簡易頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、 分類號 udc 單位代碼 10644 密 級 公 開 學(xué) 號 2008050248 學(xué)學(xué)士士學(xué)學(xué)位位論論文文 簡易頻率計(jì)的設(shè)計(jì)簡易頻率計(jì)的設(shè)計(jì) thethe designdesign ofof simplesimple frequencyfrequency countercounter 論文作者： 聶德軍 指導(dǎo)教師： 伍世云 系 別： 物理與工程技術(shù)系 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 提交論文日期： 年 月 日 論文答辯日期： 年 月 日 學(xué)位授予單位：四川文理學(xué)院 中 國 達(dá) 州 2012 年 月 摘摘 要要 頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的參數(shù)之一，在許多測量方案以及測量結(jié)果中 都會涉及到頻率測量

2、的相關(guān)問題，頻率精確測量的重要性顯而易見。 在本設(shè)計(jì)中就介紹了頻率測量的原理以及一種簡易頻率計(jì)的制作方法。由于 待測信號未知，它有可能是正弦波，有可能是三角波，也有可能是方波。通過施 密特觸發(fā)器把待測信號轉(zhuǎn)換為可以計(jì)數(shù)的脈沖信號，再由單片機(jī)計(jì)數(shù)輸出到合適 的電子顯示元件以十進(jìn)制顯示出來。 本文重點(diǎn)介紹了以 at89c52 單片機(jī)為對系統(tǒng)各個(gè)部件的控制來實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路 的信號頻率采集、測量、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、以及顯示最終結(jié)果的功能，結(jié)合外圍電子電 路得以頻率和周期的測量，并用十進(jìn)制數(shù)字來顯示被測信號的頻率和周期。本數(shù) 字頻率計(jì)的硬件部分是采用 proteus isis 繪制的，proteus 和 keil

3、 聯(lián)合做 系統(tǒng)仿真，軟件部分的單片機(jī)控制程序的編寫使用的是 c 語言本。本系統(tǒng)的最大 優(yōu)點(diǎn)就是它結(jié)構(gòu)簡單易懂，制作起來也并不算麻煩，其缺點(diǎn)就是容易受自身電路 元件以及周圍環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致測量結(jié)果與實(shí)際值的偏差。 關(guān)鍵詞：單片機(jī) at89c52 電路原理 頻率測量 周期測量 abstractabstract frequency is one of the basic parameters in the field of electronic technology, many measurement programs, as well as measurement results are re

4、lated to the frequency measurement, and frequency of accurate measurement of obvious importance. in this design on a frequency measurement principle and method of making a simple frequency meter. the test signal is unknown, it may be a sine wave, there is a triangle wave, there may be a square wave.

5、 converted to a test signal through the schmitt trigger pulse signal can count, count by the microcontroller output to the appropriate electronic display elements displayed in decimal. this paper focuses on at89c52 microcontroller for control of the system in various parts of to achieve the entire c

6、ircuit signal frequency acquisition, measurement and conversion data, and display the final results feature, combined with the external electronic circuit can be frequency and period of measurement, and use decimal numbers to display of the measured signal frequency and period. the digital hardware

7、part of the frequency meter using the proteus the isis draw, the proteus, and keil do system simulation software part of the microprocessor control program written using c language in this. the biggest advantage of this system is its structure is simple, the production is not too troublesome, the dr

8、awback is vulnerable to its own circuit elements, as well as the surrounding environment, resulting in the deviation of measurement results and the actual value. keywords:keywords: scm at89c52 circuit schematic frequency measurement cycle measurement 目 錄 摘 要 .i abstract .ii 第一章 緒論.1 1.1 頻率計(jì)應(yīng)用概述.1 1.

9、2 數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)介紹.2 1.2.1 課題研究的目的和意義.2 1.2.2 國內(nèi)外數(shù)字頻率計(jì)的研究現(xiàn)狀.2 第二章 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) .4 2.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求.4 2.2 總體框架和測量方案.4 2.2.1 測量方法論證.6 2.2.2 計(jì)時(shí)方案選擇.9 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)及仿真 .10 3.1 整體電路介紹.10 3.2 信號整形電路.10 3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).12 3.4 施密特觸發(fā)器整形仿真與功能仿真.13 3.5 顯示方案.17 3.5.1 led 方案.17 3.5.2 lcd1602 方案.17 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .19 4.1 軟件編程思想.19 4.2

