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(jiǎn)易頻率計(jì)。設(shè)計(jì) 中通過(guò)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(guò)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 mmeter abstract :this frequency meter design based on single chip micro computer stc12c5a60s

2、2 as the 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 p

3、rocess of realizing visual counting function. keywords:keywords: measurement of frequency；microcontroller；cymometer 目 錄 1.前言 .1 2.方案介紹 .1 2.1 頻率測(cè)量原理.1 2.2 方案設(shè)計(jì).4 3.實(shí)驗(yàn)部分 .5 3.1 系統(tǒng)供電模塊.6 3.2 電壓比較模塊.6 3.3 數(shù)字顯示模塊.8 3.4 主控模塊.9 3.5 stc12c5a60s2 芯片介紹 .10 3.6 pwm 模塊 .12 3.7 顯示模塊.13 4.總結(jié) .15 5.致謝 .19 6.參考文獻(xiàn)

4、.20 7.附錄 .21 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(jiàn)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(guò)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(wú)法在此領(lǐng)域取得突破性的進(jìn)展。 本文詳細(xì)論述了簡(jiǎn)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

6、原理 測(cè)量頻率的原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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(shuō)明了測(cè)頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。 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(guò)計(jì)算，從表 2.1 中可以看出，對(duì) 1

7、0khz 以下的信號(hào)用測(cè)頻法， 反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)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 1mhz10mhz100hz 100khz1mhz10hz 10khz100khz1hz 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(lái)說(shuō)就是“在被測(cè)信號(hào)周期時(shí)

8、間內(nèi)對(duì)某一基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行計(jì) 數(shù)” 。圖 2.1 說(shuō)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)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

9、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 1mhz10mhz100000hz 100khz1mhz10000hz 10khz100khz1000hz 可行 1khz10khz100mhz 100hz1khz10mhz 10hz-100hz1mhz 1hz-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(wú)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(guò)計(jì)算 t=1/f 得到周期；低頻時(shí)采用測(cè)周法，通過(guò)計(jì)算 f=1/t 得到頻率2。 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

10、,只測(cè)信號(hào)為 高電平時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)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(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。

11、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(guò)程，但是在該設(shè) 計(jì)中，由于 lm393 芯片的使用，使這一過(guò)程簡(jiǎn)化。 整個(gè)設(shè)計(jì)的硬件原理非常簡(jiǎn)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 3.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

12、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)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(yǔ)言編寫(xiě)，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(kāi)發(fā)商 altium 公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。這套軟件 通過(guò)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)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

13、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。 gnd pca 3 2 1 48 u2a lm393 r4 10k r5 10k vcc gndvcc p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6

14、/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 psen 29 ale 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vcc 40 u8 stc12c5a60s2 22p c27 22p c28 22.

15、1184m y1 r18 10k vcc p01 p02 p03 p04 p05 p06 p07 p00 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 p20 p10 p12 p13 pca p15 p16 p17gnd ale/p45 gnd p30 p31 p32 p33 p34 p35 p36 p37 gnd vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 r14 4.7kx8 p11 p46 p44 gnd 0.1uf c25 vcc p20 p21 vcc p17 p00 p01 p02 p03 p04 p05 p06 p07 led+ 15 lcd_gnd 1 lcd_vcc

16、 2 led- 16 lcd_vo 3 lcd_e 6 lcd_rs 4 lcd_rw 5 lcd_d0 7 lcd_d1 8 lcd_d2 9 lcd_d3 10 lcd_d4 11 lcd_d5 12 lcd_d6 13 lcd_d7 14 p6 lcd1602 0.1uf c26 gnd r3 1k vcc 1 led1 in 1 3 out 2 gnd u3 lm7805 220uf c7 0.1uf c6 gndgnd 1 2 0 bnc1 gnd 信信信信信信2.5v信 信信信信信信信2.5v 220uf c4 d1 1n4007 0.1uf c5 12v j1 pwr2.5 r2

17、0 20k r21 1k gnd r22 2k r231k gnd 圖 3.1 原理圖 3.1 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(lái)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)。 r3 1k vcc 1 led1 in 1 3 out 2 gnd u3 lm7805 220uf c7 0.1uf c6 gnd 220uf c4 d1 1n4007 0.1uf c5 12v j1 pwr2.5 圖 3.2 系統(tǒng)供電模塊 x78xx 是三端正電

18、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(guò)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(lái)設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷?，?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(guò)載保護(hù) *短路保護(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

19、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。 gnd pca 3 2 1 48 u2a lm393 r4 10k r5 10k vcc gndvcc gnd 1 2 0 bnc1 gnd 信信信信信信2.5v信 信信信信信信信2.5v r22 2k 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)，也可以以雙電源 供電；而且無(wú)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(jiǎn)單的模

