數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)

1、數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)摘 要:本文頻率計(jì)的設(shè)計(jì)是以單片機(jī)stc12c5a60s2為核心實(shí)現(xiàn)的簡易頻率計(jì)。設(shè)計(jì)中通過stc12c5a60s2內(nèi)部存儲(chǔ)程序進(jìn)行捕獲，應(yīng)用單片機(jī)的數(shù)學(xué)運(yùn)算和控制功能輸出所測(cè)頻率值，并顯示于lcd1602。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示，實(shí)現(xiàn)可視的計(jì)數(shù)功能。關(guān)鍵詞: 頻率測(cè)量；單片機(jī)；頻率計(jì)中圖分類號(hào): :tn7 the design of the digital frequency mmeterabstract :this frequency meter design based on single chip micro computer stc12c5a60s2 as th

2、e core implementation of simple frequency meter. to capture through stc12c5a60s2 internal storage procedures , in the design of mcu application , mathematics calculation and control function output measured frequency values , and display in the lcd1602. the measured data show that the whole process

3、of realizing visual counting function.keywords:keywords: measurement of frequency；microcontroller；cymometer 2目 錄1.前言 .12.方案介紹 .12.1 頻率測(cè)量原理.12.2 方案設(shè)計(jì).43.實(shí)驗(yàn)部分 .53.1 系統(tǒng)供電模塊.63.2 電壓比較模塊.63.3 數(shù)字顯示模塊.83.4 主控模塊.93.5 stc12c5a60s2 芯片介紹 .103.6 pwm 模塊 .123.7 顯示模塊.134.總結(jié) .155.致謝 .196.參考文獻(xiàn) .207.附錄 .21湖北師范學(xué)院物理與電子

4、科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）1數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)1前言在電子和通訊系統(tǒng)工作中，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，測(cè)量頻率是電子測(cè)量技術(shù)中最常見的測(cè)量之一。不少物理量的測(cè)量,如時(shí)間、速度等都涉及到或本身可轉(zhuǎn)化為頻率的測(cè)量。目前,市場(chǎng)上有各種多功能、高精度、高頻率的數(shù)字頻率計(jì),但價(jià)格不菲。而在實(shí)際工程中,并不是對(duì)所有信號(hào)的頻率測(cè)量都要求達(dá)到非常高的精度。因此，頻率的測(cè)量就顯得更為重要。測(cè)量頻率的方法有多種，其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。以往的大多數(shù)傳統(tǒng)數(shù)字頻

5、率計(jì)一般由分離元件搭接而成,其測(cè)量范圍、測(cè)量精度和測(cè)量速度都受到很大的限制。雖然單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用改善了這一缺陷,但由于單片機(jī)本身也受到工作頻率及內(nèi)部計(jì)數(shù)器位數(shù)等因素的是在低頻段利用測(cè)周的方法，而高頻段利用測(cè)頻的方法，其精度往往會(huì)隨著被測(cè)頻率的下降而下降限制,所以無法在此領(lǐng)域取得突破性的進(jìn)展。本文詳細(xì)論述了簡易頻率計(jì)的硬件電路的組成和單片機(jī)的軟件控制流程。其中硬件電路包括輸入信號(hào)電壓比較模塊，顯示模塊以及單片機(jī)主控模塊。測(cè)量范圍在 010khz，可以用 lcd 液晶顯示，并能測(cè)量方波、三角波及正弦波等多種波形。2方案介紹 該部分主要闡述測(cè)頻原理及實(shí)現(xiàn)的方案。2.1 頻率測(cè)量原理測(cè)量頻率的原理簡

6、單來說就是“在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)”。圖2.1說明了測(cè)頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）2圖2.1 測(cè)頻原理在圖 2.1 中假設(shè)時(shí)基信號(hào)為 1khz，則用此法測(cè)得的待測(cè)信號(hào)為1khz*70=70khz。但從圖中可以看出，待測(cè)信號(hào)應(yīng)該在 77khz 左右，誤差約有7/77=9.1%。這個(gè)誤差是比較大的，實(shí)際上，測(cè)量的脈沖個(gè)數(shù)的誤差會(huì)在1 之間。假設(shè)所測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)為 n，則所測(cè)頻率的最大誤差為 =1/(n-1)*100%。顯然，減少誤差的方法，就是增大 n。本頻率要求誤差在 0.01%以下，則 n 應(yīng)大于 10000。通過計(jì)算，從表

