課程設(shè)計論文基于AT89S51單片機(jī)數(shù)字頻率計的設(shè)計

1、目錄第1章 緒 論第2章 數(shù)字頻率計數(shù)器測頻的基本原理第3章 頻率測量的技術(shù)指標(biāo)3.1 頻率準(zhǔn)確度3.2 頻率測量范圍3.3 數(shù)字顯示位數(shù)3.3 測量時間第4章 設(shè)計思路及方案4.1、設(shè)計方案的選擇4.2、計數(shù)法第5章 元件清單關(guān)鍵元器件的相關(guān)參數(shù)第6章 程序設(shè)計及代碼6.1 程序設(shè)計流程圖6.1.1 總程序流程方框圖6.1.2 子程序流程圖6.2 c語言程序第7章 protues仿真圖第八章 protel原理圖pcb板圖第九章 總結(jié)與分析一 緒 論 本次課題設(shè)計的主要任務(wù)是制作一個單片機(jī)數(shù)字頻率計進(jìn)行頻率的自動測量并用數(shù)碼管顯示被測信號的頻率，測頻范圍為1hz500khz。我的設(shè)計的思路是這

2、樣的，采用的是晶振為12mhz的at89s51單片機(jī)，首先利用該單片機(jī)的定時器/計數(shù)器t0作為定時器，使其工作在方式1，計算初值每50ms產(chǎn)生一次定時溢出中斷，最終定時1s=50ms*20,與此同時，我再利用單片機(jī)的定時器/計數(shù)器t1作為計數(shù)器，工作在方式1，對被測信號采集數(shù)據(jù)，對1s定時所采集的數(shù)據(jù)就為該信號的頻率，考慮到被測信號的多樣性，有方波，正弦波，三角波等等，而本次我設(shè)計的只是針對被測信號方波，而且它的精度為1hz，考慮到某些程序本身在運行時要用到一定的時間，故實際定時是大于1s，從而會產(chǎn)生一定的誤差，在被測信號為高頻方波時，這種誤差會表現(xiàn)地特別明顯，在設(shè)計過程中我盡量減少因程序本身

3、帶來的誤差，使的測量的結(jié)果盡可能的接近實際頻率。在程序設(shè)計時，用kell完成成*.hex文件，利用proteurs 7.1搭建好硬件后進(jìn)行仿真，調(diào)最后用protel繪制pcb板，做出實物，試程序，實現(xiàn)相應(yīng)功能。 實際應(yīng)用時，我們可以先將非方波的信號通過一些專用的器件進(jìn)行波形整形使其變成同頻率的方波，然后進(jìn)行測試，從而進(jìn)一步完善其功能。數(shù)字頻率計在通信領(lǐng)域中應(yīng)用的較廣，頻率計能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。在計量實驗室中，頻率計被用來對各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。在無線通訊測試中，頻率計既可以被用來對無線通訊基站

4、的主時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以被用來對無線電臺的跳頻信號和頻率調(diào)制信號進(jìn)行分析。二 數(shù)字頻率計數(shù)器測頻的基本原理數(shù)字頻率計是用十進(jìn)制來顯示被測信號頻率的一種測量裝置。所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔t內(nèi)測得這個周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)n，則頻率可以表示為：因此，數(shù)字頻率計的原理框圖如下圖所示：圖1 數(shù)字頻率計的原理框圖（1）首先脈沖形成電路進(jìn)行波形變換將被測信號變成頻率等于fx的脈沖信號（2）時基信號發(fā)生器提供標(biāo)準(zhǔn)的時間脈沖信號，若其周期為1s,則門控電路的輸出信號持續(xù)時間亦準(zhǔn)確的等于1s。（3）閘門電路有標(biāo)準(zhǔn)秒信號控制，當(dāng)秒信號到來時，閘門開通，被測脈沖信號通過

5、閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路。秒信號結(jié)束時閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。由于計數(shù)器記得的脈沖數(shù)n是在1秒時間內(nèi)的累計數(shù)，所以被測頻率fx=nhz。（4）邏輯控制單元的作用有兩個：其一，產(chǎn)生清”0”脈沖，是計數(shù)器每次從零開始計數(shù)；其二，產(chǎn)生鎖存信號，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定不變。（5）最后，將鎖存器中的數(shù)據(jù)送入譯碼顯示器即可實現(xiàn)頻率測量。三 頻率測量的技術(shù)指標(biāo)衡量一臺數(shù)字頻率計的主要技術(shù)指標(biāo)有：3.1 頻率準(zhǔn)確度 數(shù)字頻率計測量頻率時的測量誤差稱為頻率準(zhǔn)確度，常用相對誤差fx/fx來表示。分析表明：式中，1/（tfx）=n/n稱為量化誤差，是數(shù)字頻率計所特有的誤差。fc/fc=t/t 稱為閘門時間的相對誤差