10、主要程序段及軟件流程圖.19 4.2.1 頻率周期測量流程圖.19 4.2.2 總流程圖.20 結(jié)論 .22 參考文獻(xiàn) .23 致謝 .24 附：程序代碼 .25 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 頻率計(jì)應(yīng)用概述頻率計(jì)應(yīng)用概述 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。 其最基本的工作原理為：當(dāng)被測信號在特定時(shí)間段 t 內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為 n 時(shí)，則被 測信號的頻率 f=n/t。電子計(jì)數(shù)器是一種基礎(chǔ)測量儀器，到目前為止已有 30 多年 的發(fā)展史。早期，設(shè)計(jì)師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展測量范圍，再加上提高測量精 度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計(jì)算器的技術(shù)水平，決定電

11、子計(jì)數(shù)器價(jià)格 高低的主要依據(jù)。目前這些基本技術(shù)日臻完善，成熟。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地 將電子計(jì)數(shù)器的測頻上限擴(kuò)展到微波頻段。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對電子計(jì)數(shù)器也提出了新的要求。對于低檔產(chǎn)品 要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價(jià)格低。而對于中高檔產(chǎn)品， 則要求有高分辨率，高精度，高穩(wěn)定度，高測量速率；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，統(tǒng)計(jì)分析功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含 電壓測量等其他功能。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)，對于生產(chǎn)廠家來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(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

12、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。在測試通訊、微波器件或產(chǎn)品時(shí)， 通常都是較復(fù)雜的信號，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。為了能正確地測量不同類型 的信號，必須了解待測信號特性和各種頻率測量儀器的性能。微波計(jì)數(shù)器一般使 用類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。雖然所有的微波計(jì)數(shù)器都是用來完成計(jì)數(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)、使得不同型號的 計(jì)數(shù)器性能和價(jià)格會有所差別， 比如說一些計(jì)數(shù)器可以測量脈沖參數(shù)，并提供類似于頻率分析儀的屏

13、幕顯示,對 這些功能具有不同功能不同規(guī)格的眾多儀器，我們應(yīng)該視測試需要正確地選擇， 以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)和最佳的應(yīng)用效果。 1.21.2 數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)介紹數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)介紹 1.2.11.2.1 課題研究的目的和意義課題研究的目的和意義 數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量 儀器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字，顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功 能是測量正弦信號，方波信號以及其他各種單位時(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)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速， 精度高，顯示直觀，在教學(xué)、科研、高精度儀器測量、工業(yè)控制等領(lǐng)域都有較廣 泛的應(yīng)用。

14、頻率測量對生產(chǎn)過程監(jiān)控有很重要的作用,可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的異 常情況,以便迅速做出處理。 本次設(shè)計(jì)針對方波，正弦波進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)，通過通過信號源處理電路的、單 片機(jī)、數(shù)碼管等器件實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)的功能。學(xué)會運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)處理電路和保護(hù) 電路，編寫程序，運(yùn)用軟件設(shè)計(jì)電路圖，并對整個(gè)電路進(jìn)行完整的說明，讓自己 逐漸掌握設(shè)計(jì)的過程以及論文的編寫。 1.2.21.2.2 國內(nèi)外數(shù)字頻率計(jì)的研究現(xiàn)狀國內(nèi)外數(shù)字頻率計(jì)的研究現(xiàn)狀 隨著社會的飛速發(fā)展，電子元件的換代也越來越快，越來越精密。頻率計(jì)數(shù) 器作為測量設(shè)備，也被賦予更高的要求，智能化、高精度化、多功能化，是現(xiàn)代 社會對頻率計(jì)的要求。目前國外市場上的頻率計(jì)數(shù)器

15、,都是基于脈沖計(jì)數(shù)的原理, 其功能除了直接測量頻率值外,還可測量信號周期、多周期、時(shí)間間隔、脈沖寬 度、頻率比、占空比、統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)等,有的甚至可以測量頻率參數(shù)以外的參數(shù),如電 壓、相位、功率等。這種以頻率測量為主體的多功能數(shù)字式測量儀器,也稱電子 計(jì)數(shù)器。這些國內(nèi)產(chǎn)品雖然在采用大規(guī)模集成電路和專用集成電路、改進(jìn)設(shè)計(jì)、 強(qiáng)化多功能和小型化等方面取得很大進(jìn)展,但其技術(shù)性能與國外同類先進(jìn)產(chǎn)品相 比,仍有差距。這既反映出國內(nèi)產(chǎn)品更新?lián)Q代的緩慢,也反映出國內(nèi)生產(chǎn)廠家跟蹤 國際先進(jìn)技術(shù)的不力。 電國際上數(shù)字頻率計(jì)的分類很多。按功能分類，電子計(jì)數(shù)器有通用和專用之 分。 通用型計(jì)數(shù)器：是一種具有多種測量功能、多

