基于單片機的數(shù)字計頻器課件

1、課題：基于單片機數(shù) 字頻率計指導老師：余勝制作人：謝叮咚譚治明曹鈺1.數(shù)字頻率計的發(fā)展和意義 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類分立電子元件及其所構(gòu)成的相關(guān)功能單元，已逐步被功能更強大、性能更穩(wěn)定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外圍電路構(gòu)成的各種自動控制、自動測量、自動顯示電路遍及各種電子產(chǎn)品和設備已廣泛應用于各個領域，更新?lián)Q代速度可謂日新月異。與傳統(tǒng)的測量方式相比，運用了單片機頻率計有著體積更小，運算速度更快，測量范圍更寬和制作成本更低的優(yōu)點。由于傳統(tǒng)的頻率計中有許多功能是依靠硬件來實現(xiàn)的，而采用單片機測量頻率之后，有許多以前需要用硬件才能實現(xiàn)的功能現(xiàn)在僅僅依靠軟件編程就能實現(xiàn)，而且

2、不同的軟件編程代碼能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，從而大大降低了制作成本。數(shù)字頻率計主要實現(xiàn)方法有直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式四種。直接式的優(yōu)點是速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復雜、雜散多，一般只應用在地面雷達中。鎖相式和直接數(shù)字式都同時具有容易實現(xiàn)產(chǎn)品系列化、小型化、模塊化和工程化的特點，其中，鎖相式更是以其容易實現(xiàn)相位同步的自動控制且低功耗的特點成為眾多業(yè)內(nèi)人士的首選，應用最為廣泛。2.課題設計要求 用十進制數(shù)字顯示被測信號的頻率，能測量正弦信號、方波信號、尖脈沖信號以及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。能測量周期性正弦方波信號.測量范圍100Hz100kHz。測量正弦信號、方波信號,測量范圍100H

3、z100kHz。應用單片機為主控芯片，完成算術(shù)運算和控制功能，并采用LED數(shù)碼管顯示所測頻率。系統(tǒng)設計思路以單片機AT89C52單片機為核心，設計一種數(shù)字頻率計，它由放大整形電路、分頻電路、多路選擇器（用T0、T1分別計數(shù)）、單片機、顯示電路等組成，應用單片機中的定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)等完成頻率的測量。在整個設計過程中，放大整形電路是把非矩形波轉(zhuǎn)化成矩形波，這樣單片機才能識別；分頻電路是為了測量更高頻率的信號，多路數(shù)據(jù)選擇器是用來選擇輸入信號的；單片機用來測量頻率和切換量程等；顯示電路用來顯示頻率值。所制作的頻率計采用外部十分頻，實現(xiàn)1Hz10MHz的頻率測量，而且可以實現(xiàn)量程自動切換，通過四

4、位數(shù)碼管顯示頻率值，再用不同的LED發(fā)光二極管顯示頻率值的單位。設計框圖 3.1 單片機模塊以AT89C52單片機為控制核心，來完成對待測信號的計數(shù)、譯碼和顯示以及對分頻比的控制，利用其內(nèi)部的定時計數(shù)器完成待測信號頻率的測量。單片機AT89C52內(nèi)部具有3個16位定時計數(shù)器，定時計數(shù)器的工作可以由編程來實現(xiàn)定時、計數(shù)和產(chǎn)生計數(shù)溢出時中斷要求的功能。AT89C52介紹 AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準

5、MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。PDIP封裝的AT89C52引腳圖 T0、T1定時/計數(shù)器 1.工作方式選擇位M1,M0 M1,M0兩位確定計數(shù)器的結(jié)構(gòu)方式，其對應關(guān)下如下表：2.定時器方式和外部事件計數(shù)方式選擇位C/T C/T=0為定時方式。在定時方式中，以振蕩器輸出時鐘脈沖的十二分頻信號作為計數(shù)信號，也就是每一個機器周期定時器加“1”。若晶振為12MHZ，則定時器計數(shù)頻率為1MHZ，計數(shù)的脈沖周期為1us。定時器從初值開始加“1”計數(shù)直至定時器溢出所需的時間是固定的，所以稱為定時方式。 C/T=1為外部事件

