數(shù)字頻率計的課程設(shè)計

1、<p><b>　　數(shù)字頻率計</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．?dāng)?shù)字頻率計簡介…………………..P3</p><p>　　1.1 數(shù)字頻率計的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況…….P3</p><p>　　1.2 本課題研究背景及主要研究意義…..…..P3&l

2、t;/p><p>　　1.3 本課題主要研究內(nèi)容………………….P4</p><p>　　二．?dāng)?shù)字頻率設(shè)計計原理………………P3</p><p>　　1.1設(shè)計原理……………………………..P4</p><p>　　1.2 整體電路圖（基于protues仿真）…..P4 1.3各模塊簡介……………………………..P5</p>&

3、lt;p>　　1.3.1 AT89C51單片機………..……....P5</p><p>　　1.3.2最小系統(tǒng)…………………...…..P7</p><p>　　1.3.3 74LS245…………………….….P8</p><p>　　1.3.4 六位數(shù)碼管………………….…P9</p><p>　　1.3.5其他元件介紹………………

4、…..P11</p><p>　　數(shù)字頻率計工作原理..……….…P11</p><p>　　數(shù)字頻率計的程序………….…..P12 </p><p>　　運行環(huán)境…………………….…....P14</p><p>　　設(shè)計分析……………………...…..P16</p><p>　　1.1結(jié)果分析………………………….

5、..P16</p><p>　　1.2設(shè)計提高…………………….……..P16</p><p>　　1.3參考文獻………………….………..P16</p><p><b>　　一 數(shù)字頻率計簡介</b></p><p>　　1.1 數(shù)字頻率計的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況</p><p>　　數(shù)字頻率計是現(xiàn)

6、代通信測量設(shè)備系統(tǒng)中不可缺少的測量儀器，不但要求電路產(chǎn)生頻率準確的和穩(wěn)定度高的信號，而且能方便的改變頻率。 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(fù)雜、雜散多，一般只應(yīng)用在地面雷達中。 鎖相式的優(yōu)點是相位同步的自動控制，制作頻率高，功耗低，容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。 直接數(shù)字式的優(yōu)點是電路穩(wěn)定、精度高、容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。 隨著

7、單片鎖相式數(shù)字頻率計的發(fā)展，鎖相式和數(shù)字式容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化，性能也越來越好，已逐步成為兩種最為典型，用處最為廣泛的數(shù)字頻率計。 1.2 本課題研究背景及主要研究意義 數(shù)字頻率計是計算機、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，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。在計算機及

8、各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，頻率計是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。本課題采用</p><p>　　二 數(shù)字頻率計設(shè)計原理</p><p><b>　　1.1設(shè)計原理</b></p><p>　　頻率信號易于傳輸，抗干擾性強，可以獲得較好的測量精度。因此，頻率檢測是電子測量領(lǐng)域最基本的測量之一。頻率計的基本原理是用一

9、個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，即閘門時間為1 s。閘門時間可以根據(jù)需要取值，大于或小于1 s都可以。閘門時間越長，得到的頻率值就越準確，但閘門時間越長，則每測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測得的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。一般取1 s作為閘門時間。 數(shù)字頻率計的關(guān)鍵組成部分包括測頻控制信號發(fā)生器、計數(shù)器、鎖存器、譯碼驅(qū)動電路和顯示電路，其

10、原理框圖如圖1所示。</p><p>　　1.2 整體電路圖（基于protues仿真）</p><p><b>　　1.3各模塊簡介</b></p><p>　　1.3.1 AT89C51單片機</p><p>　　單片機品種繁多，就應(yīng)用情況看，應(yīng)用最廣者當(dāng)屬Intel公司的MCS-51系列8位機。在Philips等公司

11、推出新一代80C51系列單片機后，各種型號的80C51層出不窮。</p><p>　　MCS-51系列單片機是Intel公司在總結(jié)MCS-48系列單片機的基礎(chǔ)上于20世紀80年代初推出的高檔8位單片機。MCS-51系列的制成及發(fā)展與HMOS工藝的發(fā)展密切相關(guān) ，HMOS是高性能的NMOS工藝。而CMOS與HMOS工藝的結(jié)合則產(chǎn)生了C-HMOS工藝的產(chǎn)品，例如80C51、80C31等。這類產(chǎn)品既保持了HMOS高速和