7、 2.1 中可以看出，對(duì) 10khz 以下的信號(hào)用測(cè)頻法，反應(yīng)時(shí)間長于或等于 10s，特別在低頻信號(hào)。在低頻的時(shí)候，為了測(cè)出精確的頻率值，要等上 3 個(gè)小時(shí)，顯然這是不可行的。由此可以得出一個(gè)初步結(jié)論：測(cè)頻法只適合于測(cè)高頻信號(hào)1。表 2.1 待測(cè)信號(hào)與時(shí)基信號(hào)的關(guān)系待測(cè)信號(hào)時(shí)基信號(hào)可行性1mhz10mhz100hz100khz1mhz10hz10khz100khz1hz可行1khz10khz0.1hz(10s)100hz1khz0.01hz(100s)10hz-100hz0.001hz(1000s)1hz-10hz0.0001hz(10000s)不可行測(cè)量周期法一般來說就是“在被測(cè)信號(hào)周期時(shí)間

8、內(nèi)對(duì)某一基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行計(jì)湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）3數(shù)” 。圖 2.1 說明了測(cè)周期的原理及誤差的產(chǎn)生的原因。圖 2.2 測(cè)周期原理圖 2.2 跟圖 2.1 的差別，僅僅是待測(cè)信號(hào)與時(shí)基信號(hào)的位置顛倒了。事實(shí)上，測(cè)頻和測(cè)周的唯一區(qū)別就在于，“計(jì)數(shù)的”究竟是待測(cè)信號(hào)還是系統(tǒng)提供的時(shí)基脈沖。以圖 2.2 為例，假設(shè)基準(zhǔn)脈沖為 1ms，在一個(gè)待測(cè)信號(hào)周期內(nèi)計(jì)到 7 個(gè)基準(zhǔn)脈沖，則測(cè)得的待測(cè)信號(hào)周期為 70ms。與測(cè)頻一樣，此法也存在誤差，而最大誤差也同樣為 =1/(n-1)*100%。若要求測(cè)量誤差在 0.01%以下，則n 也必須大于 10000。表 2.2 是測(cè)

9、周期時(shí)待測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)脈沖的關(guān)系表，如表 2.2所示。表 2.2 待測(cè)信號(hào)與時(shí)基信號(hào)的關(guān)系待測(cè)信號(hào)時(shí)基信號(hào)可行性1mhz10mhz100000hz100khz1mhz10000hz10khz100khz1000hz可行1khz10khz100mhz100hz1khz10mhz10hz-100hz1mhz1hz-10hz100hz(10000s)不可行從表 2.2 可以得出另一個(gè)結(jié)論:測(cè)周法適合低頻率信號(hào)的測(cè)量，而對(duì)高頻信號(hào)無能為力。所以應(yīng)當(dāng)結(jié)合測(cè)頻法和測(cè)周法,高頻時(shí)采用測(cè)頻法，通過計(jì)算t=1/f 得到周期；低頻時(shí)采用測(cè)周法，通過計(jì)算 f=1/t 得到頻率2。湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 201

10、3 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）4測(cè)脈寬和占空比的原理和測(cè)周期的原理基本相同。測(cè)脈沖寬度,只測(cè)信號(hào)為高電平時(shí)的時(shí)間長度；而測(cè)占空比，則要記錄下信號(hào)在高低電平時(shí)的各自的時(shí)間長度，然后再進(jìn)行計(jì)算。2.2 方案設(shè)計(jì) 頻率測(cè)量在科技研究和實(shí)際應(yīng)用中的作用日益重要。傳統(tǒng)的頻率計(jì)通常采用組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，產(chǎn)品不但體積較大，運(yùn)行速度慢，而且測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)宜直接使用。頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)、易于傳輸，可以獲得較高的測(cè)量精度。同時(shí)，頻率測(cè)量方法的優(yōu)化也越來越受到重視3。 本方案主要以單片機(jī)為核心，將待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)輸入單片機(jī)。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)。編寫相應(yīng)的程序可

