基于單片機的頻率計設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計（論文）

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題目：基于單片機的頻率計設(shè)計</p><p>　　學(xué) 生 姓 名： xxx 學(xué)號： xxx</p><p>　　學(xué) 部 （系）： 信息學(xué)部 </p><p>　　專 業(yè) 年 級：

2、 光信1班 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： xxx 職稱或?qū)W位： 副教授 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄I<

3、/b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　AbstractIV</p><p>　　第一章　緒 論1</p><p>　　1.1 頻率計概述1</p><p>　　1.2 頻率計發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況1</p><p>

4、;　　1.3 本課題研究背景及主要研究意義2</p><p>　　1.4數(shù)字頻率計的種類2</p><p>　　第二章　數(shù)字頻率計的結(jié)構(gòu)設(shè)計4</p><p>　　2.1 控制電路4</p><p>　　2.2 單片機部分5</p><p>　　2.3 數(shù)據(jù)顯示電路6</p><p>

5、;　　2.4 軟件設(shè)計流程圖9</p><p>　　第三章　頻率測量原理10</p><p>　　3.1 測量頻率的原理10</p><p>　　3.2 直接測頻法10</p><p>　　第四章　系統(tǒng)設(shè)計11</p><p>　　4.1 功能實現(xiàn)11</p><p>　　4.2 硬

6、件部分設(shè)計11</p><p>　　4.2.1 信號放大電路11</p><p>　　4.2.2 單片機AT89C5212</p><p>　　4.2.3 測量數(shù)據(jù)顯示電路13</p><p>　　4.3 硬件電路工作過程14</p><p>　　4.3.1 直接測頻法的工作流程15</p>

7、<p>　　第五章 數(shù)字頻率計的設(shè)計與仿真17</p><p>　　5.1電路的設(shè)計17</p><p>　　5.1.1電路設(shè)計的內(nèi)容和方法17</p><p>　　5.1.2電路設(shè)計的步驟18</p><p>　　5.2 數(shù)字頻率計的仿真19</p><p>　　第六章 減小誤差措施及擴展方面

8、23</p><p>　　6.1減小誤差措施23</p><p>　　6.2擴展方面23</p><p>　　6.3 功能上的完善24</p><p>　　6.3.1 增加鍵盤控制24</p><p>　　6.3.2 實現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換24</p><p>　　6.3.3 液晶顯示器（

9、LCD）進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示24</p><p><b>　　結(jié) 論25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　附 錄28</b></p

10、><p>　　1硬件設(shè)計原理圖：28</p><p>　　2 數(shù)字頻率計測量頻率程序：29</p><p>　　基于單片機的頻率計設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文提出設(shè)計數(shù)字頻率計的方案，重點介紹以單片機AT89C52為控制核心，實現(xiàn)頻率測量的數(shù)字頻率

11、設(shè)計。測頻的基本原理是采用在底頻段直接測頻法，在底頻段直接測頻法的設(shè)計思路，硬件部分由放大電路和整形電路 ，單片機和數(shù)計顯示電路組成；軟件部分由信號頻率測量模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊等模塊實現(xiàn)。應(yīng)用單片機的控制功能和數(shù)學(xué)運算能力，實現(xiàn)計數(shù)功能和頻率的換算。設(shè)計的頻率計范圍能夠達(dá)到1HZ~1MHZ,滿足所要求的頻率范圍，測量精度較高。</p><p>　　關(guān)鍵詞:數(shù)字頻率計; 單片機AT89C52; 頻率測</p&g

12、t;<p>　　Design of frequency meter based on MCU</p><p>　　Abstract </p><p>　　This article proposes plan design digital frequency meter, highlighting the design taking monolithic integrate

13、d circuit AT89C52 as the control core, the realization frequency measurement of digital frequency meter .Selected design ideas which directly measuring frequency law in the high-band and testing cycle law in the low-band

14、; The hardware partially is composed by enlarged circuit and the reshaping circuit、the microcontroller and the data display electric circuit; The software design is achi</p><p>　　Key Words : digital frequenc

15、y meter; microcontroller AT89C52; Frequency measurments </p><p><b>　　第一章　緒 論</b></p><p><b>　　1.1 頻率計概述</b></p><p>　　頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域的一個基本參數(shù)，同時也是一個非常重要的參數(shù)，因此，頻率測量已

16、成為電子測量領(lǐng)域最基本最重要的測量之一。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展提高，人們對科技產(chǎn)品的要求也相應(yīng)的提高，數(shù)字化的電子產(chǎn)品越來越受到歡迎。頻率計作為比較常用和實用的電子測量儀器，廣泛應(yīng)用于科研機構(gòu)、學(xué)校、家庭等場合，因此它的重要性和普遍性勿庸質(zhì)疑。數(shù)字頻率計具有體積小、攜帶方便；功能完善、測量精度高等優(yōu)點，因此在以后的時間里，必將有著更加廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用價值。比如：將數(shù)字頻率計稍作改進(jìn)，就可制成既可測頻率，又能測周期、占空比、脈寬等功

