畢業(yè)論文數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)07477

1、保密類(lèi)別 編號(hào) xxxx 學(xué)院學(xué)院 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系系 別別 電子信息科學(xué)系電子信息科學(xué)系 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) 電子信息工程電子信息工程 年年 級(jí)級(jí) 級(jí)電信一班級(jí)電信一班 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 姓姓 名名 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 年年 月月 日日 摘摘 要要 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)數(shù)量級(jí)。因此，在 13 10 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(lèi)很多。按功能分類(lèi)，測(cè)量某種單一功能的計(jì)數(shù)器。如頻 率

2、計(jì)數(shù)器，只能專(zhuān)門(mén)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、預(yù)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)和自動(dòng)控技 術(shù)等方面。數(shù)字頻率計(jì)按頻段分類(lèi)有低速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10mhz；中速計(jì)數(shù) 器：最高計(jì)數(shù)頻率 10100mhz；高速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率100mhz；微波頻率計(jì) 數(shù)器：測(cè)頻范圍 180ghz 或更高。 本方案主要以信號(hào)輸入和放大電路、單片機(jī)模塊、分頻模塊及顯示電路模塊組成。 at89c52 單片機(jī)是頻率計(jì)的控制核心，來(lái)完成它待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，譯碼，顯示以及對(duì) 分頻比的

3、控制。利用它內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，所制作的頻率計(jì)采用外部分頻，實(shí)現(xiàn) 1hz1mhz 的頻率測(cè)量， 而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換流程。以 at89c52 單片機(jī)為核心，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的門(mén)控時(shí)間，方便對(duì)頻率計(jì)的測(cè)量。其待測(cè)頻率值使用四位共陰極數(shù)碼管顯示， 并可以自動(dòng)切換量程，單位分別由 3 個(gè)發(fā)光二極管指示。本次采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一 種數(shù)字顯示的頻率計(jì)，具有測(cè)量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：頻率計(jì)關(guān)鍵詞：頻率計(jì) 單片機(jī)單片機(jī) 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 量程自動(dòng)切換量程自動(dòng)切換 abstract in the field of electroni

4、c measuring, frequency measurement is the most accurate, the accuracy is up to orders of magnitude. therefore, many 13 10 physical measure in the production line, such as the temperature, pressure and discharge, liquid and ph value, vibration and move, speed, acceleration, even as various gaseous pe

5、rcentage composition etc. all use sensor to convert into signal frequency, then measure with the digital frequency meter raise the accuracy. there is a lot of kinds of digital frequency meter international.distinguish theclassification of function, measuring a certain single function counter.as the

6、digital frequency meter, could be used to measure high frequency and microwave frequency only;time counter,which is based on measuring time,the time measuring resolution and accurate degree while measuring are very accurate, can reach the ns amount class;the special counter, it has a special kind fu

7、nction, such as reversible counter, preset counter, difference counter,countdown counter etc., which are used for industry and automatic control technology,etc.there is a low speed counter distinguishing the digital frequency meter in band:the highest count frequency100 mhzs;the microwave frequency

8、counter:measure frequency range 1-80 ghzs or higher. this project is mainly formed by signal importation and enlarge an electric circuit and microcontroller module, frequency division module, the display circuit module. at89c52 mcu is the controlling core of the frequency meter, it completes the cou

9、nt of the signal under testing, decoding, display and controllig of the frequency division ratio. using its internal timer and counter to complete measuring the signal under testing. in the design process,the produced frequency meter uses external dividing frequency, to achieve 1hz 1mhz frequency me

10、asurements, and could achieve the process that switch the flow automatically. regard at89c52 microcontroller as the core, with the mcu internal timing / counter gated time, it can be easy for measuring frequency meter. the frequency to be measured displays with four common cathode, and it can automa

11、tically switch range,the unit consists of 3 light-emitting diode indicates. the design uses of microcontroller technology to design a digital frequency meter, it has high accuracy, fast response speed, the advantages of small size. key word: frequency meter single chip counter range automatically sw

12、itch 目目 錄錄 第一章第一章 前言前言.1 1 1.1 頻率計(jì)概述 .1 1.2 頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用 .1 1.3 頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 .3 第二章第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).4 4 2.1 測(cè)頻的原理 .4 2.2 頻率測(cè)量的誤差分析 .5 2.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析及方案的論證 .6 2.4 等精度測(cè)量技術(shù)的理論分析 .7 2.5 總體思路 .8 2.6 具體模塊 .8 第三章第三章 硬件電路具體設(shè)計(jì)硬件電路具體設(shè)計(jì).1010 3.1 at89c52 主控制器模塊 .10 3.1.1 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板原理圖 .10 3.2 放大整形模塊 .12 3.3 分頻設(shè)計(jì)模塊 .13 3

13、.3.1 分頻電路分析 .13 3.3.2 74ls161 芯片介紹.14 3.3.3 74ls151 芯片介紹.16 3.3.4 分頻電路 .17 3.4 顯示模塊 .18 3.4.1 數(shù)碼管介紹 .18 第四章第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).1919 4.1 軟件模塊設(shè)計(jì) .19 4.2 中斷服務(wù)子程序 .20 4.3 顯示子程序 .21 4.4 量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序 .22 4.5 應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介 .22 4.5.1 keil 簡(jiǎn)介.23 4.5.2 protues 簡(jiǎn)介.24 第五章第五章 頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試.2525 5.1 硬件調(diào)試 .25 5.1.1 整形模塊調(diào)

14、試.25 5.1.2 分頻模塊調(diào)試 .26 5.2 功能調(diào)試 .27 5.3 系統(tǒng)調(diào)試 .27 5.3.1 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 .27 5.4 誤差分析 .28 總結(jié)總結(jié).2929 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .3030 致致 謝謝.3131 附件：頻率計(jì)源程序附件：頻率計(jì)源程序.3232 第第 1 章章 前言前言 頻率測(cè)量是電子學(xué)測(cè)量中最為基本的測(cè)量之一。由于頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)， 易于傳輸，因此可以獲得較高的測(cè)量精度。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測(cè) 量成為一項(xiàng)越來(lái)越普遍的工作，測(cè)頻原理和測(cè)頻方法的研究正受到越來(lái)越多的 關(guān)注。 1.11.1 頻率計(jì)概述頻率計(jì)概述 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

