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左边），该子系统主要由模拟电路组成；②多周期同步等精度频率、周期、时间等的测量控制及功能控制逻辑（中间部分），该子系统基本上由数字硬件电组成；③单片机及其外围部件（最右边）。这样划分有利于设计工作的安排与分工，因为这三部分对应于三种不同类型的电子设计方法，并需要有不同的设计工具来支持。
图3.3 频率计的子系统级框图
3.2.2各个子系统的主要技术指标及其组成 （1） 输入通道
因为输入通道是由前置放大器和整形器等组成的，所以就要对前置放大器的增益和带宽指标进行估计。小信号的最小值本设计取为0.02V，若整形器采用TTL器件，其正常工作的最小电压为2V，由此可以估计出前置放大器的增益为
2/0.02=100。若整形器采用模拟电压比较器，放大器的增益则由比较器所要求的输入信号的最小压摆率来估计。考虑到任务书中的要求该放大器的带宽应为0～10MHz，对该频率范围，输入电阻按1MΩ来设计在工程上是不难实现的。通道的输出是由TTL整形器提供的，输出电平自然能够满足后面等精度测量控制及功能切换逻辑的要求。为了适应测量脉冲宽度以及时间间隔的需要，输入通道还要有脉冲边沿（+、-斜率）选择、触发电平调节电路，为了实现测量小信号的要求，通道中还需要设置灵敏度切换电路。综合这些要求可以画出输入通道的组成
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框图如图3.4所示。
触发电平 调节 输入级及 信号 过载保护 放大级 整形级 输出级 电平 + - 边沿 灵敏度 切换 选择
图3.4 输入通道组成框图
（2）多周期同步等精度测量控制及功能切换逻辑
由于该子系统全是数字电路，根据2.2节的分析可知，采用isPLD器件来实 现这部分比较方便。对这部分所关心的最主要指标是工作速度。由总体指标要求不难判断，这部分脉冲信号的最高频率要达到10MHz，而现在多数isPLD器件的最高工作频率fmax均大大超过10MHz，因此用该类型器件来实现图3.3的中间部分在工作速度是没有问题的。一般情况下应选工作电压+5V的、输入/输出与TTL兼容的isPLD器件，以便于和输入通道以及单片机相接口。
其次一个指标就是这部分的两个计数器的工作容量。在闸门为10s最大值、被测信号频率为1MHz时，这两个计数器的最大计数值为NA=NB=107，即为7位十进制计数器，若采用24位二进制计数器来实现时，其计数容量也能满足要求，因为224=210?210?24=(1024)?(1024)?16>103?103?10=107。若在闸门时间取最大值10s、被测输入信号频率也取最大值10MHz时，上述两个计数器则应为8位十进制计数器，若采用二进制来实现时，28位也就足够了；如采用十进制计数器，则需要32个触发器来组成该计数器。为了节省硬件资源这两个计数器的高16位可以利用单片机内部的定时/计数器来实现。这时外部所需的硬件二进制计数器的容量，对最高测试频率为10MHz的情况将减少为12位。下面对这部分的硬件组成
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进行分析。
为了实现多种参数测量即频率、周期、脉宽时间及占空比的测量，可根据图1.6（a）和图1.7，添加一些控制和切换逻辑把这两张图综合起来 ，最后可得到如图3.5所示的多周期同步等精度测量控制与切换逻辑的组成框图。从等精度测量原理可知，频率、周期的测量只需要一个A通道就能完成，而脉冲宽度、时间间隔的测量均需要A、B两个输入通道才能完成，至于占空比测量需要先测出周期和脉冲宽度，然后通过计算求出占空比，因此该参数需要单、双通道轮流测量才 能完成。为此句在图1.7的基础上增加两个2选1多路选择（MUX），以实现单/双 通道模式的切换也即实现 图1.6（a）和图1.7测量项目之间的切换。此外为了实现自检，再加一个2选1的MUX将送给闸门A的被测信号选择为1MHz的时标信号（由单片机时钟分频得到）即可。上书硬件将与单片机连接起来并受其控制，所以在图3.5中对来自单片机的有关控制信号均标注了说明。
根据1.9节和1.10节的分析可知，为了保证脉冲宽度和时间间隔的测量精度，时钟fC的频率必须大于10MHz。为了简化设计，本设计将其与单片机系统合用一个时钟，由前面的分析可知的该频率为12MHz。
由于本设计所选的单片机为AT89C51，它内部只有2个16位的定时器/计数器，其中一个需要用来做定时器，以产生各种预置闸门信号，另一个可用来构成时间计数器的高16位，该频率计的低12位需由硬件电路来实现，以便将10MHz的计数脉冲先经这个低12位计数器分频，使其频率下降到500kHz以下，从而 使单片机中的计数器能够正常工作。因为单片机的两个定时器/计数器已经全部用掉，剩下的8位的事件计数器须由硬件电路实现了。
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图3.5 多周期同步等精度测量与功能切换逻辑
（3）单片机子系统
这部分主要考虑的工作指标如下：①该单片机由+ 5V电源供电，I/O口与TTL电平兼容并有足够数目的I/O口，用来与键盘、LED显示器相接口，以及作为控制信号的输出口和被测信号的输入口；②要有丰富的四则算术运算和逻辑运算指令，指令执行速度要快；③片内除了RAM外还要有E2PROM；④至少有两个16位的定时器/计数器；⑤有外部中断输入端；⑥具有串行通信口；⑦价格要低廉。查阅单片机手册后，发现AT89系列的8位单片机AT89C51的指标完全可以满足上述要求。
与前面系统不同的是，单片机子系统包括了硬件与软件，而硬件又是软件赖以运行的平台，所以该子系统硬件的组成设计应当先行。但是由于硬软件密切相关，所以在进行硬件设计时，因该兼顾软件的要求，协调好两者的关系。因为单片机本身已经是一种功能完备的系统级VLSI（超大规模集成电路）器件，不需要（也不可能）对其内部硬件组成再进行设计的，所谓单片机子系统级上的组成设计，实质上就是为其配置所需的外围部件，确定与其他子系统的互连方案，既为其正常运行提供必需的外部条件，也为单片机软件的设计提供明确的、切合实际的依据或前提。为了配置单片机的外围部件以及确定与其他子系统的互连，就要合理地分配和利用单片机的I/O口以及存储空间的地址。由于89C51的单片机内部具有128字节RAM和4K字节闪存（Flash）可电改写的ROM，对该频率计来说已经足够用了，故无需