频率计

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.sample.co.kr/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前置级预分频器

数字式计数器中的微处理器采用ATMEL公司的ATC51。

ATMEL公司的ATC51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ATC51

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，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/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！

续（源程序部分）

//

// 100MHz / 2.4GHz Universal Counter

// 100MHz/2.4GHz 通用计数器

// SAMPLE Electronics co. 25. Nov. 2003

// 韩国Sample电子公司 二○○三年十一月二十五日

// Crossware Embedded Development Studio V 3.3.1.2

// 克洛斯威尔 嵌入开发工作站 版本：3.3.1.2

//

//

// 74F161的4比特，74HC393的8比特及8051的16比特内部计数器，共同构成28比特计数器。

// 脉冲计数时间为1秒，8位数字显示100兆赫计数器。

// 采用分频的预分频器时，脉冲计数时间为0.秒。

//

//

// 8051初始源程序

//

#include

#include

#include

#include

_sfrbit P36_o_74f161_clr_n = _p3^6; //外部计数器F161复位

_sfrbit P35_o_74f161_enp = _p3^5; //外部计数器F161有效（Enable）

_sfrbit P30_io_74hc393_clr_hold = _p3^0; //外部计数器HC393复位／HOLD输入

_sfrbit P37_i_prescaler = _p3^7; // 分频的预分频器

//

//七段LED字形数据

// hgfedcba

#define DIG0 0xC0 // 11000000b ; 0 P2.0

#define DIG1 0xF9 // 11111001b ; 1 +-----a-----+

#define DIG2 0xA4 // 10100100b ; 2 | |

#define DIG3 0xB0 // 10110000b ; 3 P2.5 f b P2.1

#define DIG4 0x99 // 10011001b ; 4 | |

#define DIG5 0x92 // 10010010b ; 5 | P2.6 |

#define DIG6 0x82 // 10000010b ; 6 +-----g-----+

#define DIG7 0xD8 // 11011000b ; 7 | |

#define DIG8 0x80 // 10000000b ; 8 P2.4 e c P2.2

#define DIG9 0x98 // 10011000b ; 9 | |

// ; | P2.3 |

#define DIGM 0xBF // 10111111b ; - +-----d-----+ * h P2.7

#define DIGP 0x7F // 01111111b ; .

#define DIGB 0xFF // 11111111b ; \"Blank\"（“空白”）

//

const char segment_pattern[] = { DIG0, DIG1, DIG2,\\

DIG3, DIG4, DIG5, DIG6, DIG7, DIG8, DIG9 };

//

const char segment_select[] = { 0xFE, 0xFD, 0xFB, \\

0xF7, 0xEF, 0xDF, 0xBF, 0x7F };

//

unsigned long trailer;

unsigned long task;

unsigned int trimer;

unsigned char fnd[8];

unsigned char mfnd[8];

unsigned int int_state;

unsigned char fnd_state;

unsigned char boat;

bit hold;

//

//

void _interrupt IVN_TIMER1 time_base() {

//////////////////////////////////////////////

_tl1 = 0x60; _th1 = 0xF0; // 4000 2 M Sec 500 Times

//////////////////////////////////////////////

_p0 = 0xff;

_p2 = segment_select[fnd_state];

_p0 = fnd[fnd_state++];

fnd_state &= 0x07;

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 0) { //

P35_o_74f161_enp = 0; //外部计数器F161计数禁止

P30_io_74hc393_clr_hold = 1; //外部计数器HC393复位

P36_o_74f161_clr_n = 0; //外部计数器F161复位

_tl0 = 0x00; _th0 = 0x00; //内部计数器复位

hold = P30_io_74hc393_clr_hold; // HOLD（保持）键状态输入

P36_o_74f161_clr_n = 1; // 外部计数器F161有效(Enable)

P30_io_74hc393_clr_hold = 0; // 外部计数器HC393有效(Enable)

