1、广西农业职业技术学院论文 1 广西农业职业技术学院 毕业论文 题 目 基于单片机的频率计设计 专 业 应用电子技术 班 级 应用电子技术 101 姓 名 吴程杰 指导教师 姓名 张慧芬 职称 助教 起止日期 2012 年 5 月至 11 月 广西农业职业技术学院论文 1 本人声明 我声明 , 本论文及其设计工作是由本人在指导教师的指导下独立完成的 , 在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 作者： 年 月 日 广西农业职业技术学院论文 1 目 录 摘要 . 1 1 前言 . 2 2 系统总体方案设计 . 3 2.1 测频的原理 . 3 2.2 总体思路 . 4 2.3 总体设计框图
2、 . 4 3 硬件电路具体设计 . 5 3.1 AT89S52 主控制器模块 . 5 3.1.1 AT89S52 的介绍 . 5 3.1.2 复位电路及时钟电路 . 6 3.1.3 引脚功能 . 7 3.1.4 单片机引脚分配 . 9 3.2 电源模块 . 10 3.2.1 直流稳压电源的基本原理 . 10 3.2.2 电源电路设计 . 11 3.3 放大整形模块 . 12 3.4 分频设计模块 . 12 3.4.1 分频电路分析 . 12 3.4.2 74LS6 芯片介绍 . 13 3.4.3 74LS5 芯片介绍 . 14 3.4.4 分频电路 . 15 3.5 显示模块 . 16 3.5
3、.1 数码管介绍 . 16 3.5.2 频率值显示电路 . 16 3.5.3 档位转换指示电路 . 17 4 系统的软件设计 . 17 4.1 软件模块设计 . 17 4.2 中断服务子程序 . 18 4.3 显示子程序 . 19 4.4 量程档自动转换子程序 . 20 5 频率计的系统调试 . 21 5.1 硬 件调试 . 21 广西农业职业技术学院论文 2 5.1.1 电源模块调试 . 21 5.1.2 整形模块调试 . 22 5.1.3 分频模块调试 . 23 5.2 软件调 试 . 24 5.2.1 Pouteus 软件调试 . 24 5.2.2 功能调试 . 25 5.3 系统调试
4、. 26 5.3.1 系统软件调试 . 26 5.4 误差分析 . 26 6 总结 . 27 参考文献 . 28 附录 . 29 致谢 . 36 广西农业职业技术学院论文 1 摘 要 在电子技术中，频率是最基本的参数之一，频率检测是电子测量领域最基本的测量之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都十分密切的关系。频率信号抗干扰性强、易于传输，可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，因此频率计的设计与实现具有重要的意义。 本设计就是用计数的方法，以 单片机 为控制核心，充分利用其软硬件资源，设计并制作了频率计的计数、显示部分。 关键词： 频率计 单片机
5、 计数器 自动切换 广西农业职业技术学院论文 2 1 前言 频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。 数字 频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号、方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。 在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中， 由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观， 经常要用到频率计。 传统的频
6、率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成，产品不但体积大，运行速度慢而且测量低频信号不准确。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，测量准确度高，响应速度快，体积小 等优点 1。 在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。 单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范围十分广泛。其中以
7、 AT89S52 为内核的单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要 2。 广西农业职业技术学院论文 3 2 系统总体方案设计 2.1 测频的原理 测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。 被测信号，通过输入通道的放大器放大后，进入整形器加以整形变为矩形波，并送入主门的输入端3。由晶体振荡器产生的基频，按十进制分频得出的分频脉冲，经过基选通门去触发主控电路，再通过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被 .测信号所产生的矩形波，至十进制计数电路进行直接计数和显示。若在一定的时间间隔 T 内累计周期性的重复变化