6、計數(shù)方式，這種方式采用外部引腳（T0為P3.4，T1為P3.5）上的輸入脈沖作為計數(shù)脈沖。內(nèi)部硬件在每個機器周期采樣外部引腳的狀態(tài)，當一個機器周期采樣到高電平，接著的下一個機器周期采樣到低電平時計數(shù)器為1，也就是說在外部輸入電平發(fā)生負跳變時為1。外部事件計數(shù)時最高計數(shù)頻率為晶振頻率的二十四分之一，外部輸入脈沖高電平和低電平時間必須在一個機器周期以上。對外部輸入脈沖計數(shù)的目的通常是為了測試脈沖的周期、頻率或?qū)斎氲拿}沖數(shù)進行累加。 3. 門控位GATE GATE為1時，定時器的計數(shù)受外部引腳輸入電平的控制（INT0控制T0的計數(shù)，INT1控制T1的計數(shù)）；GATE為0時定時器計數(shù)不受外部引腳輸入

7、電平的控制。 T2CON（T2的控制寄存器）,字節(jié)地址0C8H：位地址 0CFH 0CEH 0CDH 0CCH 0CBH 0CAH 0C9H 0C8H符 號 TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RT2各位的定義如下：TF2： 定時/計數(shù)器2溢出標志，T2溢出時置位，并申請中斷。只能用軟件清除，但T2作為波特率發(fā)生器使用的時候，(即RCLK=1或TCLK=1),T2溢出時不對TF2置位。EXF2：當EXEN2=1時，且T2EX引腳（P1.0）出現(xiàn)負跳變而造成T2的捕獲或重裝的時候，EXF2置位并申請中斷。EXF2也是只能通過軟件來清除的。RCLK：串行接收時

8、鐘標志，只能通過軟件的置位或清除；用來選擇T1（RCLK=0）還是T2（RCLK=1）來作為串行接收的波特率產(chǎn)生器TCLK：串行發(fā)送時鐘標志，只能通過軟件的置位或清除；用來選擇T1（TCLK=0）還是T2（TCLK=1）來作為串行發(fā)送的波特率產(chǎn)生器EXEN2：T2的外部允許標志，只能通過軟件的置位或清除；EXEN2=0：禁止外部時鐘觸發(fā)T2定時/計數(shù)器3.2 分頻模塊 采用12MHZ的時鐘，最大計數(shù)速率為500 kHz，因此需要外部分頻。分頻電路用于擴展單片機頻率測量范圍，并實現(xiàn)單片機頻率測量使用統(tǒng)一信號，可使單片機測頻更易于實現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差。為了測量提高精度，當被測信號頻率值

9、較低時，直接使用單片機計數(shù)器計數(shù)測得頻率值；當被測信號頻率值較高時采用外部十分頻后再計數(shù)測得頻率值。這兩種情況使用TO(P3.4）和T1（P3.5)計數(shù)選擇，由單片機先簡單測得被測信號是高頻信號還是低頻信號，然后根據(jù)信號頻率值的高低進行通道的相應導通，繼而測得相應頻率值。因此此模塊主要包括分頻器74LS161、與非門74LS00。74LS161芯片 74LS161是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器 。74161的功能表 從表中可以知道，當清零端RD=“0”，計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候為異步復位功能。當RD=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74

10、LS161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RD=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應用計數(shù)器的異步清零功能和同步計數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。本文組成了十進制的分頻器。頻率數(shù)值顯示電路 圖1 共陽極數(shù)碼管顯示電路圖 頻率數(shù)值單位顯示電路圖2 LED檔位指示電路當輸入信號為46.3KHZ的正弦波圖3仿真軟件中輸出結(jié)果 當輸入信號為9.643MHZ的方波信號圖4 仿真軟件輸

11、出為9.643MHZ當輸入超過量程時的仿真圖實物調(diào)試圖片輸入為方波信號（其中白燈為檔位）輸入為265.2HZ，顯示為265H當輸入為.方波信號時，輸出為.（其中綠燈為檔位）結(jié)論 數(shù)字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進制數(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間內(nèi)變化的物理量。在進行模擬、數(shù)字電路的設計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計。 目前測量頻率的方法主要有脈沖定時測頻法，脈沖周期測頻法，脈沖倍頻測頻法和脈沖分頻測頻法等。本次設計采用脈沖定時測頻法和脈沖分頻測頻法，電路簡單，軟件代碼通俗易懂。通過此次設計，熟練掌握了C語言的編寫，仿真軟件Proteus、Keil軟件和DXP2004制版軟件的應用，了解了相關(guān)元件的基本知識，同時還熟練掌握了對文