15、生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè) 量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本 功能是測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行 模擬、數(shù)字電路的設(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，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。傳統(tǒng)的頻率計(jì)采用測(cè)頻法測(cè) 量頻率，通常由組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路組成，產(chǎn)品不但體積大， 運(yùn)行速度慢而且測(cè)量低頻信號(hào)不準(zhǔn)確。在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計(jì)屬于時(shí)序電 路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成，計(jì)算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到 了廣泛的應(yīng)用。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

16、結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得尤為重要。 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)等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。本次采用單 片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一種數(shù)字顯示的頻率計(jì)，測(cè)量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等 優(yōu)點(diǎn)。 1.21.2 頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)對(duì)電子計(jì)數(shù)器也提出了新的要求。對(duì)于抵擋產(chǎn) 品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性能搞，低價(jià)格。而對(duì)于中高檔 產(chǎn)品，則要求有高分辨率，高精度，搞穩(wěn)定度，高測(cè)量速率；除通常通用計(jì)數(shù) 器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含電壓 測(cè)

17、量等其他功能。這些要求有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn) 這些目標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，還有許多工作要做，而不是表面看來(lái)似乎發(fā)展 到頭了。 由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，頻率計(jì)都在不斷地進(jìn)步著，靈敏度 不斷提高，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷地增加。在測(cè)試通訊、微波器件或產(chǎn) 品時(shí)，通常都是較復(fù)雜的信號(hào)，如含有復(fù)雜頻率成分、調(diào)制的或含有未知頻率 分量的、頻率固定的或變化的、純凈的或疊加有干擾的等等。為了能正確地測(cè) 量不同類(lèi)型的信號(hào)，必須了解待測(cè)信號(hào)特性和各種頻率測(cè)量?jī)x器的性能。微波 計(jì)數(shù)器一般使用類(lèi)型頻譜分析儀的分頻或混頻電路，另外還包含多個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)、 合成器、中頻放大器等。雖然所有的微

18、波計(jì)數(shù)器都是用來(lái)完成技術(shù)任務(wù)的，但 制造廠家都有各自的一套復(fù)雜的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、使得不同型號(hào)的計(jì)數(shù)器性能和 價(jià)格會(huì)有所差別，比如說(shuō)一些計(jì)數(shù)器可以測(cè)量脈沖參數(shù)，并提供類(lèi)似于頻率分 析儀的頻幕顯示，對(duì)這些功能具有不同功能不同規(guī)格的眾多儀器。我們應(yīng)該視 測(cè)試需要正確的選擇，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)和最佳的應(yīng)用效果。 數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間實(shí)現(xiàn)更多的 功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度?，F(xiàn)如今，數(shù)字頻率計(jì)已經(jīng)不僅僅是測(cè)量信 號(hào)頻率的裝置了，用它還可以測(cè)量方波脈沖的脈寬。在人們的生活中頻率計(jì)也 發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，比如用數(shù)字頻率計(jì)來(lái)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，這樣可以及時(shí) 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況，

19、以便給人們爭(zhēng)取時(shí)間處理。 除此之外，它還可以應(yīng)用于工業(yè)控制等其它領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器 中，示波器在進(jìn)行頻率測(cè)量是頻率較低，誤差較大。頻率儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻 率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無(wú)法實(shí)時(shí)的跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào) 的頻率變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化，因 此頻率計(jì)擁有非常廣泛的引用范圍。在傳統(tǒng)生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛應(yīng) 用在產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)測(cè)試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出的頻率變化， 用于通過(guò)使用頻率計(jì)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(jì) 量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來(lái)對(duì)各種電子測(cè)量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。在無(wú) 線(xiàn)通訊測(cè)試中，頻

20、率計(jì)既可以被用來(lái)對(duì)無(wú)線(xiàn)通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可 以用來(lái)對(duì)電臺(tái)的跳幀信號(hào)進(jìn)行分析。 對(duì)于頻率計(jì)的設(shè)計(jì)目前也有專(zhuān)用芯片可以實(shí)現(xiàn)，如利用 maxim 公司的 icm7240 來(lái)設(shè)計(jì)頻率計(jì)。但由于這種芯片的計(jì)數(shù)頻率比較低，遠(yuǎn)不能達(dá)到在一 些場(chǎng)合需要測(cè)量很搞的頻率要求，而測(cè)量精度也受到芯片本身的限制。提出的 用 at8c52 單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)的方法可以解決這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)精度較高、等精度 和寬范圍頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。 1.31.3 頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 一、任務(wù) 目的在于設(shè)計(jì)出一個(gè)高頻寬（1hz1mhz），低誤差（誤差精度為）的時(shí)間 6 10 參數(shù)測(cè)量系統(tǒng) 二、要求 （1）頻率測(cè)量 a

21、）測(cè)量范圍信號(hào)：方波、正弦波 幅度：0.55 v 頻率：1hz1mhz b）測(cè)試誤差0.1% （2）周期測(cè)量 a）測(cè)量范圍信號(hào)：方波、正弦波 幅度：0.55 v 頻率：1hz1mhz b）測(cè)試誤差0.1% （3）周期脈沖信號(hào)占空比測(cè)量 a）測(cè)量范圍頻率：1hz15khz 幅度：0.55v 占空比變化范圍：10%90% b）測(cè)試誤差1 （4）小信號(hào)放大和整形電路 其中，頻率測(cè)量、周期測(cè)量應(yīng)實(shí)現(xiàn)電路實(shí)模型及相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試， 對(duì)于周期脈沖信號(hào)占空比測(cè)量應(yīng)完成仿真電路設(shè)計(jì)。 第二章第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.12.1 測(cè)頻的原理測(cè)頻的原理 實(shí)現(xiàn)時(shí)間參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量的儀器是電子計(jì)