8、次数 N，则频率的表达式为式： Nfx=T 图 1说明了测频的原理及误差产生的原因。 时基信号 待测信号 丢失（少计一个脉冲） 计到 N 个脉冲 多余（比实际多出了 0.x 个脉冲） 图 1 测频原理 在图中，假设时基信号为 KHZ，则用此法测得的待测信号为 KHZ 5=5KHZ。但从图中可以看出，待测信号应该在 5.5KHZ 左右，误差约有 0.5/5.5 9.%。这个误差是比较大的，实际上，测量的脉冲个数的误差会在之间。假设所测得的脉冲个数为 N，则所测频率的误差最大为 = （ N-） *00%。显然，减小误差的方法，就是增大 N。本频率计要求测频误差在以下，则 N应大于 000。通过计算
9、，对 KHZ 以下的信号用测频法，反应的时间长于或等于 0S，。由此可以得出一个初步结论：测频法适合于测高频信号。 频率计数器严格地按照 Nf=T 公式进行测频 4。由于数字测量 的离散性，被测频率在计数器中所记进的脉冲数可有正一个或负一个脉冲的 1 量化误差，在不计其他误差影响的情况下，测量精度将为： 广西农业职业技术学院论文 4 1()fA N 应当指出，测量频率时所产生的误差是由 N 和 T 俩个参数所决定的，一方面是单位时间内计数脉冲个数越多时，精度越高，另一方面 T 越稳定时，精度越高。为了增加单位时间内计数脉冲的个数，一方面可在输入端将被测信号倍频，另一方面可增加 T 来满 足，为
10、了增加 T 的稳定度，只需提高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能达到。 上述表明，在频率测量时，被测信号频率越高，测量精度越高。 2.2 总体思路 频率计是我们经常会用到的实验仪器之一 ， 频率的测量实际上就是在 单位 时间内对信号进行计数 ,计数值就是信号频率。 本文介绍了一种基于 单片机 AT89S52 制作的频率计的设计方法 ,所制作的频率计 测量比较高的频率采用外部十分频，测量较低频率值时采用单片机直接计数，不进行外部分频 。该频率计实现 0HZ2MHZ 的 频率测量 ,而且可以实现量程自动切换功能，四位共阳极动态显示测 量结果，可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。
11、2.3 总体设计框图 根据上述系统分析，频率计系统设计有单片机控制模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块等组成，频率计的总体设计框图如图 2所示。 图 2 频率计总体设计框图 数码管显示 信号放 大 整形 分频电路 驱动电路 微控制器 AT89S52 5V 电源 广西农业职业技术学院论文 5 3 硬件电路具体设计 根据系统设计的要求，频率计实际需要设计的硬件系统主要包括以下几个部分：AT89S52 单片机最小系统模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块，下面将分别给予介绍。 3.1 AT89S52 主控制器模块 3.1.1 AT89S52 的介绍 8位单片机是 MSC-5 系
12、列产品升级版 5，有世界著名半导体公司 ATMEL 在购买 MSC-5设计结构后，利用自身优势技术 （掉电不丢数据）闪存生产技术对旧技术进行改进和扩展，同时使用新的 半导体生产工艺，最终得到成型产品。与此同时，世界上其他的著名公司也通过基本的 5 内核，结合公司自身技术进行改进生产，推广一批如 5F020 等高性能单片机。 AT89S52 片内集成 256 字节程序运行空间、 8K 字节 Flash 存储空间，支持最大 64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在 0-33M 之间。片内资源有 4 组 I/O 控制端口、 3 个定时器、 8 个中断、软件设置低能耗模式
13、、看门狗和断电保护。可以在 4V 到 5.5V 宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线，仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销 0 年不衰。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插 DIP-40 的封装。 AT89S52 引脚如下图 3 所示。 广西农业职业技术学院论文 6 图 3 T89S52 引脚图 3.1.2 复位电路 及时钟电路 复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种：上电复位（图 4）和手动复位（图 5）。 RST单片机C1R1GNDVCCRST单片机C2R2GNDVCCR3S?SW-PB图 4 上电复位 图 5 手动复位 有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位。所以本次设计选用手动复位。 高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能 6。但是告诉对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。 考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适频率的晶振对