16、種用途的萬能計(jì)數(shù)器。它可測 量頻率、周期、多周期平均值、時(shí)間間隔、累加計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)等；若配上相應(yīng)插件， 就可測相位、電壓、電流、功率、電阻等電量；配上適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，還可進(jìn)行長 度、重量、壓力、溫度、速度等非電量的測量。 專用計(jì)數(shù)器：指專門用來測量某種單一功能的計(jì)數(shù)器。如頻率計(jì)數(shù)器、時(shí)間 計(jì)數(shù)器、特種計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器、予置計(jì)數(shù)器、差值計(jì)數(shù)器、倒數(shù)計(jì)數(shù)器等。 數(shù)字頻率計(jì)按頻段分類：(1)低速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10mhz；(2)中速 計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率 10100mhz；(3)高速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率 100mhz；(4)微波頻率計(jì)數(shù)器：測頻范圍 180ghz 或更高。 第二章第二章 數(shù)字頻率計(jì)

17、的設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 2.12.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 一、任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作一臺數(shù)字顯示的簡易頻率計(jì)。 二、要求： 1、頻率測量： （1） 測量范圍 信號：方波、正弦波；幅度：0.5v5v；頻率： 1hz1mhz （2） 測量誤差0.1% 2、周期測量： （1） 測量范圍 信號：方波、正弦波；幅度：0.5v5v；頻率： 1hz1mhz （2） 測量誤差0.1% 3、顯示： 十進(jìn)制數(shù)字顯示，顯示刷新時(shí)間可調(diào)，對上述三種測量功能分別用不同顏色 的發(fā)光二極管指示。 4、具有自校功能，時(shí)標(biāo)信號頻率為 1mhz。 5、自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源。 2.22.2 總體框總體

18、框架和測量方案架和測量方案 數(shù)字頻率計(jì)主要由四個(gè)部分組成：信號整形部分、單片機(jī)控制部分、時(shí)基 電路部分、數(shù)據(jù)鎖存部分、和數(shù)據(jù)顯示部分。整體框圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 待測信號進(jìn)入系統(tǒng)，信號整形部分會將其整形成脈沖，另一方面，時(shí)基電路 提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)基脈沖，在其上升沿達(dá)到 1s 時(shí)結(jié)束計(jì)數(shù)。而在這 1 秒內(nèi)測得的整 形后的脈沖頻率就是待測信號的頻率。之后單片機(jī)送數(shù)據(jù)鎖存，并等待命令，若 繼續(xù)測量則返回測量，此時(shí)仍可將數(shù)據(jù)送顯示，若無繼續(xù)測量命令則，直接送數(shù) 據(jù)顯示。 這個(gè)方案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是 555 定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器是否能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的 脈沖。因此，如果這點(diǎn)把握不好將直接

19、影響最后的精度。較為合理的解決辦法是， 做實(shí)物時(shí)可以選擇其電容電阻的參數(shù)設(shè)定，用示波器先進(jìn)行測量，直到取得較為 滿意的結(jié)果。如果進(jìn)行外界接受正弦波，方波，三角波進(jìn)行測量，必須經(jīng)過放大 （衰減器，放大器） ，整形（施密特觸發(fā)器，跟隨器）兩個(gè)過程才能轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn) 測量信號，而放大整形過程是由于輸入的信號幅度是不確定的，可能很大也可能 很小，這樣對于輸入信號的測量引起不便，所以也要考慮繳入放大限幅，整形和 阻抗變換。這樣可以最大限度提高精確度。 由于本設(shè)計(jì)中要求所測頻率范圍是 1hz-1mhz。因此，在待測頻率較大時(shí)，由 于單片機(jī)自身頻率的限制，無法完成計(jì)數(shù)。原因是本次設(shè)計(jì)用到的 at89s52 單片

