一种基于单片机数字频率计的设计与实现.docx

1、 毕业论文（设计）题目：一种基于单片机数字频率计的设计与实现第 1页目 录目 录 .I摘 要 .IIIABSTRACT .IV第一章 绪 论 .11.1 频率计概述 .11.2 频率计发展现状及研究概况 .11.3 本课题研究背景及主要研究意义 .21.4数字频率计的种类 .2第二章 数字频率计的结构设计 .42.1控制电路 .42.2 单片机部分 .52.3 数据显示电路 .62.4 软件设计流程图 .9第三章 频率测量原理 .103.1 测量频率的原理 .103.2 直接测频法 .10第四章 系统设计 .114.1 功能实现 .114.2 硬件部分设计 .114.2.1 信号放大电路 .1

2、14.2.2 单片机 AT89C52 .124.2.3 测量数据显示电路 .134.3 硬件电路工作过程 .144.3.1 直接测频法的工作流程 .15第五章 数字频率计的设计与仿真 .17第 2页5.1电路的设计 .175.1.1电路设计的内容和方法 .175.1.2电路设计的步骤 .185.2 数字频率计的仿真 .19第六章 减小误差措施及扩展方面 .236.1减小误差措施 .236.2扩展方面 .236.3 功能上的完善 .246.3.1 增加键盘控制 .246.3.2 实现自动量程转换 .246.3.3 液晶显示器（LCD）进行数据的显示 .24结 论 .25参考文献 .26致 谢 .

3、27附 录 .281硬件设计原理图： .282 数字频率计测量频率程序： .29第 3页一种基于单片机数字频率计的设计与实现摘 要本文提出设计数字频率计的方案，重点介绍以单片机 AT89C52 为控制核心，实现频率测量的数字频率设计。测频的基本原理是采用在底频段直接测频法，在底频段直接测频法的设计思路，硬件部分由放大电路和整形电路 ，单片机和数计显示电路组成；软件部分由信号频率测量模块和数据显示模块等模块实现。应用单片机的控制功能和数学运算能力，实现计数功能和频率的换算。设计的频率计范围能够达到 1HZ1MHZ,满足所要求的频率范围，测量精度较高。关键词:数字频率计; 单片机 AT89C52;

4、 频率测第 4页第一章 绪 论1.1 频率计概述频率是电子技术领域的一个基本参数，同时也是一个非常重要的参数，因此，频率测量已成为电子测量领域最基本最重要的测量之一。 随着科学技术的不断发展提高，人们对科技产品的要求也相应的提高，数字化的电子产品越来越受到欢迎 。频率计作为比较常用和实用的电子测量仪器，广泛应用于科研机构、学校、家庭等场合，因此它的重要性和普遍性勿庸质疑。数字频率计具有体积小、携带方便；功能完善、测量精度高等优点，因此在以后的时间里，必将有着更加广阔的发展空间和应用价值。比如：将数字频率计稍作改进，就可制成既可测频率，又能测周期、占空比、脉宽等功能的多用途数字测量仪器。将数字频

5、率计和其他电子测量仪器结合起来，制成各种智能仪器仪表，应用于航空航天等科研场所，对各种频率参数进行计量；应用在高端电子产品上，对其中的频率参数进行测量；应用在机械器件上，对机器振动产生的噪声频率进行监控；等等。研究数字频率计的设计和开发，有助于频率计功能的不断改进、性价比的提高和实用性的加强。以前的频率计大多采用TTL数字电路设计而成，其电路复杂、耗电多、体积大、成本高。随后大规模专用IC（集成电路）出现，如ICM7216 ，ICM7226 频率计专用IC，使得频率计开发设计变得简单，但由于价格较高，因此利用IC设计数字频率计的较少。现在，单片机技术发展非常迅速，采用单片机来实现数字频率计的开

6、发设计，实现频率的测量，不但测量准确，精度高，而且误差也很小。在这里，我们将介绍一种简单、实用的基于单片机AT89C52的数字频率计的设计和制作。 1.2 频率计发展现状及研究概况由于当今社会的需要，对信息传输和处理的要求不断提高，对频率的测量的精度也需要更高更准确的时频基准和更精密的测量技术。而频率测量所能达到的精度，主要取决于作为标准频率源的精度以及所使用的测量设备和测量方法。目前，测量频频的方法有直接测频法、内插法、游标法、频差倍增法等等。直接测频的方法较简单，但精度不高。频差倍增多法和周期法是一种1 张国兴.用单片机制作数字频率计J.电子制作，2005，(2)：32. 第 5页频差倍增

7、法和差拍法相结合的测量方法，这种方法是将被测信号和参考信号经频差倍增使被测信号的相位起伏扩大，再通过混频器获得差拍信号，用电子计数器在低频下进行多周期测量，能在较少的倍增次数和同样的取样时间情况下，得到比测频法更高的系统分辨率和测量精度 ，但是仍然存在着时标不稳而引入的误差和一定的触发误差。在电子系统广泛的应用领域中，到处看见处理离散信息的数字电路。供消费用的冰箱和电视、航空通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中都用到数字技术。 数字频率计是现代通信测量设备系统中必不可少的测量仪器，不但要求电路产生频率的准确度和稳定度都高的信号，也要能方便的改变频率。 数字频率计的实现方法主要