22、數(shù)器。對(duì)于電子計(jì)數(shù)器而言， 測(cè)量頻率的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)計(jì)數(shù)器記錄待測(cè)信號(hào)的周期變化的次數(shù)，然后通過(guò)頻 率的定義計(jì)算出待測(cè)信號(hào)的頻率。 已知頻率的測(cè)量表達(dá)式為： /fn t 從其測(cè)量原理和頻率的數(shù)學(xué)表達(dá)式中不難看出，計(jì)數(shù)器測(cè)頻必須具備以下 三個(gè)條件： （1）測(cè)量是一個(gè)比較的過(guò)程，被測(cè)信號(hào)要和基準(zhǔn)信號(hào)作比較，必須有一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)的單位時(shí)間。 （2）為實(shí)現(xiàn)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)于被控信號(hào)的振動(dòng)次數(shù)的記錄，必須有一個(gè)控 制電路。 （3）被測(cè)信號(hào)采樣后的量化由電子計(jì)數(shù)器完成，以獲得量化值 n。 對(duì)應(yīng)于電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的原理圖如 2.1 所示： 圖 2.1 電子測(cè)頻的原理框圖 可知電子計(jì)數(shù)法測(cè)頻主要由 3 個(gè)部分組成：

23、 （1）時(shí)間基準(zhǔn) t 產(chǎn)生電路。 時(shí)間基準(zhǔn)產(chǎn)生電路的作用是用來(lái)產(chǎn)生計(jì)數(shù)器所使用的標(biāo)準(zhǔn)頻率。 （2）計(jì)數(shù)脈沖形成電路 計(jì)數(shù)脈沖形成電路的作用是將被測(cè)的周期信號(hào)轉(zhuǎn)換成可計(jì)數(shù)的窄脈沖。 （3）計(jì)數(shù)顯示電路 計(jì)數(shù)顯示電路的作用是對(duì)主門(mén)輸出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，其結(jié)果顯示在數(shù)碼 管上。 2.22.2 頻率測(cè)量的誤差分析頻率測(cè)量的誤差分析 對(duì)于電子計(jì)數(shù)器而言，直接測(cè)頻的誤差主要由兩項(xiàng)組成，即1 量化誤差 和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。一般地，總誤差可采用分項(xiàng)誤差絕對(duì)值合成，即： 1 (|) xc xxc ff ff tf 式中，等號(hào)右邊括號(hào)內(nèi)第一項(xiàng)為1 量化誤差，第二項(xiàng)為標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。 （1）量化誤差 用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率，

24、實(shí)際上就是一個(gè)量化的過(guò)程，量化的最小單位是 數(shù)碼的一個(gè)字或者一個(gè)脈沖。在測(cè)頻時(shí)候，由于主門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻與計(jì)數(shù)脈沖之間 的時(shí)間關(guān)系是不相關(guān)的，它們?cè)跁r(shí)間軸上的相對(duì)位置是隨機(jī)的，門(mén)控信號(hào)很難 精確的是被測(cè)信號(hào)的整數(shù)倍所以量化會(huì)帶來(lái)誤差，可知對(duì)于計(jì)數(shù)誤差最大為 1 個(gè)數(shù)，所以計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的最大的相對(duì)誤差為： 11 x n nnf t 式中，是被測(cè)頻率；t 是閘門(mén)時(shí)間。該表達(dá)式表明被測(cè)頻率越高，閘門(mén) x f 時(shí)間越寬，相對(duì)誤差就越小。 （2）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差又稱(chēng)為閘門(mén)時(shí)間誤差，它是由晶振信號(hào)本身通過(guò)分頻輸出的 信號(hào)頻率不穩(wěn)定性導(dǎo)致的閘門(mén)時(shí)間的不穩(wěn)定，而造成測(cè)頻誤差。 由誤差合成原理可知： c c

25、ft tf 式中，晶振頻率為 。該表達(dá)式表明閘門(mén)相對(duì)誤差在數(shù)值上等于晶振頻率 c f 的相對(duì)誤差。所以，在設(shè)計(jì)中要求晶振達(dá)到的精度要比系統(tǒng)所要達(dá)到的精度高 一個(gè)數(shù)量級(jí)。 2.32.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析及方案的論證設(shè)計(jì)任務(wù)的分析及方案的論證 本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于單片機(jī)平臺(tái)的時(shí)間參數(shù)（頻率）測(cè)量系統(tǒng)。由于本次系 統(tǒng)設(shè)計(jì)的測(cè)頻范圍很寬（1hz1mhz） 、精度高（測(cè)量誤差） ，因此精確的控 6 10 制閘門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，追求計(jì)數(shù)器較高的頻率和較大的計(jì)數(shù)容量，保持系統(tǒng)在 整個(gè)測(cè)量頻段內(nèi)的測(cè)量精度不變及實(shí)現(xiàn)頻標(biāo)信號(hào)的高穩(wěn)定度和高精確度成為了 評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的關(guān)鍵。 （1）直接測(cè)頻法（閘門(mén)時(shí)間計(jì)數(shù)法） 直接測(cè)

26、頻法就是在確定的閘門(mén)時(shí)間內(nèi)，通過(guò)計(jì)數(shù)器記錄待測(cè)信號(hào)的周期變 化次數(shù)，并根據(jù)頻率的定義來(lái)計(jì)算待測(cè)信號(hào)的頻率。由于測(cè)量的起始時(shí)刻和結(jié) 束時(shí)刻相對(duì)于信號(hào)而言是隨機(jī)的，將會(huì)有一個(gè)脈沖周期的量化誤差，也就是對(duì) 于不同的閘門(mén)時(shí)間會(huì)產(chǎn)生同樣的計(jì)數(shù)值 n。如圖 2.2 中閘門(mén) 1 和閘門(mén) 2 時(shí)間長(zhǎng) 度不一樣，但是計(jì)數(shù)值相同。 圖 2.2 直接測(cè)頻法示意圖 當(dāng)測(cè)量時(shí)間為 t 時(shí)，測(cè)量的準(zhǔn)確度=t/,其中為待測(cè)信號(hào)，可知對(duì)于測(cè) x f x f 量頻高時(shí)，測(cè)量準(zhǔn)確度越高。但是低頻達(dá)不到所要達(dá)到的要求。 （2）間接測(cè)周法 間接測(cè)周法就是在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)記錄下基準(zhǔn)脈沖的個(gè)數(shù)。原理恰好與直 接測(cè)頻法相對(duì)應(yīng)，當(dāng)測(cè)量的信號(hào)