20、 機(jī)采用的是 24m 晶振，而單片機(jī)識別 1 次計(jì)數(shù)時(shí)需要花費(fèi)兩個(gè)機(jī)器周期，因此， 顯示模塊顯示模塊 16021602 lcdlcd 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 復(fù)位電路復(fù)位電路 穩(wěn)壓電源 模塊 整流模塊 施密特觸 發(fā)器 單片機(jī)模塊 at89c52 周期信號 輸入接口 顯示模塊 1602 lcd 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 最大計(jì)數(shù)速度為振蕩頻率的 1/24。不難算出，在采用 24m 晶振的情況下，單片機(jī) 的最大計(jì)數(shù)速度是 24m1/24=mhz，即 1mhz。所以被測信號越接近 1mhz，所測得 的數(shù)據(jù)誤差就越大。當(dāng)待測信號頻率大于 1mhz 時(shí)，單片機(jī)是測不到其頻率的1。 單片機(jī)部分主要是完成計(jì)數(shù)并處理最后

21、數(shù)據(jù)的功能，以及控制各部分的相關(guān) 工作。單片機(jī)的選用為 at89s52 單片機(jī)。 2.2.12.2.1 測測量方法論證量方法論證 由于測量范圍比較大，影響測量結(jié)果，下面是常見的兩種測量方法 1、測頻法 測頻法是指在一定的時(shí)間內(nèi)直接對信號的邊沿觸發(fā)或電平觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)（見 圖 1） ，也可以稱作計(jì)數(shù)法。被測信號是一串計(jì)數(shù)脈沖（實(shí)際中應(yīng)通過放大整形等 到） ，將它加到閘門的一個(gè)輸入端，閘門由門控信號來控制其關(guān)閉時(shí)間。將單位 門控時(shí)間內(nèi)計(jì)得的脈沖送至處理器處理，再經(jīng)顯示器顯示。如圖 1 中，定義被測 信號的頻率為 fx，閘門開啟時(shí)間為 tw,在這段時(shí)間內(nèi)所計(jì)量得到的脈沖個(gè)數(shù)為 nx，則被測信號頻率可以

22、表示為： (1) tw nx fx 不難看出，采用計(jì)數(shù)的測頻方法的測量誤差，一方面決定于閘門時(shí)間 t 準(zhǔn)不準(zhǔn)確， 即由晶振提供的標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度；另一方面決定于計(jì)數(shù)器計(jì)得的數(shù)準(zhǔn)不準(zhǔn)。所 以，計(jì)數(shù)測頻方法的誤差主要有兩項(xiàng)，即標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差和計(jì)數(shù)值誤差。在測量高 頻時(shí)，計(jì)數(shù)值誤差引起的測頻誤差相對較小，所以這種方法比較適合高頻信號的 測量。但測低頻時(shí)，由于計(jì)數(shù)值誤差產(chǎn)生的測頻誤差大得驚人，所以不宜采用直 接測頻方法。此外，從公式（1）中可以看出，要得到頻率 fx，必須知道 tw,和 nx，常用的方法是先已知道其中的一個(gè)量，然后對另外一個(gè)量進(jìn)行測量。例如將 51 單片機(jī)中的一個(gè)定時(shí)器用于得到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的

23、閘門信號 tw，用外部中斷或端口 捕獲的方法接入信號，對交變信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到 nx。舉例來說，如果 tw 為號，對交變信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到 nx。舉例來說，如果 tw 為 1s。則得到的 頻率即為脈沖個(gè)數(shù) nx。 圖 2-2 測頻法示意圖 2、測周法 在前文提到，在對低頻信號進(jìn)行測量時(shí)，如果還采用測頻法，會導(dǎo)致由計(jì)數(shù) 值引起的巨大誤差。因此，在低頻時(shí)通常使用測周法，即利用信號的一個(gè)周期作 為時(shí)間閘門信號，在這個(gè)信號周期對單片機(jī)內(nèi)部的已知脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。如圖 2 所 示：其中基準(zhǔn)信號的周期為，被測信號的周期為，則在被測信號的一個(gè)周期stxt tx 內(nèi)，記錄基準(zhǔn)信號的周期數(shù)為 ns，則被測信