12、高封裝密度的特點，又具有CMOS低功耗的優(yōu)點。C-HMOS工藝的單片機具有掉電保護和凍結(jié)運行兩種獨特的處理方式。</p><p><b>　　引腳功能</b></p><p>　　VCC：接正極電源+5v</p><p><b>　　GND：接地</b></p><p>　　RST：復(fù)位信號輸入引腳

13、</p><p>　　XTAL1，XTAL2：接外部晶振引腳，外部時鐘電路如圖1-6</p><p>　　P0，P1，P2，P3：不擴展功能作雙向I/O口用，訪問外部存儲器時，P2，P0分別做地址總線高低8位地址。</p><p>　　本次設(shè)計使用的是STC89C51</p><p><b>　　1.3.2最小系統(tǒng)</b>

14、;</p><p>　　51單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用10~30uF，51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。51單片機最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。51單片機最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用15~33pF

15、，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好</p><p>　　P0口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。其他接口內(nèi)部有上拉電阻，作為輸出口時不需外加上拉電阻。設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t。設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個

16、機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2 ms。 </p><p>　　標識符號 地址 寄存器名稱</p&

17、gt;<p>　　P3 0B0H I/O口3寄存器 TH1 8DH 定時器1高8位</p><p>　　SCON 98H 串行口控制寄存器 SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器</p><p>　　TCON 88H 定時控制寄存器 TL0 8AH 定時器0低8位</p><p>　　TH0 8CH 定時器0高8位

18、 TL1 8BH 定時器1低8位</p><p>　　TH1 8DH 定時器1高8位 TMOD 89H 定時器方式選擇寄存器</p><p>　　PCON 87H 電源控制及波特率選擇寄存器</p><p>　　1.3.3 74LS245</p><p>　　DIR是H時，A→B。74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動LED

19、或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 當(dāng)8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。 當(dāng)片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸；（接收） DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng)CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。 由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74

20、LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD且PSEN有效時，74LS245輸入（P0.1←D1），其它時間處于輸（P0.1→D1）。</p><p>　　1.3.4 六位數(shù)碼管</p><p>　　數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段

21、數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管； </p><p>　　按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。LED數(shù)碼管根

22、據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已?！　?</p><p>　　每一筆劃都是對應(yīng)一個字母表示 DP是小數(shù)點.</p><p>　　動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d

23、,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示。</p>&

24、lt;p>　　1.3.5其他元件介紹</p><p>　　按鍵 蜂鳴器 發(fā)光二級管 排阻</p><p>　　三．?dāng)?shù)字頻率計工作原理</p><p>　　用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，即閘門時間為1 s。閘門時間可以根據(jù)需要取值，大于或小于

25、1 s都可以。閘門時間越長，得到的頻率值就越準確，但閘門時間越長，則每測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測得的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。一般取1 s作為閘門時間。</p><p>　　在1秒內(nèi)，計算出在這段時間內(nèi)，記錄輸入正負脈沖信號的次數(shù)，通常情況下，在按下K1鍵時程序啟動T0定時器和T1計時器，T1計數(shù)器1秒的計數(shù)值就是信息源的頻率值，如果按下K1鍵則啟動定時器與計數(shù)器，在松開K1鍵后顯

26、示頻率（有一個緩沖時間，1S后才會顯示），本次設(shè)計，我們是記錄50ms內(nèi)的記錄次數(shù)，然后記錄20次，從而達到記錄1秒的目的，此時系統(tǒng)所記錄的數(shù)字是以16進制記錄的，在通過相應(yīng)的語句進行轉(zhuǎn)換，將計數(shù)值轉(zhuǎn)換為5偉十進制數(shù)并存入顯示緩沖。如果記錄的頻率值小于9999HZ，那么P3.7口將被賦予高電位，此時與P3.7口相連的綠燈（另一端為低電平）則會發(fā)光，如果記錄的頻率值大于9999HZ的話，那么P3.7將被賦予低電平，此時與P3.7口相連的紅

27、燈和蜂鳴器（另一端相連的為高電平）將會發(fā)光并且響應(yīng)，另外每次變換輸入頻率時，需要重按一次K1鍵，將數(shù)據(jù)清零并重計。</p><p>　　四．頻率計的程序（本課程用C語言編寫，Keil調(diào)試通過）</p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><

28、p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit L=P3^7;</p><p>　　uchar code DSY_CODE[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p>　　uchar Disp_Buffer[] = {0,0,0,0