11、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。一般的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)中使被測(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這一過程，但是在該設(shè)計(jì)中，由于 lm393 芯片的使用，使這一過程簡化。整個(gè)設(shè)計(jì)的硬件原理非常簡單，主要有三個(gè)功能模塊。后面會(huì)詳細(xì)介紹各個(gè)硬件功能模塊，并對(duì)主要的芯片有所闡述。a/d 轉(zhuǎn)換信號(hào)捕獲 數(shù)據(jù)計(jì)算 以及 轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)供電頻率顯示待測(cè)信號(hào)圖 2.3 硬件原理方框圖湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）53.實(shí)驗(yàn)部分該設(shè)計(jì)詳細(xì)論述了硬件電路的組成和單片機(jī)的軟件控制流程。其中硬件電路

12、包括輸入信號(hào)整形模塊，顯示模塊以及單片機(jī)主控模塊。設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為核心，被測(cè)信號(hào)經(jīng) lm393 輸出為方波；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)；編寫相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)計(jì)算和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并把測(cè)出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。單片機(jī)軟件用 c 語言編寫，軟件模塊對(duì)應(yīng)于硬件電路的每一個(gè)部分，還包括部分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算和轉(zhuǎn)換模塊。數(shù)字頻率計(jì)原理圖是用 altium designer 繪制的。altium designer 是原protel 軟件開發(fā)商 altium 公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、pcb 繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)

13、輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高4。在此設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省時(shí)間，只用 altium designer 繪制了電路原理圖，頻率計(jì)實(shí)物是在面包板上焊成的，而省去了打烊 pcb 板等其他步驟。gndpca32148u2alm393r410kr510kvccgndvccp1.0/t21p1.1/t2ex2p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr1

14、6p3.7/rd17xtal218xtal119vss20p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ale30ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039vcc40u8stc12c5a60s222pc2722pc2822.1184my1r1810kvccp01p02p03p04p05p06p07p00p21p22p23p24p25p26p2

15、7p20p10p12p13pcap15p16p17gndale/p45gndp30p31p32p33p34p35p36p37gndvcc123456789r144.7kx8p11p46p44gnd0.1ufc25vccp20p21vccp17p00p01p02p03p04p05p06p07led+15lcd_gnd1lcd_vcc2led-16lcd_vo3lcd_e6lcd_rs4lcd_rw5lcd_d07lcd_d18lcd_d29lcd_d310lcd_d411lcd_d512lcd_d613lcd_d714p6lcd16020.1ufc26gndr31kvcc1led1in13out

16、2gndu3 lm7805220ufc70.1ufc6gndgnd120bnc1gnd信信信信信信2.5v信信信信信信信信2.5v220ufc4d11n40070.1ufc512vj1pwr2.5r2020kr21 1kgndr222kr231kgnd圖 3.1 原理圖湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）63.1 系統(tǒng)供電模塊該設(shè)計(jì)的供電單元主要由 lm7805 芯片控制實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)中的供電模塊主要是輸入源電壓經(jīng) lm7805 得到一個(gè) 5v 電壓的輸出來給整個(gè)系統(tǒng)供電，此時(shí)顯示燈led1 會(huì)發(fā)光；若 j1 未通電，則 led1 處于熄滅狀態(tài)。r31kvcc1led1

17、in13out2gndu3 lm7805220ufc70.1ufc6gnd220ufc4d11n40070.1ufc512vj1pwr2.5圖 3.2 系統(tǒng)供電模塊x78xx 是三端正電源穩(wěn)壓電路，它有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于 1.5a 的輸出電流。雖然是按照固定電壓值來設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷?，就能獲得不同的電壓和電流5。特點(diǎn)：*最大輸出電流為 1.5a *輸出電壓為 5v,6v,8v,9v,10v,12v,15v,18v,24v*熱過載保護(hù)*短路

18、保護(hù)*輸出晶體管安全工作區(qū)保護(hù)lm7805 是一種輸出 5v 電壓的三端正電源穩(wěn)壓芯片。3.2 電壓比較模塊待測(cè)信號(hào)經(jīng) lm393 轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，該信號(hào)直接輸入單片機(jī)。該模塊主要是實(shí)現(xiàn)待測(cè)信號(hào)的 a/d 轉(zhuǎn)換。湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）7gndpca32148u2alm393r410kr510kvccgndvccgnd120bnc1gnd信信信信信信2.5v信信信信信信信信2.5vr222k圖 3.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路圖lm393 是由兩個(gè)獨(dú)立的、高精度電壓比較器組成的集成電路，失調(diào)電壓低，最大為 2.0mv。它專為獲得寬電壓范圍、單電源供電而設(shè)計(jì)，也可