17、能的多用途數(shù)字測量儀器。將數(shù)字頻率計和其他電子測量儀器結(jié)合起來，制成各種智能儀器儀表，應(yīng)用于航空航天等科研場所，對各種頻率參數(shù)進(jìn)行計量；應(yīng)用在高端電子產(chǎn)品上，對其中的頻率參數(shù)進(jìn)行測量；應(yīng)用在機械器件上，對機器振動產(chǎn)生的噪聲頻率進(jìn)行監(jiān)控；等等。研究數(shù)字頻率計的設(shè)計和開發(fā)，有助于頻率計功能的不斷改進(jìn)、性價比的提高和實用性的加強。以前的頻率計大多采用TTL數(shù)字電路設(shè)計而成，其電路復(fù)雜、耗電多、體積大、成本高。隨后大規(guī)模專用IC（集成電路）出現(xiàn)

18、，如ICM7216，ICM7226頻率計專</p><p>　　1.2 頻率計發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況</p><p>　　由于當(dāng)今社會的需要，對信息傳輸和處理的要求不斷提高，對頻率的測量的精度也需要更高更準(zhǔn)確的時頻基準(zhǔn)和更精密的測量技術(shù)。而頻率測量所能達(dá)到的精度，主要取決于作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源的精度以及所使用的測量設(shè)備和測量方法。目前，測量頻頻的方法有直接測頻法、內(nèi)插法、游標(biāo)法、頻差倍增法等等。直接

19、測頻的方法較簡單，但精度不高。頻差倍增多法和周期法是一種頻差倍增法和差拍法相結(jié)合的測量方法，這種方法是將被測信號和參考信號經(jīng)頻差倍增使被測信號的相位起伏擴大，再通過混頻器獲得差拍信號，用電子計數(shù)器在低頻下進(jìn)行多周期測量，能在較少的倍增次數(shù)和同樣的取樣時間情況下，得到比測頻法更高的系統(tǒng)分辨率和測量精度，但是仍然存在著時標(biāo)不穩(wěn)而引入的誤差和一定的觸發(fā)誤差。</p><p>　　在電子系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中，到處看見處理

20、離散信息的數(shù)字電路。供消費用的冰箱和電視、航空通訊系統(tǒng)、交通控制雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設(shè)計過程中都用到數(shù)字技術(shù)。 數(shù)字頻率計是現(xiàn)代通信測量設(shè)備系統(tǒng)中必不可少的測量儀器，不但要求電路產(chǎn)生頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度都高的信號，也要能方便的改變頻率。 </p><p>　　數(shù)字頻率計的實現(xiàn)方法主要有：直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式</p><p><b>　?。?）直接式</b

21、></p><p>　　優(yōu)點：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(dá)中。 </p><p><b>　?。?）鎖相式</b></p><p>　　優(yōu)點：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。 </p><p><b>　?。?）直接數(shù)字式&l

22、t;/b></p><p>　　優(yōu)點：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。 </p><p>　　1.3 本課題研究背景及主要研究意義 </p><p>　　因為數(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)域必不可少的測量儀器，所以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

23、及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。本課題采用的是直接測頻式的頻率計，設(shè)計原理簡單、電路穩(wěn)定、測量精度高，大大的縮短了生產(chǎn)周期。 </p><p>　　1.4數(shù)字頻率計的種類</p><p>　　現(xiàn)在市面上通常使用的數(shù)字頻率計主要有以下幾種：</p><p>　　（1）采用中小規(guī)模數(shù)字集成電路，用機械式功能轉(zhuǎn)開關(guān)換擋，完成頻率，周期 以及脈寬等功能的計數(shù)器。此種

24、數(shù)字頻率計是較早時期的電子產(chǎn)品，到現(xiàn)在中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)不斷完善時，它的應(yīng)用也不斷得到加強。但很明顯，此種數(shù)字頻率計已處于淘汰階段，由于其自身不具備智能化、自動化，完全借助于機械示的操作，對一些智能的頻率計功能已無法完成，所以，現(xiàn)在使用這種數(shù)字頻率計的已經(jīng)很少。</p><p>　?。?）采用現(xiàn)場可編程門陣列（CPLD/FPGA）作為系統(tǒng)控制核心制成的數(shù)字頻率計。它通過EDA技術(shù)和硬件描述語言（VHDL）對

25、進(jìn)行數(shù)字頻率計的設(shè)計。這種技術(shù)是在近幾年才發(fā)展起來的新技術(shù)，具有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用價值?！?lt;/p><p>　?。?）采用單片機為系統(tǒng)控制核心的數(shù)字頻率計。這種數(shù)字頻率計具有非常明顯的優(yōu)勢：體積小，所用芯片少，精度高，測量范圍廣，易于擴展功能，智能化、自動化強度高，便于控制。因此采用單片機技術(shù)設(shè)計數(shù)字器件已逐漸成為主流?！?lt;/p><p>　　第二章　數(shù)字頻率計的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p&g

