#基于51單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告(免費(fèi))

1、頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級：電子 094姓名：劉洋學(xué)號： 0910910408班級：電子 094姓名：王鐵柱學(xué)號： 0910910414實(shí)驗(yàn)日期： 2011-11-14 至 2011-12-14一設(shè)計(jì)要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸恚?）利用單片機(jī)計(jì)數(shù)器功能實(shí)現(xiàn)正弦波頻率的檢測。（2），頻率計(jì)又稱為頻率計(jì)數(shù)器是一種專門對被測信號頻率進(jìn)行測量的電子測量 儀器。實(shí)驗(yàn)要求（ 1）輸入信號為峰峰值為 5V 的正弦信號，信號頻率為 160KHz ，設(shè)計(jì)整形電 路將正弦信號整形為方波。（ 2）利用單片機(jī)定時(shí) /計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能對整形后方波進(jìn)行計(jì)數(shù)從而實(shí)現(xiàn)頻率的 測量。（ 2）在數(shù)碼管或 LCD 實(shí)時(shí)顯示輸入信號的頻率。實(shí)現(xiàn)部分

2、（1）輸入信號峰峰值可在 1V10V 范圍變化。（2）實(shí)現(xiàn)了方波和正弦波的頻率檢測，通過按鍵進(jìn)行方波或正弦波檢測模式的 改變，在數(shù)碼管或 LCD 進(jìn)行檢測模式的顯示。（3）正弦波測量范圍達(dá)到 1Hz3.8MHz ，正弦波測量范圍達(dá)到 1Hz4.7MHz ， 測量精度達(dá)到 10Hz 單位，高于實(shí)驗(yàn)要求。二總體設(shè)計(jì)2.1 頻率計(jì)測頻原理概論： 簡而言之就是：“通過測量單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的方波個(gè)數(shù)，進(jìn)行頻率計(jì)算” 。將 輸入的正弦波信號經(jīng)波形轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為方波， 高頻信號再經(jīng)過分頻模塊進(jìn)行分 頻。由晶體振蕩器產(chǎn)生的基頻， 按十六進(jìn)制分頻得出的分頻脈沖， 經(jīng)過驅(qū)動電路 增加帶載能力。在時(shí)間間隔 T 內(nèi)累計(jì)

3、周期性的重復(fù)變化次數(shù) N，則頻率的表達(dá)式為式：數(shù)字頻率計(jì)的原理框圖如下 :I清零信號V電路總設(shè)計(jì)圖2.2 系統(tǒng)組成及工作原理 數(shù)字頻率計(jì)由以下模塊組成：單片機(jī)控制模塊、驅(qū)動模塊、施密特電路波形 轉(zhuǎn)換模塊、按鍵模塊、分頻模塊和顯示模塊。（ 1） STC89C52單片機(jī)簡介STC89C52是一種低功耗、 高性能 CMOS8位微控制器， 具有 8K 在系統(tǒng)可 編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash ，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制使用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的 解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash ，512 字節(jié) RAM

4、， 32 位 I/O口線， 看門狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPRO，M MAX810復(fù)位電路，三個(gè) 16 位 定 時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2級中斷結(jié)構(gòu)， 全雙工串行口。 另外 STC89X52 可 降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方 式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè) 中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz， 6T/12T 可選。單片機(jī)控制模塊：以 STC89C52單片機(jī)為核心，進(jìn)行待測信號的計(jì)數(shù)、譯碼、 結(jié)果顯示以及對分頻

5、和信號種類的控制。STC89C52 單片機(jī) :8K 字節(jié)程序存儲空間；512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；內(nèi)帶 4K 字節(jié) EEPROM 存儲空間 ;可直接使用串口下載；（2）驅(qū)動模塊：18,19 引腳提供原始時(shí)鐘振蕩（ 12M）；晶振振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字 鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器 的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號。（3）波形轉(zhuǎn)換模塊： 通過施密特電路，將輸入信號轉(zhuǎn)換為正弦波，用于測量。74LS14 是一個(gè) 6 反向器， 引腳定義如下圖：6 非門芯片 74LS14 引腳圖A 端為輸入端， Y 端為輸出端，一片芯片一共 6 路，即 1

6、，3，5， 9， 11，13 為輸入端， 2， 4，6， 8， 10，12 為輸出端，輸出結(jié)果和輸入結(jié)果反向。即如果輸入端為高電平， 那么輸出為低電平。 如果輸入低電平，輸出為高電平。施密特觸 發(fā)電路是一種比較器， 從輸出向輸入進(jìn)行正反饋， 把正弦波整形成為脈沖波。 它具有滯后電 壓，可用作抗噪聲能力強(qiáng)的波形處理。本電路進(jìn)行零交比較， 把正弦波等轉(zhuǎn)換成方波。 電路 工作原理本電路起到零交比較器的作用， 若把信號從反相輸入端輸入進(jìn)行零交比較， 輸入信 號中的噪聲有時(shí)會引起振蕩。施密特觸發(fā)電路是一種比較器， 從輸出向輸入進(jìn)行正反饋， 把正弦波或三角波整形成為脈沖 波。它具有滯后電壓，可用作抗噪聲能