27、周期越長(zhǎng)，即其頻率越低，測(cè)量的精度就越高， 但對(duì)于高頻信號(hào)就不能適用。 （3）分段法 分段法就是采用直接測(cè)頻和間接測(cè)周相結(jié)合的方法，在高頻段采用直接測(cè) 頻，在低頻段采用間接測(cè)周，但是中間頻率難以確定，要實(shí)現(xiàn)全頻段的等精度 測(cè)量，且達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度很高。 （4）相關(guān)計(jì)數(shù)測(cè)頻法 相關(guān)計(jì)數(shù)測(cè)頻法采用多周期同步測(cè)量原理，測(cè)量輸入信號(hào)的整數(shù)個(gè)周期值 而求得頻率的一種測(cè)量方法。由于被測(cè)信號(hào)與門(mén)控信號(hào)之間采用同步鎖定的方 式，使得主門(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻計(jì)數(shù)脈沖之間的時(shí)間關(guān)系是相關(guān)的，這樣便可以實(shí)現(xiàn) 在測(cè)頻范圍內(nèi)頻率的等精度測(cè)量。 其實(shí)，等精度測(cè)量并非嚴(yán)格意義上的等精度，閘門(mén)信號(hào)在測(cè)量中的開(kāi)啟和 關(guān)閉

28、受控于被測(cè)信號(hào)的上升沿或下降沿。其測(cè)量的精度就有賴(lài)于頻標(biāo)信號(hào)的穩(wěn) 定度和精度。若系統(tǒng)要求測(cè)量精度為，那么基準(zhǔn)源的開(kāi)機(jī)穩(wěn)定度和溫度穩(wěn) 6 10 定度應(yīng)該較高，其綜合性能應(yīng)優(yōu)于。 7 10 綜上所述，對(duì)于測(cè)頻方案的選擇，直接測(cè)頻法和間接測(cè)周法的原理很簡(jiǎn)單， 電路實(shí)現(xiàn)容易，但是它們都不能滿(mǎn)足全頻段范圍內(nèi)的信號(hào)的測(cè)量，分段法在理 論上可以保證等精度測(cè)量，其中界頻率的確定也比較容易，但是隨著系統(tǒng)測(cè)量 精度的提高，測(cè)試盲區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)。而相關(guān)計(jì)數(shù)測(cè)頻法雖同時(shí)對(duì)于未知待測(cè)信 號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)兩路信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，且對(duì)于閘門(mén)控制和頻標(biāo)信號(hào)的穩(wěn)定度有很高 的要求，卻可以滿(mǎn)足在整個(gè)測(cè)量頻段的等精度測(cè)量。 2.42.4 等精

29、度測(cè)量技術(shù)的理論分析等精度測(cè)量技術(shù)的理論分析 相關(guān)計(jì)數(shù)法測(cè)頻原理如下圖 2.3 所示，同步閘門(mén)是由預(yù)置開(kāi)門(mén)脈沖經(jīng) 0 p 同步后得到的，因而閘門(mén)時(shí)間可以準(zhǔn)確地等于的整周期倍數(shù)，所以沒(méi) x f w t x f 有量化誤差，但由于同步閘門(mén)與并不同步，因而存在1 的量化誤差，可 0 f 0 n 得到下式： 00 00 () x x fnf fnf 式中，為的頻率準(zhǔn)確度。由于所用的晶體振蕩器有較高的穩(wěn)定度， 0 0 f f 0 f 誤差很小，可以忽略，因而最大的相對(duì)誤差取決于，所以當(dāng)=1mhz， x x f f 0 0 n n 0 f 則在=1s 的同步閘門(mén)時(shí)間內(nèi)，可達(dá)量級(jí)，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)。 w t

30、 0 n 6 10 圖 2.3 相關(guān)計(jì)數(shù)法測(cè)頻原理框圖 2.52.5 總體思路總體思路 頻率計(jì)是我們經(jīng)常會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一，頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在單位 時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值就是信號(hào)頻率。本文介紹了一種基于單片機(jī) at89c52 制作的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法,所制作的頻率計(jì)測(cè)量比較高的頻率采用外部 十分頻，測(cè)量較低頻率值時(shí)采用單片機(jī)直接計(jì)數(shù)，不進(jìn)行外部分頻。該頻率計(jì) 實(shí)現(xiàn) 1hz1mhz 的頻率測(cè)量，八位共陰極動(dòng)態(tài)顯示測(cè)量結(jié)果，可以測(cè)量正弦波、 三角波及方波的頻率值、周期值以及脈沖寬度。 2.62.6 具體模塊具體模塊 根據(jù)上述系統(tǒng)分析，頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體模塊有：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、放大 整形模

31、塊、分頻模塊、獨(dú)立按鍵模塊及顯示模塊。各模塊作用如下： 1、單片機(jī)控制模塊：以 at89c52 單片機(jī)為控制核心，來(lái)完成它待測(cè)信號(hào)的 計(jì)數(shù)，譯碼，和顯示以及對(duì)分頻比的控制。利用其內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器完成待 測(cè)信號(hào)周期頻率的測(cè)量。單片機(jī) at89c52 內(nèi)部具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器， 定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求 的功能。 2、放大整形模塊：放大電路是對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度的 要求。整形電路是對(duì)一些不是方波的待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)，便于測(cè)量。 3、分頻模塊：考慮單片機(jī)外部計(jì)數(shù)，使用 12 mhz 時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率 為 500 khz，因