19、以以雙電源供電；而且無論電源電壓大小電源消耗的電流都很低。它還有一個(gè)特性：即使是單電源供電，比較器的共模輸入電壓范圍接近地電平。lm393 主要應(yīng)用于限幅器、簡單的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、脈沖發(fā)生器、方波發(fā)生器、延時(shí)發(fā)生器等。該設(shè)計(jì)中用到的 lm393 主要應(yīng)用于簡單的模/數(shù)轉(zhuǎn)換。圖 3.4 lm393 功能圖湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）83.3 數(shù)字顯示模塊該功能模塊主要由 lcd1602 液晶顯示所測(cè)信號(hào)頻率。p20p21vccp17p00p01p02p03p04p05p06p07led+15lcd_gnd1lcd_vcc2led-16lcd_vo3lcd_e6l

20、cd_rs4lcd_rw5lcd_d07lcd_d18lcd_d29lcd_d310lcd_d411lcd_d512lcd_d613lcd_d714p6lcd16020.1ufc26gndr231kgnd圖 3.5 數(shù)字顯示模塊液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行 16 字，2 行 16 字，2 行 20 字等。我們這里用到的是 2 行 16 字的液晶。這里介紹常用的字 16 字 x2 行的字符型液晶模塊的使用方法。這是一種通用模塊。與數(shù)碼管相比該液晶顯示屏有

21、如下優(yōu)點(diǎn)：1.位數(shù)多，可顯示 32 位，32 個(gè)數(shù)碼管體積相當(dāng)龐大了；2.顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫字母；3.程序簡單，如果用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，會(huì)占用很多時(shí)間來刷新顯示，而1602 自動(dòng)完成此功能。湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）9圖 3.6 頻率計(jì)實(shí)物圖lcd1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中，第 3 腳 v0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10k 的電位器調(diào)整對(duì)比度6。在該設(shè)計(jì)中，v0通過一個(gè) 1k 的電阻接地，避免了“鬼影”的發(fā)生。圖 3.6 中方框中的

22、部分即lcd1602 液晶屏。3.4 主控模塊湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）10該主控模塊是由單片機(jī) stc12c5a60s2 來實(shí)現(xiàn)的。經(jīng) lm393 輸入的數(shù)字信號(hào)經(jīng)單片機(jī)分頻、捕獲、計(jì)數(shù)、轉(zhuǎn)換，輸出顯示所測(cè)頻率。p1.0/t21p1.1/t2ex2p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr16p3.7/rd17xtal218xtal119vss20p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1

23、023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ale30ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039vcc40u8stc12c5a60s222pc2722pc2822.1184my1r1810kvccp01p02p03p04p05p06p07p00p21p22p23p24p25p26p27p20p10p12p13pcap15p16p17gndale/p45gndp30p31p32p33p34p

24、35p36p37gndvcc123456789r144.7kx8p11p46p44gnd0.1ufc25vccr2020kr21 1kgnd圖 3.7 主控模塊3.5 stc12c5a60s2芯片介紹stc12c5a60s2系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1t)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12 倍。內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路,2路pwm,8路高速10位a/d轉(zhuǎn)換(250k/s，即25萬次/秒),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合7。主要特點(diǎn)：1.增強(qiáng)型 8051 cpu，1t，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳

25、統(tǒng)8051；湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）112. isp（在系統(tǒng)可編程）/ iap（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；3. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部r/c振蕩器(溫漂為5% 到10% 以內(nèi)) 用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部r/c 振蕩器還是外部晶體/ 時(shí)鐘。常溫下內(nèi)部r/c振蕩器頻率：5.0v 單片機(jī)為11mhz 17mhz；精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)；4. 共4個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)

