基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)

西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試畢業(yè)論文1摘要本方案主要以單片機(jī)為核心，主要分為時(shí)基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計(jì)數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，被測(cè)信號(hào)先進(jìn)入信號(hào)放大電路進(jìn)行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測(cè)的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的功能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。編寫(xiě)相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量的量程，并把測(cè)出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。本設(shè)計(jì)以 89C51 單片機(jī)為核心，應(yīng)用單片機(jī)的算術(shù)運(yùn)算和控制功能并采用 LED數(shù)碼顯示管將所測(cè)頻率顯示出來(lái)。系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、操作簡(jiǎn)易，能基本滿足一般情況下的需要。既保證了系統(tǒng)的測(cè)頻精度，又使系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性。本頻率計(jì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，便于攜帶，擴(kuò)展能力強(qiáng)，適用范圍廣。關(guān)鍵詞單片機(jī)：運(yùn)算；頻率計(jì)；LED 數(shù)碼管西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)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(xué)高等教育自學(xué)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(jì)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 .2第二章 數(shù)字頻率計(jì)總體方案設(shè)計(jì) .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(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .53.1 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)框架 .53.2 數(shù)字頻率計(jì)的主機(jī)電路設(shè)計(jì) .53.3數(shù)字頻率計(jì)的信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì) .83.4數(shù)字頻率計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì) .93.5數(shù)字頻率計(jì)的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì) .123.6數(shù)字頻率計(jì)電源模塊的設(shè)計(jì) .15第四章 數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .164.1 軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃 .164.1.1信號(hào)處理 .164.1.2中斷控制 .164.2.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 .174.2.2定時(shí)工作方式 0.184.3程序流程圖設(shè)計(jì) .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(jì)的仿真調(diào)試 .22參考文獻(xiàn) .23致 謝 .24附錄（程序） .25附錄：數(shù)字頻率計(jì)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(cè)量領(lǐng)域中，頻率測(cè)量的精確度是最高的，可達(dá) 1010E-13 數(shù)量級(jí)。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH 值、振動(dòng)、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(zhuǎn)換成信號(hào)頻率，然后用數(shù)字頻率計(jì)來(lái)測(cè)量，以提高精確度。 國(guó)際上數(shù)字頻率計(jì)的分類很多。按功能分類，測(cè)量某種單一功能的計(jì)數(shù)器。如頻率計(jì)數(shù)器，只能專門用來(lái)測(cè)量高頻和微波頻率；時(shí)間計(jì)數(shù)器，是以測(cè)量時(shí)間為基礎(chǔ)的計(jì)數(shù)器，其測(cè)時(shí)分辨力和準(zhǔn)確度很高，可達(dá) ns 數(shù)量級(jí)；特種計(jì)數(shù)器，它具有特種功能，如可逆計(jì)數(shù)器、予置計(jì)數(shù)器、差值計(jì)數(shù)器、倒數(shù)計(jì)數(shù)器等，用于工業(yè)和白控技術(shù)等方面。數(shù)字頻率計(jì)按頻段分類 (1)低速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10MHz； (2)中速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率 10100MHz； (3)高速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率100MHz； (4)微波頻率計(jì)數(shù)器：測(cè)頻范圍 180GHz 或更高。單片機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應(yīng)用場(chǎng)合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，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(jí)計(jì)算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)的潛力越來(lái)越被人們所重視。特別是當(dāng)前用CMOS 工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)、能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)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(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門時(shí)間為 1 秒。