32、此需要外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍，并 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低 了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差?？捎?74ls161 和 74ls00 進(jìn)行外部十分頻。 4、顯示模塊：顯示電路采用八位共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。 綜合以上頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有單片機(jī)控制模塊、放大整形模塊、分頻模塊及 顯示模塊等組成，頻率計(jì)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖 2.4 所示。 信號(hào)放大 整形 數(shù)碼管顯 示 分頻電路 驅(qū)動(dòng)電路 at89c525v電源 圖 2.4 頻率計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖 第三章第三章 硬件電路具體設(shè)計(jì)硬件電路具體設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，頻率計(jì)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)

33、部分：at89c52 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板、放大整形模塊、分頻模塊，下面將分別給予介 紹。 3.13.1 at89c52at89c52 主控制器模塊主控制器模塊 3.1.1 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板原理圖 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板原理如 3.1 圖 at89c52 引腳圖,3.2 圖獨(dú)立按鍵電路圖，3.3 八位數(shù)碼管顯示電路圖所示。 圖 3.2 獨(dú)立按鍵電路圖 圖 3.1 at89c52 引腳圖 3.1.2 引腳功能及單片機(jī)端口分配 引腳功能及單片機(jī)端口分配如下表 3.1：引腳功能表，表 3.2 ：p3 口的第 二種功能說(shuō)明表，表 3.3：?jiǎn)纹瑱C(jī)端口分配表所示。 表 3.1 引腳功能表 模 塊端口功能 顯示模塊p1 口數(shù)碼管

34、頻率值顯示 分頻模塊 p3 口切換頻率、周期、脈寬 p3 口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 出緩沖器能 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì) p3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此 時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的 原因，將輸出電流。p3 口亦作為 at89c52 特殊功能（第二功能）使用，p3 口功 能如表 3.2 所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，p3 口也接收一些控制信號(hào)。 圖 3.3 8 位數(shù)碼管顯示電路圖 表 3.2 p3 口的第二種功能說(shuō)明表 引腳號(hào)第二功能 p3.0 rxd（串行輸入） p3.1 tx

35、d (串行輸出) p3.2 （外部中斷 0）int0 p3.3 （外部中斷 1） p3.4 t0(定時(shí)器 0 外部輸入) p3.5 t1(定時(shí)器 1 外部輸入) p3.6 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)wr p3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)rd 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各模塊的分析得出，單片機(jī)的引腳分配如表 3.3 所示。 表 3.3 單片機(jī)端口分配表 模 塊端口功能 顯示模塊 p1.1 清零 分頻模塊 p3.5 分頻 3.23.2 放大整形模塊放大整形模塊 由于輸入的信號(hào)可以是正弦波、三角波以及方波。而后面的閘門(mén)或計(jì)數(shù)電 路要求被測(cè)信號(hào)為矩形波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測(cè)量的時(shí)候，首先 通過(guò)整形電路將

36、正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測(cè) 信號(hào)的強(qiáng)弱的情況。所以在通過(guò)整形之前通過(guò)放大衰減處理。當(dāng)輸入信號(hào)電壓 幅度較大時(shí)，通過(guò)輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較小時(shí)， 前級(jí)輸入衰減為零時(shí)若不能驅(qū)動(dòng)后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時(shí) 被測(cè)信號(hào)得以放大。 根據(jù)上述分析，放大電路放大整形電路采用高頻晶體管 3dg100 與 74ls00 等組成。其中 3dg100 為 npn 型高頻小功率三極管，組成放大器將輸入頻率為 fx 的周期信號(hào)如正弦波、三角波及方波等波形進(jìn)行放大。與非門(mén) 74ls00 構(gòu)成 施密特觸發(fā)器，它對(duì)放大器的輸出波形信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩 形脈

37、沖。具 體放大整形電路如圖 3.4 所示。 5v q10 3dg100 1k r 24 10 r 22 47k r 20 10k r 19 39k r 23 11 12 13 u7d 74ls00 1 2 3 u15a 74ls00 5 6 4 u15b 74ls00 47uf c 17 100uf c 18 47k r 21 d6 f1 vx 圖 3.4 放大整形電路 3.33.3 分頻設(shè)計(jì)模塊分頻設(shè)計(jì)模塊 分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率和周期測(cè)量使 用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差?？?用 74ls161 進(jìn)行分頻。 3.3.13.3.

38、1 分頻電路分析分頻電路分析 本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以 at89c52 單片機(jī)為核心，利用內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器完成 待測(cè)信號(hào)周期頻率的測(cè)量。單片機(jī) at89c52 內(nèi)部具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器， 定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求 的功能。在定時(shí)器工作方式下，在被測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)，每來(lái)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù) 器自動(dòng)加 1（使用 12 mhz 時(shí)鐘時(shí)，每 1s 加 1），這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以 用來(lái)測(cè)量時(shí)間間隔。在計(jì)數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測(cè)信號(hào)發(fā)生從 1 到 0 的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加 1，這樣在計(jì)數(shù)閘門(mén)的控制下可以用來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)的 頻率。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣

39、一次，這樣檢測(cè)一次從 1 到 0 的跳變至 少需要 2 個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期），所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的 124（使用 12 mhz 時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為 500 khz），因此采用 74ls161 進(jìn)行外部十分頻使測(cè)頻范圍達(dá)到 1mhz。為了測(cè)量提高精度，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值 較低時(shí)，直接使用單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值；當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值較高時(shí)采 用外部十分頻后再計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值。這兩種情況使用 74ls151 進(jìn)行通道選擇， 由單片機(jī)先簡(jiǎn)單測(cè)得被測(cè)信號(hào)是高頻信號(hào)還是低頻信號(hào)，然后根據(jù)信號(hào)頻率值 的高低進(jìn)行通道的相應(yīng)導(dǎo)通，繼而測(cè)得相應(yīng)頻率值。 3.3.23.3.2 74ls16174l

