣ６ ９Ｖ宰 Ｊ２Ｃ２０１ 。 上ⅢＣ ２０ ～７ ８ｋ Ｔ ０ ｌｕ 图２