24、號的頻率可以表示為： (2) tsnstx fx 11 從公式(2)中可以看出，要得到頻率 fx，應(yīng)知道和。例如將 51 單片機(jī)中的stsn 一個(gè)定時(shí)器用于內(nèi)部計(jì)數(shù)，其每計(jì)一次的周期時(shí)間即為基準(zhǔn)信號的周期 ts（這個(gè) 由單片機(jī)的晶振和指令運(yùn)行周期決定） ，用外部中斷或端口捕獲的方法接入信號 后，在一個(gè)被測信號的周期開始和周期結(jié)束分別觸發(fā)，在這個(gè)過程中得到的脈沖 個(gè)數(shù)即為。xn 圖 2-3 測周法示意圖 電子計(jì)數(shù)器測頻法主要是將被測頻率信號加到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端，然后讓 計(jì)數(shù)器在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，所得的計(jì)數(shù)值。與被測信號的頻率的關(guān)1st1n1xf 系如下： 11 1 1 1s s xfn t

25、n f 而電子計(jì)數(shù)器測周法則是將標(biāo)準(zhǔn)頻率信號送到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端，而2sf 讓被測頻率信號控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間，所得的計(jì)數(shù)值與的關(guān)系如下：2xf2n2xf 2 2 2 n f f s x 事實(shí)上，無論用哪種方法進(jìn)行頻率測量，其主要誤差源都是由于計(jì)數(shù)器只能 進(jìn)行整數(shù)計(jì)數(shù)而引起的1誤差： n n 1 對于測頻法，有： 1 1 1 1 1 1 11 x s xsf f ftnn n 對于測周法，有： 22 2 2 22 2 1 1 xs x s ft f f nn n 可見，在同樣的下，測頻法的低頻端，誤差遠(yuǎn)大于高頻端，而測周法 st1xf 在 fx2的高頻端，其誤差遠(yuǎn)大于低頻端。理論研究表明，如

26、進(jìn)行 n 次重復(fù)測量然 后取平均，則1誤差會減小 n 倍。如給定1誤差 0，則要求對測頻法要0 ，對測周法則要求因此，對一給定頻率信號進(jìn)行測量時(shí)，用測 0 1 1 x x f f 2 0 2 s x f f fs 頻法 fs1越低越好，用測周法則越高越好。而本次的測量范圍為1-1mhz,相對2sf 屬于低頻范圍，所以本次設(shè)計(jì)使用測頻法進(jìn)行頻率測量。 2.2.22.2.2 計(jì)時(shí)方案選擇計(jì)時(shí)方案選擇 方案一：方案一：使用專用時(shí)鐘芯片 使用微控制器控制專用時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)控制，這種方案有著計(jì)時(shí)精度 高、控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，而且更易于實(shí)現(xiàn)日期 / 時(shí)間顯示、定時(shí)等計(jì)時(shí)擴(kuò)展功 能。 方案二：方案二：采用 m

27、cu 內(nèi)部定時(shí)器 at89c51內(nèi)部含有2個(gè)定時(shí)器，可以利用一個(gè)定時(shí)器計(jì)時(shí)與一個(gè)定時(shí)器計(jì) 數(shù)方式采集頻率信號。 由于方案二具有較好的靈活性、較少的電路器件和較高的性價(jià)比，而且 通過精確的軟件補(bǔ)償使精度完全可以滿足控制需要，所以我們選擇該方案完 成設(shè)計(jì)。 第三章第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)及仿真及仿真 3.13.1 整整體電路介紹體電路介紹 整體電路如下圖 3-1 所示 圖 3-1 整體電路圖 整體電路包含了 4 個(gè)模塊，分別是穩(wěn)壓電源模塊（本模塊本圖未給出）、信 號整形模塊、單片機(jī)模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊。 3.23.2 信號整形電路信號整形電路 我們可以有很多種方法將正弦波轉(zhuǎn)換成方波，例如

28、我們學(xué)過的施密特觸發(fā)器， 傳統(tǒng)的運(yùn)放，以及過零比較器等等。 施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采 用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號電位維持。 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過 程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈 沖信號。這輸入的信號只要幅度達(dá)到某一值時(shí)，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得 到同等頻率的矩形脈沖信號。這些特性組成了我們使用施密特觸發(fā)器的原因，而 且施密特觸發(fā)器的使用頻率比較寬，足夠滿足我們的本次設(shè)計(jì)。 施密特觸發(fā)器的電路連接圖如圖 3-2 所示 圖圖 3-23-2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 3.33.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片