40、s161 芯片介紹芯片介紹 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，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。74ls161 引腳如圖 3.5 所示。 圖 3.5 74ls161 引腳圖 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)。表 3.4 為 74ls161 的功能表。 表 3.4 74ls161 的功能表 清零 rd 預(yù)置 ld 使能 ep et 時(shí)鐘 cp 預(yù)置數(shù)據(jù)輸入 a b c d 輸出 q0 q1 q2 q3

41、l l l l l hl 上升沿 a b c da b c d hhl 保 持 hh l 保 持 hhh h 上升沿 計(jì) 數(shù) 其中 rd 是異步清零端， ld 是預(yù)置數(shù)控制端， a、b、c、d 是預(yù)置數(shù)據(jù) 輸入端， ep 和 et 是計(jì)數(shù)使能端， rco(=et.qa.qb.qc.qd)是進(jìn)位輸出端， 它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)提供了方便。計(jì)數(shù)過(guò)程中，首先加入一清 零信號(hào) rd0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為 0，即計(jì)數(shù)器清零。 rd 變?yōu)?1 后，加 入一置數(shù)信號(hào) ld0，即信號(hào)需要維持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的正跳變到來(lái)后。 在這個(gè)置數(shù)信號(hào)和時(shí)鐘脈沖上升的共同作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置 的輸入數(shù)據(jù)

42、相同，這就是預(yù)置操作。接著ep=et=1,在此期間 74ls161 一 直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。一直到 ep=0，et1，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)結(jié)束。 從 74ls161 功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(hào)上升沿作用后，74ls161 輸出端 q3、q2、q1、q0 的狀 態(tài)分別與并行數(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=et=“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，

43、其邏輯關(guān)系是 co= q0q1q2q3cet。合理應(yīng)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。 3.3.33.3.3 74ls15174ls151 芯片介紹芯片介紹 數(shù)據(jù)選擇端（abc）按二進(jìn)制譯碼，以從 8 個(gè)數(shù)據(jù)（d0-d7）中選取 1 個(gè)所 需的數(shù)據(jù)。只有在選通端 strobe 為低電平時(shí)才可選擇數(shù)據(jù)。74ls151 有互補(bǔ)輸 出端（y、w） ，y 輸出原碼，w 輸出反碼。74ls151 引腳如圖 3.6 所示。 圖 3.6 74ls151 管腳圖 74ls151 的功能如下表 3.5 所示。其中 a、b、c 為選擇輸入端，d0-d7

44、 為 數(shù)據(jù)輸入端，strobe 為選通輸入端（低電平有效） ，w 為反碼數(shù)據(jù)輸出端，y 為數(shù)據(jù)輸出端。 表 3.5 74ls151 功能表 3.3.43.3.4 分頻電路分頻電路 根據(jù)以上分析，采用 74ls161 和 74ls151 設(shè)計(jì)分頻電路如圖 3.7 所示。 a 3 b 4 c 5 d 6 enp 7 ent 10 clk 2 load 9 m r 1 gnd 8 vcc 16 rco 15 q3 11 q2 12 q1 13 q0 14 u16 74161 x0 4 x1 3 x2 2 x3 1 x4 15 x5 14 x6 13 x7 12 a 11 b 10 c 9 e 7 g

45、nd 8 vcc 16 y 5 y 6 u14 74151 i11 1 i12 2 o1 3 i21 4 i22 5 o2 6 gnd 7 o3 8 i31 9 i32 10 o4 11 i41 12 i42 13 vcc 14 u13 7400 5v clear 5v p35 5v 5v clear addr0 addr1 addr2 f1 圖 3.7 分頻電路原理圖 74ls00 74ls151 74ls161 3.43.4 顯示模塊顯示模塊 頻率值顯示電路采用八位共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示頻率計(jì)被測(cè)數(shù)值。頻率、 周期、脈寬由獨(dú)立按鍵控制轉(zhuǎn)換。 3.4.1 數(shù)碼管介紹 常見(jiàn)的數(shù)碼管由七個(gè)條狀和一

46、個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管， 根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料， 可以判斷使用的是何種接口類(lèi)型.兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理如圖 3.8。 圖 3.8 兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖 第四章第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要采用模塊化設(shè)計(jì)，敘述了各個(gè)模塊的程序流程圖，并介 紹了軟件 keil 和 proteus 的使用方法和調(diào)試仿真。 4.14.1 軟件模塊設(shè)計(jì)軟件模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。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。系統(tǒng)軟件流程如圖 4.1 所示。 頻率計(jì)開(kāi)始工作或者完成一次頻率測(cè)量，系統(tǒng)軟件都

47、進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè) 量初始化模塊設(shè)置堆棧指針（sp）、工作寄存器、中斷控制和定時(shí)計(jì)數(shù)器的 工作方式。定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，即用來(lái)測(cè)量信號(hào)頻 率。 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 頻率測(cè)量 頻率是否超過(guò)1khz 硬件十分頻 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù) 測(cè)頻率值 測(cè)量數(shù)據(jù) 顯示 n y 圖 4.1 系統(tǒng)軟件流程總圖 首先定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0，運(yùn)行控制位 tr 置 1，啟動(dòng)對(duì)待測(cè)信 號(hào)的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門(mén)由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門(mén)的最小值（即測(cè)量頻率 的高量程）開(kāi)始測(cè)量，計(jì)數(shù)閘門(mén)結(jié)束時(shí) tr 清 0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的數(shù) 值經(jīng)過(guò)數(shù)制轉(zhuǎn)換程序從十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。判斷該數(shù)的最高位，若該 位不為

48、 0，滿(mǎn)足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測(cè)量值和量程信息一起送到顯示模 塊；若該位為 0，將計(jì)數(shù)閘門(mén)的寬度擴(kuò)大 10 倍，重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，直到 滿(mǎn)足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作被設(shè)置為定時(shí)器方式，定 時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0，在判斷待測(cè)信號(hào)的上跳沿到來(lái)后，運(yùn)行控制位 tr 置為 1，以單片機(jī)工作周期為單位進(jìn)行計(jì)數(shù)，直至信號(hào)的下跳沿到來(lái)，運(yùn)行 控制位 tr 清 0，停止計(jì)數(shù)。16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)值為 65535，當(dāng)待測(cè) 信號(hào)的頻率較低時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器可以對(duì)被測(cè)信號(hào)直接計(jì)數(shù)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻 率較高時(shí)，先由硬件十分頻后再有定時(shí)計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，加大測(cè)量的 精度和范圍。 4.2

