基于單片機的數(shù)字頻率計設計

西南科技大學高等教育自學考試畢業(yè)論文1摘要本方案主要以單片機為核心，主要分為時基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分，設計以單片機為核心，被測信號先進入信號放大電路進行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機的計數(shù)器和定時器的功能對被測信號進行計數(shù)。編寫相應的程序可以使單片機自動調節(jié)測量的量程，并把測出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。本設計以 89C51 單片機為核心，應用單片機的算術運算和控制功能并采用 LED數(shù)碼顯示管將所測頻率顯示出來。系統(tǒng)簡單可靠、操作簡易，能基本滿足一般情況下的需要。既保證了系統(tǒng)的測頻精度，又使系統(tǒng)具有較好的實時性。本頻率計設計簡潔，便于攜帶，擴展能力強，適用范圍廣。關鍵詞單片機：運算；頻率計；LED 數(shù)碼管西南科技大學高等教育自學考試畢業(yè)論文2AbstractThe program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays.The design of the 89C51 microcontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application.Key words microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube西南科技大學高等教育自學考試畢業(yè)論文3目 錄摘要 .1概述 .1第一章 緒論 .21.1課題背景 .21.2 課題研究的目的和意義 .21.4數(shù)字頻率計設計的任務與要求 .2第二章 數(shù)字頻率計總體方案設計 .31.1方案比較 .31.2方案論證 .41.3方案選擇 .4第三章 數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)設計 .53.1 數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)框架 .53.2 數(shù)字頻率計的主機電路設計 .53.3數(shù)字頻率計的信號輸入電路設計 .83.4數(shù)字頻率計顯示電路的設計 .93.5數(shù)字頻率計的計數(shù)電路的設計 .123.6數(shù)字頻率計電源模塊的設計 .15第四章 數(shù)字頻率計軟件系統(tǒng)設計 .164.1 軟件設計規(guī)劃 .164.1.1信號處理 .164.1.2中斷控制 .164.2.1定時器/計數(shù)器 .174.2.2定時工作方式 0.184.3程序流程圖設計 .184.3.1主程序流程 .184.3.2 中斷流程 .20第五章 數(shù)字頻率計的仿真調試 .22參考文獻 .23致 謝 .24附錄（程序） .25附錄：數(shù)字頻率計的系統(tǒng)原理圖 .28電子信息工程畢業(yè)論文0概 述在電子測量領域中，頻率測量的精確度是最高的，可達 1010E-13 數(shù)量級。因此，在生產過程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH 值、振動、位移、速度、加速度，乃至各種氣體的百分比成分等均用傳感器轉換成信號頻率，然后用數(shù)字頻率計來測量，以提高精確度。 國際上數(shù)字頻率計的分類很多。按功能分類，測量某種單一功能的計數(shù)器。如頻率計數(shù)器，只能專門用來測量高頻和微波頻率；時間計數(shù)器，是以測量時間為基礎的計數(shù)器，其測時分辨力和準確度很高，可達 ns 數(shù)量級；特種計數(shù)器，它具有特種功能，如可逆計數(shù)器、予置計數(shù)器、差值計數(shù)器、倒數(shù)計數(shù)器等，用于工業(yè)和白控技術等方面。數(shù)字頻率計按頻段分類 (1)低速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率10MHz； (2)中速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率 10100MHz； (3)高速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率100MHz； (4)微波頻率計數(shù)器：測頻范圍 180GHz 或更高。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應用場合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級計算器、家用電器等領域的應用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機應用系統(tǒng)。單片機的潛力越來越被人們所重視。特別是當前用CMOS 工藝制成的各種單片機，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強、能滿足一些特殊要求的應用場合，更加擴大了單片機的應用范圍，也進一步促使單片機性能的發(fā)展。電子信息工程畢業(yè)論文1第一章 緒論1.1 課題背景在電子技術中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此頻率的測量就顯得更為重要。頻率計的基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內待測信號的脈沖個數(shù)，此時我們稱閘門時間為 1 秒。