29、機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖圖 3-33-3 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng) 本次設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)為 at89s52 單片機(jī)，系統(tǒng)主要由晶振電路，復(fù)位電路 與單片機(jī)芯片組成。 晶振電路由一個(gè) 24m 的晶振外加兩個(gè) 33pf 的電容組成。由晶振兩端引出的 兩個(gè)引腳和單片機(jī)的 x1 和 x2 相連。 復(fù)位電路由一個(gè)按鍵，兩個(gè)電阻，和一個(gè)電容組成，兩個(gè)電阻的阻值分別為 1k 歐姆和 1k 歐姆，其中 1k 歐姆的電阻要求與地相連。復(fù)位電路與單片機(jī)上的 reset 腳相連。 3.43.4 施密特觸發(fā)器整形仿真與功能仿真施密特觸發(fā)器整形仿真與功能仿真 仿真 1：輸入鋸齒波 頻率：25hz 幅度：6.3v 周期：40000

30、us 圖 3-4 整形前后波形對比 圖 3-5 測得的頻率 圖 3-6 測得的周期 仿真 2：輸入正弦波 頻率：500hz 幅度：6.3v 周期：2000us 圖 3-7 整形前后波形對比 圖 3-8 測得的頻率 圖 3-9 測得的周期 仿真 3：輸入三角波 頻率：1.30khz 幅度：6.3v 周期：768us 圖 3-10 整形前后波形對比 圖 3-11 測得的頻率 圖 3-12 測得的周期 3.53.5 顯示方案顯示方案 3.5.1 led 方案 對于 led 七段數(shù)碼管（圖 3-13），有其自 身的優(yōu)勢，如無汞、節(jié)能、節(jié)材、對環(huán)境 無電磁干擾、無有害射線等。此外，led 七段數(shù)碼管采用

31、低壓供電,無高壓環(huán)節(jié)， 為了絕緣的開銷要小很多，比較經(jīng)濟(jì)，而 且可靠性高。它附件簡單，無啟動器、鎮(zhèn) 流器或超高壓變壓器。結(jié)構(gòu)簡單，具有固體光源 圖 3-13 七段數(shù)碼管 的最大優(yōu)點(diǎn)，不充氣，無玻璃外殼，無氣體密封問題，耐沖擊。而且編程簡單， 使用壽命長。色彩純厚，由半導(dǎo)體 pn 結(jié)自身產(chǎn)生色彩，純正，濃厚，柔和不刺 眼。無需維護(hù)，10 萬小時(shí)壽命，可以使用 50 年，大大減少使用期間的維護(hù)費(fèi) 用。但是它的字符顯示能力有限，無法根據(jù)用戶的要求顯示更為復(fù)雜的文字。由 于本設(shè)計(jì)要完成頻率周期的相互切換，led 無法清晰明了的顯示。 3.5.23.5.2 lcd1602lcd1602 方案方案 圖 3

32、-14 lcd1602 對于液晶顯示來說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)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符。 （16 列 2 行）1602 液 晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液 晶模塊它有若干個(gè) 5x7 或者 5x11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯 示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行 間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形 。 但對于本次設(shè)計(jì)來說，1602 相對接口較少，顯示字符數(shù)量合適，能

33、清楚直觀的顯 示出所測量的內(nèi)容。而且對 1602 進(jìn)行塊狀程序設(shè)計(jì)，容易調(diào)試，便于拆解。 1602 相對擁有友好的人機(jī)界面及良好的顯示功能。特別適用于單片機(jī)智能控制的 可編程人性化顯示。 綜合各方面的考慮，在本次設(shè)計(jì)中我采用的是帶中文字庫的 1602lcd 液晶顯 示器。 第第 4 4 章章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 4.14.1 軟件編程思想軟件編程思想 首先，系統(tǒng)要初始化。利用 at89s51單片機(jī)的 t0、t1的定時(shí)計(jì)數(shù)器功能，來完成 對輸入的信號進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器 t0和 t1的工作方式設(shè)置，由圖可知， t0是工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下，對輸入的頻率信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，但對工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下的 t0，最