26、數(shù)器，16位定時(shí)器t0和t1，沒有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路pca模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器；5. 3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由t0的溢出在p3.4/t0輸出時(shí)鐘，可由t1的溢出在p3.5/t1輸出時(shí)鐘，獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在p1.0口輸出時(shí)鐘；6. pwm(2路）/ pca（可編程計(jì)數(shù)器陣列，2路）- 也可用來當(dāng)2路d/a使用- 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器- 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持)；7. a/d轉(zhuǎn)換, 10位精度adc，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250k/s(每秒鐘25萬次)；8. stc12c5a60s2系列有雙串口

27、，后綴有s2標(biāo)志的才有雙串口，rxd2/p1.2(可通過寄存器設(shè)置到p4.2)，txd2/p1.3(可通過寄存器設(shè)置到p4.3)；stc12c5a60s2單片機(jī)中包含中央處理器(cpu)、程序存儲(chǔ)器(flash)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(sram)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、uart串口、串口2、i/o接口、高速a/d轉(zhuǎn)換、spi接口、pca、看門狗及片內(nèi)r/c振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。stc12c5a60s2系列單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）12塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。keil uvision是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中最優(yōu)秀的

28、軟件之一，它支持眾多不同公司的mcs51架構(gòu)的芯片，甚至arm，它集編輯，編譯，仿真等于一體，它的界面和常用的微軟vc+的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。該數(shù)字頻率計(jì)的軟件控制程序就是用keil uvision4編譯的。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊，信號(hào)頻率測(cè)量模塊和顯示模塊等模塊組成。流程圖如圖3.8所示。系統(tǒng)初始化 開始 頻率測(cè)量 檢測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)測(cè)頻率值測(cè)量數(shù)據(jù)顯示信號(hào)轉(zhuǎn)換yn 圖3.8 軟件流程圖3.6 pwm模塊脈寬調(diào)制（pwm）基本原理：其控制方式就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆

29、學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）13行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。當(dāng)然我們上面所說的pwm只是一種控制過程，與我們所要論述的pwm功能模塊還是有差異的。stc12c5a60s2系列單片機(jī)集成了兩路可編程計(jì)數(shù)器陣列（pca）模塊，課用于軟件定時(shí)器、外部脈沖的捕捉、高速輸出以及脈寬調(diào)制（pwm）的輸出。與pca/pwm應(yīng)用有關(guān)的特殊功能寄存器有工作模式寄存器cmod、控制寄存

30、器ccon、比較/捕獲寄存器ccapm0和ccapm1等。當(dāng)pca模塊用于捕獲或比較時(shí)，它們用于保存各個(gè)模塊的捕捉計(jì)數(shù)值；當(dāng)pca模塊用于pwm模式時(shí)，它們用來控制輸出的占空比。此部分工作流程圖如圖3.9所示。湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）14pca 初始化記錄當(dāng)前捕獲值記錄溢出次數(shù)記錄下次捕獲值求出捕獲時(shí)間 t計(jì)算頻率 f=1/t圖3.9 單片機(jī)測(cè)頻軟件流程圖3.7 顯示模塊開機(jī)時(shí)屏上顯示fre: 00000 hz，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，該部分程序先檢測(cè)再輸出測(cè)試頻率。湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）15圖 3.10 開機(jī)狀態(tài)圖 3

31、.11 待測(cè)頻率為 1khz 時(shí)的演示截圖圖 3.12 頻率計(jì)上電狀態(tài)湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）164總結(jié)經(jīng)過這一段時(shí)間的緊張籌備，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算落下了帷幕。其間，我亦遇到許多問題，諸如最終方案的選擇，整個(gè)系統(tǒng)核心模塊計(jì)數(shù)過程的實(shí)現(xiàn)，時(shí)鐘頻率的設(shè)定，但在查閱了相關(guān)資料及與導(dǎo)師溝通后，我逐步地不斷完善頻率計(jì)的原理框圖，并完成了整個(gè)軟件程序的編譯仿真及實(shí)物的焊接調(diào)試，最終得到了我想要的實(shí)驗(yàn)效果。經(jīng)過對(duì)結(jié)果的分析，此次設(shè)計(jì)基本符合設(shè)計(jì)要求。在整個(gè)過程中，從相關(guān)資料的收集到硬件語言的學(xué)習(xí)，我都受益良多?；拘纬闪藢?duì)于完成一個(gè)功能較完善系統(tǒng)的方案確定、分析實(shí)現(xiàn)的大體方