閘門時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時(shí)間越長(zhǎng)則每測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門時(shí)間越短，測(cè)的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。1.2 課題研究的目的和意義單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)以其可靠性高、體積小、價(jià)格低、功能全等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于各種智能儀器中，這些智能儀器的操作在進(jìn)行儀器校核以及測(cè)量過(guò)程的控制中，達(dá)到了自動(dòng)化，傳統(tǒng)儀器面板上的開(kāi)關(guān)和旋鈕被鍵盤所代替，測(cè)試人員在測(cè)量時(shí)只需按需要的鍵，省掉很多煩瑣的人工調(diào)節(jié)，智能儀器通常能自動(dòng)選擇量程，自動(dòng)校準(zhǔn)。有的還能自動(dòng)調(diào)整測(cè)試點(diǎn)，這樣不僅方便了操作，也提高了測(cè)試精度。1.4 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求單片機(jī)控制的數(shù)字頻率計(jì)1.測(cè)頻范圍：10Hz10KHz。為保證測(cè)量精度分三個(gè)頻段10Hz100Hz，100Hz1KHz，1KHz10KHz，有超量程指示。2.輸入波形：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出方波，矩形波，幅度為 5V，能產(chǎn)生所需頻率的脈沖信號(hào)。3.測(cè)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(jì)總體方案設(shè)計(jì)2.1 方案比較方案一：本方案主要以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)定時(shí)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的計(jì)數(shù)并且利用單片機(jī)的動(dòng)態(tài)掃描法把測(cè)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(hào)放大電路信號(hào)整形單片機(jī)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(shí)基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計(jì)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(shí)基電路 放大整形電路閘門電路計(jì)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(jī)為核心，被測(cè)信號(hào)先進(jìn)入信號(hào)放大電路進(jìn)行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測(cè)的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的功能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。編寫(xiě)相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量的量程，并把測(cè)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(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)，其頻率與被側(cè)信號(hào)的頻率相同。同時(shí)時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，其高電平持續(xù)時(shí)間 1s，當(dāng) 1s 信號(hào)來(lái)到時(shí)，閘門開(kāi)通，被測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)閘門，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到 1s 信號(hào)結(jié)束閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。若在閘門時(shí)間 1s 內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為 N，則被測(cè)信號(hào)頻率 Fx = NHz。邏輯控制電路的作用有兩個(gè)：一是產(chǎn)生鎖存脈沖，是顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清零脈沖，使計(jì)數(shù)器每次測(cè)量從零開(kāi)始計(jì)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(jī)，使用的元器件少，原理電路簡(jiǎn)單，調(diào)試簡(jiǎn)單只要改變程序的設(shè)定值則可以實(shí)現(xiàn)不同頻率范圍的測(cè)試能自動(dòng)選擇測(cè)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(fù)雜，硬件調(diào)試麻煩。如要測(cè)量高頻的信號(hào)還需要加上分頻電路，價(jià)格相對(duì)高了點(diǎn)。基于上述比較，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(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)框架數(shù)字頻率計(jì)是一個(gè)將被測(cè)頻率顯示出來(lái)的計(jì)數(shù)裝置，它主要由單片機(jī)89C51 控制、7407、LED 顯示器、電源等組成。該系統(tǒng)的功能是將信號(hào)輸入P3.4 口，通過(guò)單片機(jī)程序控制，對(duì) LED 顯示器進(jìn)行段控和位控，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。在進(jìn)行有關(guān)電子技術(shù)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，會(huì)被經(jīng)常使用到。圖 3-1 為數(shù)字頻率計(jì)方案框圖。信號(hào)處理輸入 AT89C51 單片機(jī)7407 緩沖器LED 數(shù)碼顯示圖 3-1 數(shù)字頻率計(jì)方框圖 3.2 數(shù)字頻率計(jì)的主機(jī)電路設(shè)計(jì)ATC89C51可以完成 ISP 在線編程功能，ATC89C51 內(nèi)部有 EEPROM，可以在程序中修改，斷電不丟失。還增加了兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，STC 推出的系列 51 單片機(jī)芯片是全面兼容其它 51 單片機(jī)的，而且 51 單片機(jī)是主流大軍。189C51 芯片介紹許多由關(guān)硬件設(shè)計(jì)中都使用到單片機(jī) 89C51，其功能7比以往的單片機(jī)強(qiáng)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(shè)計(jì)選用 30pF 電容。2單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)單片機(jī)的復(fù)位