7、力強(qiáng)的波形處理。 本電路進(jìn)行零交比較，把正弦波等 轉(zhuǎn)換成方波。（4）按鍵模塊：按鍵1 -波形選擇，選擇是否允許讓輸入信號經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換模塊，如果輸 入波形是正弦或三角信號則通過整形模塊， 如果是方波則繞過整形模塊進(jìn)入 下一模塊；按鍵2 -分頻按鍵，是否允許信號經(jīng)過分頻模塊，如果信號頻率很高則通過整形模塊，如果頻率較低則繞過整形模塊進(jìn)入單片機(jī)控制模塊按鍵3 -復(fù)位按鍵，使CPU及其他功能部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)， 并從 這個(gè)狀態(tài)開始工作， 單片機(jī)使用程序必須以此為設(shè)計(jì)前提。 另外，單片機(jī)工 作工程中，如果出現(xiàn)死機(jī)，也必須對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，使其重新開始工作。分頻模塊：以 74LS161 單片機(jī)為基

8、礎(chǔ)，當(dāng)頻率 =400KHz,選擇分頻按鍵，進(jìn)行分頻， 將頻率減小以達(dá)到單片機(jī)工作頻率范圍。74ls161 引腳圖和管腳功能表資料74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，他可以靈活的運(yùn)用 在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，：管腳圖介紹：時(shí)鐘 CP和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端 P0P3清零/MR使能 CEP，CET置數(shù) PE數(shù)據(jù)輸出端 Q0Q3以及進(jìn)位輸出 TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)輸入輸出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00000010dcbadcba110Q3Q2Q1Q0110Q3Q2Q1Q01111狀態(tài)碼加 1從 74LS161功

9、能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端 CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出 Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“ 0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng) CR=“1” 且 LD=“0”時(shí)，在 CP信號上升沿作用后， 74LS161輸出端 Q3、Q2、Q1、Q 0 的狀態(tài)分別和并行數(shù)據(jù)輸入端 D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù) 功能。而只有當(dāng) CR=LD=EP=E“T=1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加 1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端 CO，其邏輯關(guān)系是 CO= Q0Q1Q2Q3CE T。合理使用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片 74LS161可以組成 16進(jìn) 制以下的任意進(jìn)制分頻器。（6）顯示電路160

10、2 液晶顯示模塊和單片機(jī) AT89C51 直接接口，電路如下。P0口接 LCD， P0口本身無上拉電阻，所以選擇焊接排阻以提高驅(qū)動能力模塊引腳功能表1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量 :16 2 個(gè)字符 芯片工作電壓 :4.5 5.5V 工作電流 :2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓 :5.0V字符尺寸 :2.95 4.35（W H）mm引腳功能說明1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 10-13 所示 :編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液

11、晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/ 命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/ 寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極表 10-13 ：引腳接口說明表第 1 腳： VSS 為地電源。第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對 比度過高時(shí)會產(chǎn)生 “鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對比度。第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。

12、當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信 號，當(dāng) RS為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第 714 腳： D0 D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。第 15 腳：背光源正極。第 16 腳：背光源負(fù)極。三電路實(shí)物及調(diào)試過程主要進(jìn)行電路圖調(diào) protus 軟件調(diào)試，仿真調(diào)試和實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。3.1 對于波形轉(zhuǎn)化模塊的調(diào)試 之前波形轉(zhuǎn)換模塊運(yùn)用的是運(yùn)放電路，性能較差，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大。后經(jīng)查資料發(fā)現(xiàn)，施密特電路，性能較好，就換用施密特電路，實(shí)驗(yàn)精度得

13、以提 升。而且，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同的芯片，組成的施密特電路精度也有所不同。3.2 調(diào)試過程圖調(diào)試前用的運(yùn)放電路作為波形準(zhǔn)換模塊F乍平翅鬼凰v Upp= 4.80UL 廠亠亠.-Time 50.00US【弗81.00UFreA=3.732kH2測星時(shí)間1帀=【蜀 M3 1.00JTime 50.QQus_J OCHlf電路實(shí)物圖四 心得體會 本次設(shè)計(jì)我收獲比較大。我們是電子專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計(jì)是必需的技能，這次 設(shè)計(jì)給我們提供了一個(gè)使用自己所學(xué)知識的機(jī)會， 從上網(wǎng)查找資料到對電路的設(shè) 計(jì)對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進(jìn)行了檢驗(yàn)?？梢哉f， 本次實(shí)習(xí)有苦也有甜。設(shè)計(jì)思路是最重要的，設(shè)計(jì)思路是成功的，責(zé)已經(jīng)成功了一半。因此我們在 設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備， 像查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計(jì)的