34、大計(jì)數(shù)值為 fosc/24，由于 fosc24mhz，因此：t0的最大計(jì)數(shù)頻率為 1mhz。對于頻率的概念就是在一秒只數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，即為頻率值。所以 t1工作在 定時(shí)狀態(tài)下，每定時(shí)1秒中到，就停止 t0的計(jì)數(shù)，而從 t0的計(jì)數(shù)單元中讀取計(jì)數(shù) 的數(shù)值，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。1602顯示出來。 （2） t1工作在定時(shí)狀態(tài)下，最大定時(shí)時(shí)間約為33ms，達(dá)不到1秒的定時(shí)， 所以采用定時(shí)25ms，共定時(shí)400次，即可完成1秒的定時(shí)功能。 計(jì)數(shù)的頻率結(jié)果通過 lcd1602 顯示出來。要求能夠?qū)?1hz1mhz 的信號頻率 進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)誤差不超過1hz。程序見附錄。 4.24.2 主要程序段及軟件流程圖

35、主要程序段及軟件流程圖 4.2.14.2.1 頻率周期測量流程圖頻率周期測量流程圖 圖 4-1 頻率周期測量流程圖 4.2.24.2.2 總流程圖總流程圖 定時(shí) 1s 是否已到 否 是 變量初始化，t0/t1 初 始化（設(shè)置 t0 為外部 脈沖計(jì)數(shù)，t1 為 1s 定 時(shí)） 計(jì)算頻率/周期 結(jié)束 等于 1 等于 2 等于 3 圖 4-2 總流程圖 是否有按鍵按下 否 是 開始，顯示歡迎語 顯示致謝語 結(jié)束 變量 button+1 并 判斷 button%3 值 啟動測周期啟動測頻率 數(shù)據(jù)處理/數(shù)據(jù)顯示 結(jié)論結(jié)論 本次設(shè)計(jì)所做的數(shù)字頻率計(jì)具有比較好的測量精度，較寬的頻率范圍，具有 一定的實(shí)用價(jià)值

36、。 當(dāng)然，這是在所有元器件都是理想狀態(tài)下所得到的結(jié)論，在實(shí)際生活中是難 以做到如此理想狀態(tài)的。因此在我設(shè)計(jì)的過程中就不可避免的遇到了一些問題。 比如說在信號轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì)上，最初的設(shè)計(jì)中在 keil 上做的仿真是完全沒有 問題的，但是真正在連接 proteus 的原理圖的時(shí)候就出現(xiàn)了問題，根本無法將 正弦波整形得到方波信號，只能重新設(shè)計(jì)了 555 定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器。再 者，通過兩個(gè)定時(shí)器中斷對外部信號進(jìn)行計(jì)數(shù)內(nèi)部定時(shí)，當(dāng)外部頻率比較高時(shí)造 成中斷頻繁，這對結(jié)果的精確度和顯示數(shù)據(jù)的輸出造成一定是有影響的。我想， 如果能很好的解決上述的問題，那么該數(shù)字頻率計(jì)的精確度和反應(yīng)速度勢必將有 很大

37、的提高。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1998:13-15. 2郝建國，劉立新，黨建華. 基于單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)j. 西安郵電學(xué)院 學(xué)報(bào)，2003，8(3):1-7. 3彭容修，劉泉，馬建國.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)m湖北：武漢理工大學(xué) 出版社，2007:234-251. 4何立民.mcs-51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)m北京：北京航空航天大 學(xué)出版社，1995:41-43. 5萬福君.單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用m合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 出版社，2004:17-19. 6陳明熒.8051 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材m北京：清華大學(xué)出版社， 2003;22-2

38、6. 7王惠蓮,. 基于單片機(jī)多周期同步測量法的電子頻率計(jì)設(shè)計(jì)j. 科技傳 播,2010:p22. 8李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)m北京：高等教育出版社， 2004:6367. 9張毅坤，陳善久，裘雪紅.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用m西安：西 安電子科技大學(xué)出版 社，1998:23-26. 10艾紅,王捷.數(shù)字頻率計(jì)中 c 語言編程的研究j.儀器儀表學(xué)報(bào), 2002（z1）:7-8. 11徐江豐,陳曦.相關(guān)計(jì)數(shù)法數(shù)字頻率計(jì)的研究與實(shí)現(xiàn)j.電子技術(shù)(上海), 2003(4):16-18. 12馮雷星，楊偉，蘆艷龍.基于單片機(jī)高性價(jià)比頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)j. 2007:p23. 13肖春芳,韓緒鵬,.