49、4.2 中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序 t0中斷服務(wù)子程序流程如圖4.2所示。測(cè)頻時(shí),定時(shí)器t0 工作在定時(shí)方式, 每次定時(shí)50ms ,則t0 中斷20 次正好為1秒,即t0用來(lái)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào),定時(shí)器t0 用作計(jì)數(shù)器,對(duì)待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù),每秒鐘的開(kāi)始啟動(dòng)t0 ,每秒鐘的結(jié)束關(guān)閉t0 ,則 定時(shí)器t0 之值乘以分頻系數(shù)就為待測(cè)信號(hào)的頻率。 中斷開(kāi)始 關(guān)外部計(jì)數(shù)器 中斷計(jì)數(shù)器裝初值 開(kāi)外部計(jì)數(shù)器 選擇相應(yīng)檔位 判斷計(jì)數(shù)是否為1s 中斷返回 y 圖4.2 t0中斷服務(wù)子程序 定時(shí)計(jì)數(shù)器t1工作在計(jì)數(shù)方式, 對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)器1中斷流程圖如 圖4.3所示。 中斷開(kāi)始 中斷開(kāi)始 計(jì)數(shù)器加1 圖4.3 計(jì)數(shù)

50、器1中斷服務(wù)子程序 4.34.3 顯示子程序顯示子程序 顯示子程序?qū)⒋娣旁陲@示緩沖區(qū)的頻率或周期值送往數(shù)碼管上顯示出來(lái),由 于所有 4 位數(shù)碼管的 8 根段選線(xiàn)并聯(lián)在一起由單片機(jī)的 p2 口 控制,因此,在每 一瞬間 4 位數(shù)碼管會(huì)顯示相同的字符,要想每位顯示不同的字符就必須采用掃描 方法輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管,即在每一瞬間只點(diǎn)亮某一位顯示字符,在此瞬間,段選 控制口 p2 輸出相應(yīng)字符。由 p0.0-p0.3 逐位輪流點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管, 每位保持 1ms ,在 10ms20ms 之內(nèi)再點(diǎn)亮一次,重復(fù)不止,利用人的視角暫留,好像 4 位 數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。數(shù)碼管顯示子程序流程如圖 4.4 所示。 開(kāi)始

51、 選擇檔位 數(shù)據(jù)各位分離 送數(shù)據(jù)顯示 延時(shí) 結(jié)束 圖 4.4 顯示子程序流程圖 4.44.4 量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序 使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量時(shí)，外部的待測(cè)信號(hào)通過(guò)頻率計(jì)的預(yù)處理電路 變成寬度等于待測(cè)信號(hào)周期的方波，該方波同樣加至定時(shí)計(jì)數(shù)器的輸入腳 （p3.5）。工作高電平是否加至定時(shí)計(jì)數(shù)器的輸入腳；當(dāng)判定高電平加至定 時(shí)計(jì)數(shù)器的輸入腳，運(yùn)行控制位 tr 置 1，啟動(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器對(duì)單片機(jī)的機(jī)器 周期的計(jì)數(shù)，同時(shí)檢測(cè)方波高電平是否結(jié)束；當(dāng)判定高電平結(jié)束時(shí) tr 清 0，停 止計(jì)數(shù)，然后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù)。由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果，根據(jù)測(cè) 量結(jié)果判斷，進(jìn)行頻率計(jì)比較后，進(jìn)行檔位

52、的自動(dòng)切換，具體檔位自動(dòng)切換流 程圖如圖 4.5 所示。 開(kāi)始 測(cè)量頻率值x 顯示頻率值 判斷x值 x1khz xnew project”菜單，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話(huà)框，要求給將要建立 的工程起一個(gè)名字，你可以在編緝框中輸入一個(gè)名字,點(diǎn)擊“保存”按鈕，出現(xiàn) 第二個(gè)對(duì)話(huà)框，按要求選擇目標(biāo)器件片。建立新文件并增加到組。分別設(shè)置 “target1”中的“target,output,debug”各項(xiàng)，使程序匯編后產(chǎn)生 hex 文件。 （2）匯編，調(diào)試系統(tǒng)程序 keil 單片機(jī)模擬調(diào)試軟件內(nèi)集成了一個(gè)文本編輯器，用該文本編輯器可以 編輯源程序。在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中選擇菜單“file new.”、單擊對(duì)應(yīng)的工 具按鈕或

53、者快捷鍵ctrl +n 將打開(kāi)一個(gè)新的文本編輯窗口，完成匯編語(yǔ)言源文 件的輸入，并且完成源程序向當(dāng)前工程的添加。 然后在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中選擇菜單“filesave as.”可以完成文件的第 一次存儲(chǔ)。注意，匯編語(yǔ)言源文件的擴(kuò)展名應(yīng)該是“asm”，它應(yīng)該與工程文件 存儲(chǔ)在同一文件夾之內(nèi)。在完成文件的第一次存儲(chǔ)以后，當(dāng)對(duì)匯編語(yǔ)言源文件 又進(jìn)行了修改，再次存儲(chǔ)文件則應(yīng)該選擇菜單“filesave”、單擊對(duì)應(yīng)的工 具按鈕或者快捷鍵ctrl +s 實(shí)現(xiàn)文件的保存。 接著的工作需要把匯編語(yǔ)言源文件加入工程之中。選擇工程管理器窗口的 子目“source group 1”，再單擊鼠標(biāo)右鍵打開(kāi)快捷菜單。在快捷菜單