P35_o_74f161_enp = 1; // 外部计数器F161进行计数

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 316) { // 10GHz状态（分频的预分频器）

if (!P37_i_prescaler) { // 门控时间为0.秒

for (trimer = 0; trimer<202; trimer++) ; // 15个机器周期单位

// 测试信号24MHz输入

boat++; // 15360000 用于显示，需调整

boat++; // 延迟1个机器周期（12个时钟周期）

boat++; // 15359988

boat++; // 15360000

// boat++; // 15360012

P35_o_74f161_enp = 0; // 外部计数器停止

trailer = _th0;

trailer = (trailer << 20) & 0x0ff00000;

task = _tl0;

task = (task << 12) & 0x000ff000;

trailer |= task;

task = _p3;

task = (task << 7) & 0x00000f00;

trailer |= task;

task = _p1 & 0x000000ff;

trailer |= task;

P35_o_74f161_enp = 1; // 소비 전류가 일정하게 하기위하여

// 电流消耗，

// 外部计数器将重新开始。

}

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 494) { // 100 MHz Mode 1 Sec Gate Time

if (P37_i_prescaler) { // 1 Sec Gate Time

for (trimer = 0; trimer<248; trimer++) ; // 15个机器周期单位

// 测试24MHz信号源输入

boat++; // 24000000 用于显示，需调整

boat++; //

boat++; //

boat++; //

boat++; // 延迟1个机器周期（12个时钟周期）

boat++; // 23999988

boat++; // 24000000

// boat++; // 24000012

P35_o_74f161_enp = 0; // 外部计数器停止

trailer = _th0;

trailer = (trailer << 20) & 0x0ff00000;

task = _tl0;

task = (task << 12) & 0x000ff000;

trailer |= task;

task = _p3;

task = (task << 7) & 0x00000f00;

trailer |= task;

task = _p1 & 0x000000ff;

trailer |= task;

P35_o_74f161_enp = 1; // 소비 전류가 일정하게 하기위하여

// 电流消耗，以时间表

// 外部计数器重新开始。

}

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 506) { // 1Hz数字显示

boat = trailer % 10;

mfnd[7] = segment_pattern[boat & 0xf];

trailer /= 10;

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 507) {

boat = trailer % 10;

mfnd[6] = segment_pattern[boat & 0xf];

trailer /= 10;

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 508) {

boat = trailer % 10;

mfnd[5] = segment_pattern[boat & 0xf];

trailer /= 10;

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 509) {

boat = trailer % 10;

mfnd[4] = segment_pattern[boat & 0xf];

trailer /= 10;

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 510) {

boat = trailer % 10;

mfnd[3] = segment_pattern[boat & 0xf];

trailer /= 10;

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 511) {

boat = trailer % 10;

mfnd[2] = segment_pattern[boat & 0xf];

trailer /= 10;

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 512) {

boat = trailer % 10;

mfnd[1] = segment_pattern[boat & 0xf];

trailer /= 10;

}

//////////////////////////////////////////////

if(int_state == 513) {

boat = trailer % 10;

mfnd[0] = segment_pattern[boat & 0xf];

trailer /= 10;

}

//////////////////////////////////////////////

int_state++;

//////////////////////////////////////////////

if(int_state >= 514) {

int_state = 0;

if (hold) {

fnd[0] = mfnd[0];

fnd[1] = mfnd[1];

fnd[2] = mfnd[2];

fnd[3] = mfnd[3];

fnd[4] = mfnd[4];

fnd[5] = mfnd[5];

fnd[6] = mfnd[6];

fnd[7] = mfnd[7];

if (P37_i_prescaler) {

fnd[1] &= 0x7F; // MHz点

} else {

fnd[0] &= 0x7F; // GHz点

}

}

}

//////////////////////////////////////////////

}

main()

{

_tmod = 0x15; // 0b00010101 Timer0 = Mode1, Counter, use TR0

// Timer1 = Mode1, Timer, use TR1

_tl0 = 0X0; _th0 = 0X0;

_tl1 = 0X0; _th1 = 0X0;

_tr0 = 1; // Timer 0 计数开始

_tr1 = 1; // Timer 1 计数开始

_et1 = 1; // 设置定时器1中断状态

_ea = 1; // 设置全局中断状态

while(1) ;