39、基于單片機(jī)控制的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)j. 電子設(shè)計(jì)工 程,2012:p1. 致謝致謝 四年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中 所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益 友，無論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓 我在諸多方面都有所成長。感恩之情難以用語言量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語致以最 崇高的敬意。 感謝我的導(dǎo)師伍仕云老師。本論文能夠順利完成，離不開晏老師的悉心指導(dǎo) 和嚴(yán)格要求，伍老師在論文的選題、研究理論、框架結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)整理，直至撰寫、 修改和定稿等各個(gè)環(huán)節(jié)均嚴(yán)格把關(guān)，并投入了大量的時(shí)間和精力。伍老師治學(xué)嚴(yán) 謹(jǐn)，為人

40、幽默，在他身上閃爍著獨(dú)特人格魅力。在跟隨伍老師學(xué)習(xí)的過程中，我 不僅掌握了全新而實(shí)用的學(xué)術(shù)思想和研究方法，也從伍老師身上領(lǐng)略到了他對學(xué) 術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)和認(rèn)真。伍老師嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，平易近人的人格魅力， 令人如沐春風(fēng)，倍感溫馨。 感謝 2008 級電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的同窗好友。在同大家的交往中我學(xué)到很 多，也非?？鞓罚?yàn)橛写蠹椅以谒拇ㄎ睦韺W(xué)院的生活才能如此豐富而充實(shí)。 四年時(shí)光轉(zhuǎn)瞬即逝，然而這段短暫時(shí)光的點(diǎn)點(diǎn)滴滴都將是我生命中的美好回憶。 因而在今后新的征程中，無論面臨多大的困難，我也將懷抱著感激、懷抱著情誼、 懷抱著責(zé)任、懷抱著期望和夢想，堅(jiān)定、自信地走下去。 感謝我最親愛的父母。

41、你們數(shù)十年含辛茹苦、無私的關(guān)愛和奉獻(xiàn)，讓我在漫 長的求學(xué)道路上不感到孤單，讓我在拼搏和奮斗的歷程中不感到疲倦，你們是我 永遠(yuǎn)的牽掛和眷念 最后，我要向在百忙之中抽時(shí)間對本文進(jìn)行審閱、評議和參加本人論文答辯 的各位師長表示感謝！ 附：程序代碼附：程序代碼 #include #include #include #include unsigned char s; sbit d=p37;/測頻 or 測周按鍵/ unsigned char button=0; unsigned char flag0,flag1; /中斷次數(shù)/ unsigned long int m,s_count; /這三個(gè)引腳參考資

42、料 sbit rs=p20;/1602 使能引腳 sbit rw=p21;/1602 讀寫引腳 sbit e=p22; /1602 數(shù)據(jù)/命令選擇引腳 unsigned char xianshi=f=0000000hz; unsigned char s; /* *延時(shí),延時(shí)時(shí)間大概為 140us。 void delay() unsigned char k; int i,j; for(k=0;k3;k+) for(i=0; i=100; i+) for(j=0; j=20; j+); /* 1602 命令函數(shù) void enable(unsigned char del) p0 = del; rs

43、 = 0; rw = 0; e = 0; delay(); e = 1; delay(); /* 1602 寫數(shù)據(jù)函數(shù) void write(unsigned char del) p0 = del; rs = 1; rw = 0; e = 0; delay(); e = 1; delay(); /* 1602 初始化，請參考 1602 的資料 void l1602_init(void) enable(0 x01); enable(0 x38); enable(0 x0c); enable(0 x06); enable(0 xd0); /* 輸入 1602 數(shù)據(jù)的函數(shù) void l1602_st

44、ring(unsigned char hang,unsigned char lie,unsigned char *p) unsigned char a; if(hang = 1) a = 0 x80; if(hang = 2) a = 0 xc0; a = a + lie ; enable(a); while(1) if(*p = 0) break; write(*p); p+; /* 處理頻率的函數(shù) void ch_data() xianshi0=f; xianshi1=; xianshi2=m/1000000+48; /百萬位 xianshi3=(m%1000000)/100000+48; /十萬位 xianshi4=(m%100000)/10000+48; /萬位 xianshi5=(m%10000)/1000+48; /千位 xianshi6=(m%1000)/100+48; /百位 xianshi7=(m%100)/10+48; /十位 xianshi8=m%10+48; /個(gè)位 xianshi9=h; xianshi10=z; /* 處理周期的函數(shù) void