29、,0};</p><p>　　uchar code DSY_BIT[] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef};</p><p>　　uchar Count = 0;</p><p>　　sbit K1 = P1^0;</p><p><b>　　//延時</b></p><p>

30、;　　void Delay(uchar x)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　while (x--)</p><p>　　for (i=0; i<120; i++);</p><p>&l

31、t;b>　　}</b></p><p><b>　　//主程序</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　IE

32、= 0x8a; //允許T0，T1中斷</p><p>　　TMOD = 0x51; //T1為16位計數(shù)器，T1為16位定時器</p><p>　　TH0 = (65536 - 50000) / 256; </p><p>　　TL0 = (65536 - 50000) % 256;</p><p>&

33、lt;b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if (K1 == 0 ) //如果按下K1鍵則啟動定時器與計數(shù)器</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Delay(10);</p>

34、<p>　　if (K1 == 0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TR1 = TR0 = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else

35、 //松開K1鍵后顯示頻率（1S后才會正常顯示）</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for (i = 0;i < 5; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2 = DSY_BIT[i];</p><p&

36、gt;　　P0 = DSY_CODE[ Disp_Buffer[i] ];</p><p><b>　　Delay(2);</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>

37、</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//中斷子程序</b></p><p>　　void INT_T0() interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint

38、Tmp;</b></p><p>　　TH0 = (65536-50000) / 256;</p><p>　　TL0 = (65536-50000) % 256;</p><p>　　if ( ++Count == 20)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　

39、TR1 = TR0 = 0;</p><p>　　Count = 0;</p><p>　　//將計數(shù)值轉(zhuǎn)換為5位十進制數(shù)并存入顯示緩沖</p><p>　　Tmp = TH1 * 256 + TL1;</p><p>　　Disp_Buffer[4] = Tmp / 10000; </p><p>　　Disp_Bu

40、ffer[3] = Tmp / 1000 % 10;</p><p>　　Disp_Buffer[2] = Tmp / 100 % 10;</p><p>　　Disp_Buffer[1] = Tmp % 100 / 10;</p><p>　　Disp_Buffer[0] = Tmp % 10;</p><p>　　TH1 = TL1 =

41、0; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (Disp_Buffer[4]>=1) </p><p><b>　　L=0;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　

42、L=1;</b></p><p><b>　　}五. 運行環(huán)境</b></p><p>　　利用單片機AT89C51實現(xiàn)頻率計的設(shè)計中用到了兩種軟件：PROTEUS 7.5，Keil uVision4.前者在之前的學(xué)習(xí)中就有所了解，對其運行環(huán)境也比較熟悉。</p><p>　　圖為protues仿真環(huán)境</p>&l

43、t;p>　　在PROTEUS中調(diào)入單片機、數(shù)碼管、LED、或門、晶振、電阻、電容等，對元器件參數(shù)進行相應(yīng)設(shè)置，并進行連線工作，完成了頻率計的原理圖繪制，如上圖。</p><p>　　圖為KEIL集成開發(fā)環(huán)境</p><p>　　程序編寫正確之后，通過Keil軟件進行編譯，生成了HEX文件。</p><p>　　圖為當(dāng)頻率大于9999HZ的時候，頻率計紅燈亮并且

44、蜂鳴器響應(yīng)</p><p>　　圖為當(dāng)頻率小于9999HZ的時候，綠燈亮</p><p><b>　　六.設(shè)計分析</b></p><p><b>　　1.1結(jié)果分析</b></p><p>　　在通過一系列的課程設(shè)計的原理分析，設(shè)計思路整理，相關(guān)的編程，調(diào)試，軟件仿真之后，通過硬件搭建實物焊接并且

45、調(diào)試通過，在一定頻率范圍內(nèi)，在不影響實際測量精度的前提下，本次設(shè)計的頻率計是非常成功的。</p><p><b>　　1.2設(shè)計提高</b></p><p>　　在確保精度的前提下，為更好地適應(yīng)多種實際電路的需要，力求將頻率計的精度精確到小數(shù)點后面兩位，整數(shù)部分提高到6位。</p><p><b>　　1.3參考文獻</b>

46、;</p><p>　　[1] 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分》 康華光 高等教育出出版社</p><p>　　[2] 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分》 康華光 高等教育出出版社</p><p>　　[3] 《C程序設(shè)計第四版》譚浩強 清華大學(xué)出版社</p><p>　　[4] 《單片機原理與應(yīng)用》 張友德 復(fù)旦大學(xué)出版社</p><