32、法。進(jìn)一步熟悉并掌握了用 keil 編譯程序的一般過程。但是還存在一定的不足，即測(cè)頻范圍有一定的局限性，而且待測(cè)頻率越低精度越低。本次設(shè)計(jì)只是自己在學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)后的自我研究，在各方面可能還存在欠缺。而目前，對(duì)于頻率測(cè)量方面的研究已相對(duì)成熟，已基本能滿足各種不同的需求。并且通過這次的實(shí)踐操作，更加地明白了 keil 技術(shù)極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，也說明了 keil 技術(shù)對(duì)于我們專業(yè)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)掌握的重要性。在測(cè)頻率時(shí)一定要設(shè)置頻率偏移量為 2.5v。下面是頻率計(jì)實(shí)物及測(cè)頻率時(shí)信號(hào)幅值設(shè)置為 5v 的現(xiàn)象演示。圖 4.1 實(shí)物圖湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院

33、2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）17 圖4.2 輸入信號(hào)與顯示信號(hào)（1khz）圖 4.3 輸入信號(hào)與顯示信號(hào)（20hz）湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）18圖 4.4 輸入信號(hào)與顯示信號(hào)（1hz）誤差分析：在待測(cè)頻率精確到 0.1 或更高精度輸入時(shí)，輸出數(shù)據(jù)采用進(jìn)一制方式輸出。如圖 4.5 所示。圖 4.5 待測(cè)頻率為 1000.1hz/1000.9hz 時(shí)的演示截圖圖 4.5 中的測(cè)頻率誤差：湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）191=(1000.1-1000)/1000*100%=0.1%2=(1000.9-1000)/1000*

34、100%=0.9%當(dāng)輸入頻率趨近于 1001hz 時(shí)，誤差趨近于 1% .故頻率為 1000h1001hz 時(shí)，誤差 1% .上面討論的只是頻率較大時(shí)的情況，按照上述方法，當(dāng)待測(cè)頻率很小而且頻率值帶有非零小數(shù)位時(shí)，誤差是非常大的。湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）205.致謝時(shí)光荏苒，如白駒過隙，大學(xué)生涯已接近尾聲。在這四年的在校學(xué)習(xí)生活里，能得到老師的諄諄教誨，同學(xué)的支持鼓勵(lì)，讓我不斷地進(jìn)步成長，確實(shí)獲益頗多。這學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)也已經(jīng)落下帷幕。在大學(xué)的這段求學(xué)經(jīng)歷中，我完成了本科階段的學(xué)習(xí)，并按時(shí)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)及論文。在此，我對(duì)于一路走來那些熱忱幫助、支持我的老師

35、及同學(xué)表示衷心的感謝！ 首先，我最衷心地感謝我的指導(dǎo)老師張學(xué)文老師。張學(xué)文老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易隨和的處事風(fēng)格、深厚豐富的專業(yè)知識(shí)及對(duì)工作孜孜不倦的追求使我不僅在對(duì)知識(shí)的理論認(rèn)識(shí)上加深理解，而且也有助于我對(duì)所學(xué)知識(shí)的靈活運(yùn)用。此外，從張學(xué)文老師言傳身教中掌握的對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)方法上也令我受益終生。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，從頻率計(jì)電路的設(shè)計(jì)到硬件語言的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)方案的確定及實(shí)物調(diào)試的完成都得到了指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，并且對(duì)于論文的整理及詳細(xì)審稿、最終定稿都傾注了張學(xué)文老師的辛勤汗水。然后，感謝我的同學(xué)和朋友在學(xué)習(xí)和生活上給予我的支持和幫助。大家能夠相聚在湖師，成為一個(gè)學(xué)院的同學(xué)，共同度過人生中最美好而