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越長，得到的頻率值就越準確，但閘門時間越長則每測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當?shù)膫鞲衅?，可以對多種物理量進行測試，比如機械振動的頻率，轉速，聲音的頻率以及產品的計件等等。1.2 課題研究的目的和意義單片機數(shù)字頻率計以其可靠性高、體積小、價格低、功能全等優(yōu)點，廣泛地應用于各種智能儀器中，這些智能儀器的操作在進行儀器校核以及測量過程的控制中，達到了自動化，傳統(tǒng)儀器面板上的開關和旋鈕被鍵盤所代替，測試人員在測量時只需按需要的鍵，省掉很多煩瑣的人工調節(jié)，智能儀器通常能自動選擇量程，自動校準。有的還能自動調整測試點，這樣不僅方便了操作，也提高了測試精度。1.4 數(shù)字頻率計設計的任務與要求單片機控制的數(shù)字頻率計1.測頻范圍：10Hz10KHz。為保證測量精度分三個頻段10Hz100Hz，100Hz1KHz，1KHz10KHz，有超量程指示。2.輸入波形：函數(shù)信號發(fā)生器輸出方波，矩形波，幅度為 5V，能產生所需頻率的脈沖信號。3.測量誤差： 1。電子信息工程畢業(yè)論文2第二章 數(shù)字頻率計總體方案設計2.1 方案比較方案一：本方案主要以單片機為核心，利用單片機的計數(shù)定時功能來實現(xiàn)頻率的計數(shù)并且利用單片機的動態(tài)掃描法把測出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。其原理框圖如圖 2.1 所示：信號放大電路信號整形單片機AT89c51電路數(shù)字顯示 電路圖 2.1 方案一原理框圖方案二：本方案主要以數(shù)字器件為核心，主要分為時基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分。其原理框圖如圖 2.2 所示：邏輯控制電路時基電路 放大整形電路閘門電路計數(shù)器鎖存器譯碼顯示器圖 2.2 方案二原理框圖電子信息工程畢業(yè)論文32.2 方案論證方案一：本方案主要以單片機為核心，被測信號先進入信號放大電路進行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機的計數(shù)器和定時器的功能對被測信號進行計數(shù)。編寫相應的程序可以使單片機自動調節(jié)測量的量程，并把測出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。方案二：本方案使用大量的數(shù)字器件，被測信號經放大整形電路變成計數(shù)器所要求的脈沖信號，其頻率與被側信號的頻率相同。同時時基電路提供標準時間基準信號，其高電平持續(xù)時間 1s，當 1s 信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門，計數(shù)器開始計數(shù)，直到 1s 信號結束閘門關閉，停止計數(shù)。若在閘門時間 1s 內計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為 N，則被測信號頻率 Fx = NHz。邏輯控制電路的作用有兩個：一是產生鎖存脈沖，是顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產生清零脈沖，使計數(shù)器每次測量從零開始計數(shù)。2.3 方案選擇比較以上兩種方案可以知道，方案一的核心是單片機，使用的元器件少，原理電路簡單，調試簡單只要改變程序的設定值則可以實現(xiàn)不同頻率范圍的測試能自動選擇測試的量程。與方案一相比較方案二則使用了大量的數(shù)字元器件，原理電路復雜，硬件調試麻煩。如要測量高頻的信號還需要加上分頻電路，價格相對高了點?；谏鲜霰容^，所以選擇了方案一電子信息工程畢業(yè)論文4第三章 數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)設計3.1 數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)框架數(shù)字頻率計是一個將被測頻率顯示出來的計數(shù)裝置，它主要由單片機89C51 控制、7407、LED 顯示器、電源等組成。該系統(tǒng)的功能是將信號輸入P3.4 口，通過單片機程序控制，對 LED 顯示器進行段控和位控，實現(xiàn)動態(tài)顯示。數(shù)字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可缺少的測量儀器。在進行有關電子技術的設計、安裝、調試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經常使用到。圖 3-1 為數(shù)字頻率計方案框圖。信號處理輸入 AT89C51 單片機7407 緩沖器LED 數(shù)碼顯示圖 3-1 數(shù)字頻率計方框圖 3.2 數(shù)字頻率計的主機電路設計ATC89C51可以完成 ISP 在線編程功能，ATC89C51 內部有 EEPROM，可以在程序中修改，斷電不丟失。還增加了兩級中斷優(yōu)先級，STC 推出的系列 51 單片機芯片是全面兼容其它 51 單片機的，而且 51 單片機是主流大軍。189C51 芯片介紹許多由關硬件設計中都使用到單片機 89C51，其功能7比以往的單片機強大的多。89C51 引腳圖如圖 3-2 所示。7407 緩沖器電子信息工程畢業(yè)論文5圖 3-2 89C51 引腳圖芯片引腳功能：主電源引腳 Vcc 和 VssVcc（40 腳）：接5V 電壓；Vss（20 腳）：接地。89C51 晶振接法如圖 3-3。圖 3-3 89C51 晶振接法圖選用 6MHz 頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率為 250kHz。電容的大小范圍為 20pF40pF，本設計選用 30pF 電容。2單片機復位狀態(tài)單片機的復位