54、中選擇 “add file to group source group 1”，加入文件對(duì)話(huà)框被打開(kāi)。在這 個(gè)對(duì)話(huà)框的“查找范圍（i）”下拉列表框中選擇存儲(chǔ)匯編語(yǔ)言源文件的文件夾， 在“文件類(lèi)型（t）” 下拉列表框選擇“asm source file（*.a*；*.src）”， 這時(shí)存儲(chǔ)的匯編語(yǔ)言源文件將顯示出來(lái)。雙擊要加入的文件名或者選擇要加入 的文件名再單擊“add”按鈕即可完成把匯編語(yǔ)言源文件加入工程。文件加入以 后，加入文件對(duì)話(huà)框并不消失，更多的文件也可以利用它加入工程。如果不需 要加入其它文件，單擊“close”按鈕可以關(guān)閉加入文件對(duì)話(huà)框。這時(shí)工程管理 窗口的文件選項(xiàng)卡中子目錄“sou

55、rce group 1”下出現(xiàn)一個(gè)匯編語(yǔ)言源文件。 需要注意，當(dāng)把匯編語(yǔ)言源文件加入工程但還沒(méi)有關(guān)閉加入文件對(duì)話(huà)框，這時(shí) 有可能被誤認(rèn)為文件沒(méi)有成功地加入工程而再次進(jìn)行加入操作，系統(tǒng)將顯示所 需的文件已經(jīng)加入的提示。在這種情況下，單擊提示框中的“確定”按鈕，再 單擊“close”按鈕可以關(guān)閉加入文件對(duì)話(huà)框。 （3）編譯源程序，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，返回上一級(jí)對(duì)錯(cuò)誤更改后重新編譯，直到 沒(méi)有錯(cuò)誤為止。 4.5.24.5.2 protuesprotues 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 protues是labcenter公司出品的電路分析、實(shí)物仿真系統(tǒng)，而keil是目 前世界上最好的51單片機(jī)匯編和c語(yǔ)言的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。他支持匯

56、編和c的混合 編程，同時(shí)具備強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真功能。protues能夠很方便的和 keil、matlab ide等編譯模擬軟件結(jié)合。proteus提供了大量的元件庫(kù)有 ram，rom，鍵盤(pán)，馬達(dá)，led，lcd，ad/da，部分spi器件，部分iic器件，它可 以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、avr，pic等常用的mcu，與keil和 mplab不同的是它還提供了周邊設(shè)備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真。 這里我將 keil 和 protues 兩個(gè)軟件的快速集成起來(lái)使用。 （1）首先將 keil 和 protues 兩個(gè)軟件安裝好。 （2）然后在 c：program file

57、slabcenter eletronicsprotues 6 professionalmodels(我的 protues 是安裝 c 盤(pán)里面的)目錄下的 vdm51.dll 動(dòng)態(tài)連接庫(kù)文件復(fù)制到 c:keilc51bin 目錄下面（我的 keil 也安裝在 c 盤(pán)） 這個(gè)文件將在 keil 的 debug 設(shè)置時(shí)用到。 （3）打開(kāi) protues 軟件，新建一文件將硬件原理圖繪入圖中。 （4）將 keil 生成的 hex 文件下載入單片機(jī)中，點(diǎn)擊“開(kāi)始”進(jìn)行仿真。 （5）在 keil 中進(jìn)行 debug，同時(shí)在 proteus 中查看直觀的結(jié)果（如 lcd 顯示） 。這樣就可以像使用仿真器一樣

58、調(diào)試程序。利用 proteus 與 keil 整合 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然其存在的缺點(diǎn)也是有的。利用仿真實(shí)驗(yàn) 可以做全部的軟件實(shí)驗(yàn)和極大多數(shù)的硬件系統(tǒng)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，因極少硬件 投入、所以經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器和元器件缺乏帶來(lái)的不足， 而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素。 第五章第五章 頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試 頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試包括系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)合調(diào)試。硬件調(diào)試包括整形模塊、 分頻模塊等模塊，軟件調(diào)試就是通過(guò)修改程序，使頻率計(jì)功能完善，提高頻率 計(jì)的測(cè)量精度。使用軟件仿真，調(diào)試仿真結(jié)果，同時(shí)使用數(shù)字萬(wàn)用表和示波器 測(cè)試輸出電壓值和輸出波形，調(diào)試出正確的硬件電

59、路。 5.15.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試 5.1.15.1.1 整形模塊調(diào)試整形模塊調(diào)試 整形電路采用與非門(mén) 74ls00 構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)正弦波、三角波等各 種波形信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。 整形電路在 multisim10 中進(jìn)行電路的仿真與調(diào)試，在 multisim10 繪制的 整形電路如圖 5.1 所示。選擇虛擬函數(shù)發(fā)生器輸入不同的信號(hào)，同時(shí)使用數(shù)字 示波器測(cè)的輸出波形，經(jīng)測(cè)試施密特觸發(fā)器可以把 1hz-1mhz 的正弦波等波形整 形為方波信號(hào)，仿真結(jié)果如圖 5.2 所示。 u1a 74ls00d u2b 74ls00d u3c 74ls00d 2 3 xfg1 0 xsc1

60、a b ext trig + + _ _ + _ 4 d3 1n4148 5 1 圖 5.1 整形電路仿真 圖 5.2 整形電路輸出波形仿真 搭建整形電路模塊，測(cè)試電路基本正確，使用數(shù)字示波器測(cè)得輸入輸出波 形如圖 5.3 所示。 圖 5.3 整形電路實(shí)際輸出波形 5.1.25.1.2 分頻模塊調(diào)試分頻模塊調(diào)試 為了達(dá)到 1hz-1mhz 的頻率范圍，使用外部分頻，搭建分頻電路，測(cè)試電路 基本正確，選擇函數(shù)發(fā)生器輸入 1mhz 以下不同頻率的的方波信號(hào)，同時(shí)使用數(shù) 字示波器測(cè)的輸出波形，經(jīng)觀察分頻電路可以把 1mhz 以下不同頻率的方波波形 進(jìn)行十分頻，示波器測(cè)得輸入輸出波形如圖 5.4 所示