36、短暫的四年，相互扶持，共同進(jìn)步。在相互溝通交流的過程中，感受著來自不同文化背景下的個(gè)人魅力，時(shí)刻激勵(lì)著我不斷向前努力。同樣，也十分感謝電工電子實(shí)驗(yàn)室及各位老師，能夠提倡如此之好的學(xué)術(shù)氛圍。在這重要的四年里，我在這一片沃土上，不斷的汲取知識(shí)的養(yǎng)分，充實(shí)自己。而且在這濃郁的人文環(huán)境下，塑造了我正確科學(xué)的人生觀、價(jià)值觀。在學(xué)校里獲得的這些寶貴的財(cái)富，為我走進(jìn)社會(huì)成為一名優(yōu)秀的青年打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最后，我非常地感謝我的父母。他們幾十年如一日，無怨無悔地為我付出著。對(duì)于我的成長他們嘔心瀝血，傾注了太多的辛酸。在我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，他們依然一如既往地支持著我，時(shí)刻在精神和生活上鼓勵(lì)著我，從而使我的論文能

37、夠順利地完成。還要感謝所有關(guān)心我、幫助我、支持我，但這里還沒有提及的人們，謝謝你們！所有的這些鼓勵(lì)和支持都將在我以后的人生道路上給予我莫大的激勵(lì)，使我更加有信心與動(dòng)力書寫自己美好的人生，不斷地挑戰(zhàn)自我、追求卓越、創(chuàng)造輝煌。湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）216參考文獻(xiàn)1 彭琦.模擬電路分析基礎(chǔ) m.湖北： 湖北科學(xué)技術(shù)出版社,2011.7 2 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.(p1-p20)3牛曉弟，馬洪濤，高志勇.數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì).電腦開發(fā)與應(yīng)用.2009.4楊欣，王玉鳳，劉湘黔基于 multisim8 和 protel

38、 2004 電路統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真m 北京：清華大學(xué)出版社，2008(p15-p116)5低功率低失調(diào)電壓雙比較器.海納電子資訊網(wǎng)：www.fpga-.6lcd1602介紹.http:/ stc12c5a60s2系列單片機(jī)器件手冊(cè).宏晶stc官方網(wǎng)站www.stcmcu.com. 2011.2.湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）17.附錄程序1、主程序void main() pwm_init(); /pwm 初始化lcd_init(); /160 液晶初始化timer0_init();ea = 1;/開總中斷 while (1)ds50ms_cnt();ds1min_c

39、nt();2、pwm/*pwm 初始化函數(shù)*/void pwm_init(void) ccon = 0;/initial pca control register /pca timer stop running /clear cf flag /clear all module interrupt flag cl = 0;/reset pca base timer ch = 0; cmod = 0x03;/模塊 1 做 pca 捕獲測(cè)速用 湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）2 ccap1l = 0; ccap1h = 0; ccapm1 = 0 x21; /pca

40、模塊 0 為 16 位捕獲模式(上升沿捕獲,可測(cè)從高電平開始的整個(gè)周期),且產(chǎn)生捕獲中斷 cr = 1; /pca 定時(shí)器開始工作/*pwm 脈沖占空比調(diào)節(jié)函數(shù)*/轉(zhuǎn)速處理函數(shù)/void pca_pro(void)float m;m = capture_period*1.0/65535; /前后捕獲值，轉(zhuǎn)換成溢出中斷m = m + capture_pca;/總溢出中斷if( m = 0.0 ) fre = 0;else m = m * 5925.93;fre = 1000000.0/m + 1; /頻率，一秒的轉(zhuǎn)數(shù) /*中斷服務(wù)函數(shù)*/void pca_routine(void) interr

41、upt 7 using 1static unsigned int current_capture_value, previous_capture_value ;static unsigned int current_pca, previous_pca;if ( cf = 1 ) /定時(shí)器溢出中斷到湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）3cf=0; /清零中斷標(biāo)志位current_pca+; /定時(shí)器溢出次數(shù)+if (ccf1 = 1 ) ccf1=0; /清零中斷標(biāo)志位；current_capture_value = ccap1h*256+ccap1l;capture

42、_pca = current_pca - previous_pca; previous_pca = current_pca;capture_period = current_capture_value - previous_capture_value; if(current_capture_valueprevious_capture_value) capture_pca-;previous_capture_value = current_capture_value;3、lcd1602/*測(cè)試 lcd 忙碌狀態(tài) */b busy(void)b t;rs=0;rw=1;ep=1;delay5ms();t=(b)(lcd_data&0 x80);/測(cè)試是否忙碌湖北師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 2013 屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）4ep=0;return t;/*寫指令到 lcd */void write_co