20、/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(jiǎn)單的模/數(shù)轉(zhuǎn)換。 圖 3.4 lm393 功能圖 3.3 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。 p20 p21 vcc p17 p00 p01 p02 p03 p04 p05 p06 p07 led+ 15 lcd_gnd 1 lcd_vcc 2 led- 16 lcd_vo 3 lcd_e 6 lcd_rs 4 lcd_rw 5 lcd_d0 7 lcd_d1 8 lcd_d2 9 lcd_d3 10 lcd_d4 11 lcd_d5 12 lcd_d6 13 lcd

21、_d7 14 p6 lcd1602 0.1uf c26 gnd r231k gnd 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

22、大、小寫(xiě)字母； 3.程序簡(jiǎn)單，如果用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，會(huì)占用很多時(shí)間來(lái)刷新顯示，而 1602 自動(dòng)完成此功能。 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(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)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(guò)一個(gè) 1k 的電阻接地，避免了“鬼影”的發(fā)生。圖 3.6 中方框中的部分即 lcd1602 液晶屏。 3.4 主控模塊 該主控模塊是由單片機(jī) stc12c5a60s2 來(lái)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、

23、捕獲、計(jì)數(shù)、轉(zhuǎn)換，輸出顯示所測(cè)頻率。 p1.0/t2 1 p1.1/t2ex 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 vss 20 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 2

24、8 psen 29 ale 30 ea/vpp 31 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 vcc 40 u8 stc12c5a60s2 22p c27 22p c28 22.1184m y1 r18 10k vcc p01 p02 p03 p04 p05 p06 p07 p00 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 p20 p10 p12 p13 pca p15 p16 p17gnd ale/p45 gnd p30 p31

25、 p32 p33 p34 p35 p36 p37 gnd vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 r14 4.7kx8 p11 p46 p44 gnd 0.1uf c25 vcc r20 20k r21 1k gnd 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(wàn)次/秒),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干

26、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統(tǒng) 8051； 2. isp（在系統(tǒng)可編程）/ iap（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú) 需專用仿真器，可通過(guò)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)

27、16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器 t0和t1，沒(méi)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(lái)當(dāng)2路d/a使用 - 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器 - 也可用來(lái)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)250

28、k/s(每秒鐘25萬(wàn) 次)； 8. stc12c5a60s2系列有雙串口，后綴有s2標(biāo)志的才有雙串 口，rxd2/p1.2(可通過(guò)寄存器設(shè)置到p4.2)，txd2/p1.3(可通過(guò)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(mén)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 塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。 keil uvision是眾多單片機(jī)應(yīng)

29、用開(kāi)發(fā)軟件中最優(yōu)秀的軟件之一，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(kāi)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 y n 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(kāi)關(guān)器件的通斷

30、進(jìn) 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(lái)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(shuō)的pwm只是一種控制過(guò)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、控制寄存器c

31、con、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(lái)控制輸出的占空比。 此部分工作流程圖如圖3.9所示。 pca 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(kāi)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。 圖 3.10 開(kāi)機(jī)狀態(tài) 圖 3.11 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) 4總結(jié) 經(jīng)過(guò)這一段時(shí)間的緊張籌備，畢

32、業(yè)設(shè)計(jì)總算落下了帷幕。其間，我亦遇到 許多問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)程中，從相關(guān)資料的收集到硬件語(yǔ)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)的大體方法。進(jìn)一步熟悉并 掌握了用 keil 編譯程序的一般過(guò)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)

33、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(guò)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(shuō)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 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） 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

34、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： 1=(1000.1-1000)/1000*100%=0.1% 2=(1000.9-1000)/1000*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。 5.致謝 時(shí)光荏苒，如白駒過(guò)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

35、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(zhǎng)，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(lái) 那些熱忱幫助、支持我的老師及同學(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(yǔ)言的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)方 案的確

36、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(guò)人生中最美好而短暫的四年， 相互扶持，共同進(jìn)步。在相互溝通交流的過(guò)程中，感受著來(lái)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

37、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(wú)怨無(wú)悔地為我付出 著。對(duì)于我的成長(zhǎng)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(méi)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(shū)寫(xiě)自己美好的人生，不斷地挑戰(zhàn)自我、 追求卓越、創(chuàng)造輝煌。 6參考文獻(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

38、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(kāi)發(fā)與應(yīng)用.2009. 4楊欣，王玉鳳，劉湘黔基于 multisim8 和 protel 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:/ 7 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. 7.附錄 程序 1、主程序 void main() pwm_init(); /pwm 初始

39、化 lcd_init(); /160 液晶初始化 timer0_init(); ea = 1;/開(kāi)總中斷 while (1) ds50ms_cnt(); ds1min_cnt(); 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

40、 pca 捕獲測(cè)速用 ccap1l = 0; ccap1h = 0; ccapm1 = 0 x21; /pca 模塊 0 為 16 位捕獲模式(上升 沿捕獲,可測(cè)從高電平開(kāi)始的整個(gè)周期),且產(chǎn)生捕獲中斷 cr = 1; /pca 定時(shí)器開(kāi)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

41、= 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) interrupt 7 using 1 static 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 cf=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； curren

42、t_capture_value = ccap1h*256+ccap1l; capture_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/測(cè)試是否忙碌 ep=0; retu