}

源程序可到http://www.sample.co.kr/sefcntr/sefcntr.zip网页下载。

(1) Crossware.公司8051 编译器（演示版）的安装

创建一个c:\\estudio_demo\\Projects\\fcntr4文件夹，将文件解压到这个文件夹内。

(2) 在Crossware的File（文件）菜单上，单击Project Open（打开项目），选择C:\\estudio_demo\\Projects\\fcntr4\\fcntr4.xmk。

(3) 在Crossware的Build（建立）菜单中，选择Rebuild All开始汇编的源程序并创建fcntr4.hex文件。

(5) 可以采用Sample电子公司编辑的ATC51的SE-516SP文本(http://www.sample.co.kr/se516/index.htm) fcntr4，在8051编程器上进行编程。

Crossware公司的 8051 C 编译器（演示版）可以下载。能以“.HEX”文件的格式输出从起始部位（0000H）开始的( http://www.sample.co.kr/sefcntr/fnctr4.hex )。

4K

十六进制代码

ATC51，ATS51及ATC1051/2051/4051均带有4k闪存。

Crossware 8051 C 编译器( http://www.crossware.co.kr/setup-demo.exe )，已被选定为韩国产业工人协会( http://www.hrdkorea.or.kr/ )进行工程师及技术工人考试的指定编译器。

Crossware 8051 C 编译器手册（韩文）( http://www.crossware.co.kr/crossb.pdf )

续（前置放大器部分）

SE-PAMP

100兆赫前置放大器

输入阻抗100欧姆

低频100mV的信号，50MHz 〜 100MHz的2V信号经前置放大器放大到TTL电平。

10Hz 〜 100MHz的频段的输入阻抗是1兆欧姆。

100兆赫正弦波经TTL施密特触发器SN74AHCT14( 资料：http://www.sample.co.kr/sefcntr/sn74ahct14.pdf )进行脉冲整形。

超高频场效应管 2SK241( 资料：http://www.sample.co.kr/sefcntr/2sk241.pdf )

NEC公司的 5 GHz带宽的高速晶体管 2SC2570 ( 资料：http://www.sample.co.kr/sefcntr/2sc2570.pdf )

前置放大器的元器件

前置放大器的电路图

续（预分频器部分）

SE-PRSC

2.4 GHz的预分频器

输入阻抗：50欧姆

测量范围达10MHz 〜 2.4GHz的分频的预分频器。

输入灵敏度：100mV

采用Mini circuits（微电路）公司的单片超级宽带高频放大器集成电路。

输入阻抗为50欧姆。

Mini circuits（微电路）公司的宽带高频放大器 MAR-6 ( 资料：

http://www.minicircuits.com/cgi-bin/spec?cat=amplifier&model=MAR-6&pix=vv

105.gif&bv=4 )

富士通公司的2.4GHz的预分频器（可选择，128，256分频）MB506 ( 资料：

http://www.sample.co.kr/sefcntr/mb506.pdf )

预分频器的元器件

预分频器的电路图

续（其它）

用栅倾表测试频率计

测试100MHz模拟前置放大器

感应传递计数操作

可进行非接触的方式测量

频率为80MHz（G级）振荡信号接入计数器。

2.4G 预分频器测试

栅倾表测试频率计时用的线圈

价格

产品 说

明 价格

SE-FCNTR 100MHzTTL输入数字式频率计数器（DC～100MHz） 三万三千韩元

SE-PAMP 100MHz，1MΩ前置放大器（10Hz～100MHz） 两万两千

韩元

SE-PRSCR 2.4GHz，50Ω 分频 预分频器（10MHz～2.4GHz） 两万七千五百

韩元

*** 注意 ***

(1)SE-FCNTR的价格，不包括适配器。

(2)SE-FCNTR 包括24MHZ振荡晶体。

(3)LED显示屏为红色（RED）发光管。

(4)SE-FCNTR ，SE-PAMP，SE-PRSCR均为包装，可根据需要选择购买。

(5)本计数器中的集成电路及其它无源器件均不单独销售。

(6)频率计中CPU（ATC51）计数器中所使用的HEX文件，是十六进制格式文件。