8、有：直接式、锁相式、直接数字式和混合式（1）直接式优点：速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。 （2）锁相式优点：相位同步的自动控制，制作频率高，功耗低，容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。 （3）直接数字式优点：电路稳定、精度高、容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。 1.3 本课题研究背景及主要研究意义 因为数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域必不可少的测量仪器，所以频率的测量就显得更为重要。在数字电路中，频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。本课题采用的是直接测频式的频率计，设计

9、原理简单、电路稳定、测量精度高，大大的缩短了生产周期。 . 数字频率计的种类现在市面上通常使用的数字频率计主要有以下几种：（1）采用中小规模数字集成电路，用机械式功能转开关换挡，完成频率，周期 以及脉宽等功能的计数器。此种数字频率计是较早时期的电子产品，到现在中小规模集成电路应用技术2 李建忠.单片机原理及应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2002.1.第 6页不断完善时，它的应用也不断得到加强。但很明显，此种数字频率计已处于淘汰阶段，由于其自身不具备智能化、自动化，完全借助于机械示的操作，对一些智能的频率计功能已无法完成，所以，现在使用这种数字频率计的已经很少。（2）采用现场可编程门阵列

10、（CPLD/FPGA）作为系统控制核心制成的数字频率计。它通过EDA技术和硬件描述语言（VHDL）对进行数字频率计的设计。这种技术是在近几年才发展起来的新技术，具有很大的发展空间和应用价值。 （3）采用单片机为系统控制核心的数字频率计。这种数字频率计具有非常明显的优势：体积小，所用芯片少，精度高，测量范围广，易于扩展功能，智能化、自动化强度高，便于控制。因此采用单片机技术设计数字器件已逐渐成为主流。 第 7页第二章 数字频率计的结构设计本课题设计的是一种以单片机为主控制的频率计。该频率计首先是以信号放大整形后的方波对不同频率范围的信号直接由接口电路送给单片机, 由单片机的计数器对其进行计数,最

11、后通过显示电路显示数值。数字频率计主要由以下几部分组成 ：（1）时基电路；（2）逻辑控制电路；（3）可控制的显示电路。因为单片机内部振荡频率很高, 所以一个机器周期的量化误差相当小, 可以提高低频信号的测量的准确性。 本课题主要是以单片机AT89C52 为核心, 通过计数电路, 以及软件程序的编写, 实现脉冲频率的显示。整体设计思路可用框图2.1 表示。框图中各部分的作用及所采用的器件说明如下：图2.1 设计思路框图2.1 控制电路如图2.2 ，图2.3所示， 控制电路是整机电路设计成败的关键。它逻辑性强，时序关系配合得当。控制电路的作用是：产生一锁存保持信号，使1S内的计数结果显示一段时间，

12、以便观察，下一步输出一清零脉冲，使计数器的原纪录数据清零，准备下次计数。控制电路产生的锁存信号应在1S计数结束，清零信号应在锁存信号产生后产生 。在实际应3 唐俊翟，许雷，张群瞻.单片机原理与应用M.北京：冶金工业出版社，2003.6 .4 公茂法，孙皓，吕常智.简易数字频率计的设计与分析J.山东矿业学院学报(自然科学版)， 1999，18(2)：待测信号AT89C52 单片机停止译码数据显示电路有效位判断？是否第 8页用中，选用可重复触发的单稳态电路74HC00实现，用 0.5S脉冲直接作为单稳态电路的外触发信号，其引脚如图2.2所示。图2.2 整形电路图2.3 逻辑控制电路2.2 单片机部

13、分本次设计采用了AT89C52 单片机, AT89C52是低电压, 高性能CMOS8 位单片机, 片内含8kbyte 的可反复擦写的只读程序存储器。如图2.4所示 44-49第 9页图2.4 AT89C52引脚图系统板上硬件连线 ：（1）把“单片机系统 ”区域中的 P0.0P0.7与“动态数码显示” 区域中ABCDEFGH端口用8芯排线连接。（2 把“单片机系统”区域中的P2.0P2.7 与“动态数码显示 ”区域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用 8芯排线连接。 （3）把“单片机系统 ”区域中的 P3.4（T0）端子用导线连接到“频率产生器” 区域中的WAVE端子上。 2.3 数据显示电路数据显示电路由限流电路和7段数码管组成 , 采用器件LED 显示器。LED 显示器的结构由发光二极管构成a 、b、c 、 d、e、f和g 七段, 并由此得名。本设计中采用了六个七段数码管进行数据显示, 将六个数码管串接起来进行显示, 显示数据即是对频率计的测量结果。如图2.5所以：