6、，主要由基準(zhǔn)信號發(fā)生器提供的標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度所決定，fc/fc<<1/(tfx).3.2 頻率測量范圍 數(shù)字頻率計測量的最高頻率成為頻率測量范圍，主要由脈沖形成電路的頻率響應(yīng)決定。3.3 數(shù)字顯示位數(shù) 頻率計的數(shù)字顯示的位數(shù)決定了數(shù)字頻率計的分辨率。一般情況下，位數(shù)越多分辨率越高，當(dāng)然需要的計數(shù)譯碼器的位數(shù)也就越多。3.3 測量時間 數(shù)字頻率計完成一次測量所需的總時間稱為測量時間。若用t表示總測量時間，則 t=t1+t2+t3+t4式中，t1準(zhǔn)備時間，t2計數(shù)時間，t3鎖存時間，t4復(fù)位時間四 設(shè)計思路及方案4.1、常用設(shè)計方案信號的頻率就是信號在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，其表達(dá)

7、式為f=n/t，其中f為被測信號的頻率，n為技術(shù)其所累計的脈沖個數(shù)，t為產(chǎn)生n個脈沖所需的時間。技術(shù)其所記錄的結(jié)果，就是被測信號的頻率。如在1s內(nèi)記錄1000個脈沖，則被測信號的頻率為1000hz。測量頻率的基本方法有兩種：計數(shù)法和計時法，或稱測頻法和測周期法。4.2、計數(shù)法計數(shù)法是將被測信號通過一個定時閘門加到計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)的方法，如果閘門打開的時間為t，計數(shù)器得到的計數(shù)值為n1，則被測頻率為f=n1/t。改變時間t，則可改變測量頻率范圍。如圖4-1所示。計數(shù)值n1t被測信號標(biāo)準(zhǔn)閘門圖4-1測頻法測量原理 設(shè)在t期間，計數(shù)器的精確計數(shù)值應(yīng)為n,根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)特性可知，n1的絕對誤差是n1=

8、n+1,n1的相對誤差為n1=(n1-n)/n=1/n。由n1的相對誤差可知，n的數(shù)值愈大，相對誤差愈小，成反比關(guān)系。因此，在f以確定的條件下，為減少n的相對誤差，可通過增大t的方法來降低測量誤差。當(dāng)t為某確定值時（通常取1s），則有f1=n1,而f=n，故有f1的相對誤差：f1=(f1-f)/f=1/f 從上式可知f1的相對誤差與f成反比關(guān)系，即信號頻率越高，誤差越小；而信號頻率越低，則測量誤差越大。因此測頻法適合用于對高頻信號的測量，頻率越高，測量精度也越高。五 元件清單：1 共陰數(shù)碼管 62 極性電容1000uf 23 普通電容 104ufx2 30pfx2 20pfx24 in4004

9、二極管 45 穩(wěn)壓塊7805 16 12m晶振 17 9腳10k電阻排 18 按鍵 29 at89s51 110 74ls373 111 74ls138 112 電阻50歐姆x15 10kx3 六 protel原理圖七 pcb板圖 ：八 protues仿真圖： 九 程序.1 程序設(shè)計流程圖總程序流程方框圖圖6.1.1 總程序流程圖 子程序流程圖 程序：#include<reg51.h>#include<absacc.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char#define ulong unsigned long

10、#define weixuan p2#define duanxuan p0uchar disdata5;sbit f=p37;uchar t11=0x00,t12=0x00,t13=0x00,times=20;/* 7seg-cc display code */char code tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/* timer 0 interrupt service subroutine */void timer0(void) interrupt 1 tr1=0;tr0=0;times-;if(times!=0) t

11、h0=0x3c; tl0=0xb0; tr0=1; tr1=1;else th0=0x3c; tl0=0xb0; /* counter 1 interrupt service subroutine */void timer1(void) interrupt 3 tr1=0;tr0=0; t11+;tr0=1;tr1=1; /* delay subroutine */void delay0(void) uchar i; for(i=0;i<200;i+); /* main()*/void main() ulong htod=0; uchar i; tmod=0x51; sp=0x70; i

12、e=0x8a; th0=0x3c; tl0=0xb0; th1=0x00; tl1=0x00; while(1) if(f=0)/判斷p1.7是否為低電平，若是則開始定時和計數(shù) while(!f); if(f=1) tr0=1; tr1=1; t11=0x00; th1=0x00; tl1=0x00; if(times=0) /定時1s結(jié)束則將在p3.5采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制 t12=th1;/并將各位上的的數(shù)值取出存入到disdata0-disdata5六個變量中 t13=tl1; htod=t11*65536+t12*256+t13; disdata0=htod/100000; htod

13、=htod%100000; disdata1=htod/10000; htod=htod%10000; disdata2=htod/1000; htod=htod%1000; disdata3=htod/100; htod=htod%100; disdata4=htod/10; disdata5=htod%10; times=0; /動態(tài)顯示輸出 weixuan=0x10; for(i=0;i<6;i+) duanxuan=tabdisdatai; delay0(); weixuan+;十 分析總結(jié) 本次制作用到的主要芯片有at89s51、74ls373、74ls138。單片機(jī)用到的是p0口和p2口，p0口必須接上拉電阻，5v供電電壓；74ls373用來驅(qū)動數(shù)碼管oe 為低電平時，o0o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總 線。當(dāng) oe 為高電平時，o0o7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但 鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。