26、t;<p>　　本課題設(shè)計的是一種以單片機為主控制的頻率計。該頻率計首先是以信號放大整形后的方波對不同頻率范圍的信號直接由接口電路送給單片機, 由單片機的計數(shù)器對其進(jìn)行計數(shù),最后通過顯示電路顯示數(shù)值。數(shù)字頻率計主要由以下幾部分組成：（1）時基電路；（2）邏輯控制電路；（3）可控制的顯示電路。因為單片機內(nèi)部振蕩頻率很高, 所以一個機器周期的量化誤差相當(dāng)小, 可以提高低頻信號的測量的準(zhǔn)確性。本課題主要是以單片機AT89C52

27、為核心, 通過計數(shù)電路, 以及軟件程序的編寫, 實現(xiàn)脈沖頻率的顯示。整體設(shè)計思路可用框圖2.1 表示?？驁D中各部分的作用及所采用的器件說明如下：</p><p>　　圖2.1 設(shè)計思路框圖</p><p><b>　　2.1控制電路</b></p><p>　　如圖2.2 ，圖2.3所示， 控制電路是整機電路設(shè)計成敗的關(guān)鍵。它邏輯性強，時序關(guān)

28、系配合得當(dāng)?？刂齐娐返淖饔檬牵寒a(chǎn)生一鎖存保持信號，使1S內(nèi)的計數(shù)結(jié)果顯示一段時間，以便觀察，下一步輸出一清零脈沖，使計數(shù)器的原紀(jì)錄數(shù)據(jù)清零，準(zhǔn)備下次計數(shù)。</p><p>　　控制電路產(chǎn)生的鎖存信號應(yīng)在1S計數(shù)結(jié)束，清零信號應(yīng)在鎖存信號產(chǎn)生后產(chǎn)生。在實際應(yīng)用中，選用可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路74HC00實現(xiàn)，用0.5S脈沖直接作為單穩(wěn)態(tài)電路的外觸發(fā)信號，其引腳如圖2.2所示。</p><p>

29、<b>　　圖2.2 整形電路</b></p><p>　　圖2.3 邏輯控制電路</p><p><b>　　2.2 單片機部分</b></p><p>　　本次設(shè)計采用了AT89C52 單片機, AT89C52是低電壓, 高性能CMOS8 位單片機, 片內(nèi)含8kbyte 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器。如圖2.4所示 &

30、lt;/p><p>　　圖2.4 AT89C52引腳圖</p><p>　　系統(tǒng)板上硬件連線 ：</p><p>　　（1）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0－P0.7與“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中ABCDEFGH端口用8芯排線連接。</p><p>　?。? 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0－P2.7與“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1S2S3S4S5S

31、6S7S8端口用8芯排線連接。 </p><p>　?。?）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.4（T0）端子用導(dǎo)線連接到“頻率產(chǎn)生器”區(qū)域中的WAVE端子上。 </p><p>　　2.3 數(shù)據(jù)顯示電路</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示電路由限流電路和7段數(shù)碼管組成, 采用器件LED 顯示器。LED 顯示器的結(jié)構(gòu)由發(fā)光二極管構(gòu)成a、b、c、d、e、f和g 七段, 并由此得名

32、。本設(shè)計中采用了六個七段數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示, 將六個數(shù)碼管串接起來進(jìn)行顯示, 顯示數(shù)據(jù)即是對頻率計的測量結(jié)果。如圖2.5所示：</p><p>　　圖2.5 顯示電路圖</p><p>　　其流程框圖如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 LED動態(tài)顯示流程圖</p><p>　　要顯示的數(shù)據(jù)以BCD碼的方式存放在單片機RAM的存儲單

33、元中。首先將位選碼、段選碼初始化賦值，分別送單片機端口，通過查表將存儲單元的數(shù)據(jù)送LED顯示；調(diào)延時程序，指向下一個顯示單元，直到所有位顯示完退出。</p><p>　　在通過軟件實現(xiàn)動態(tài)顯示的時候，需要用到字型碼查表圖，現(xiàn)將表1列出下：</p><p>　　表1 七段LED顯示器共陰極字型碼</p><p>　　2.4 軟件設(shè)計流程圖</p><

34、;p>　　本設(shè)計中軟件流程如圖2.7 所示。為使圖1所示流程能順利地完成預(yù)期的功能, 在初始化部分, 計數(shù)部分, 4byte 除法部分, 數(shù)據(jù)顯示部分都分別設(shè)計了流程圖。完成信號的周期測量后, 需要做一次倒數(shù)運算才能獲得信號的頻率。為提高運算精度, 這里采用4byte 定點算術(shù)運算, 需要自行編寫4byte 出發(fā)指令, 即組成4byte除法部分。</p><p>　　圖2.7 軟件設(shè)計流程圖</p&g

35、t;<p>　　第三章　頻率測量原理</p><p>　　在電子技術(shù)中, 頻率是最基本的參數(shù)之一, 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,本次設(shè)計的頻率測量系統(tǒng)以單片機AT89C52 為核心, 采用C語言和直接測量方法, 成功地實現(xiàn)了寬領(lǐng)域, 高精度的數(shù)字頻率計的設(shè)計和仿真。</p><p>　　3.1 測量頻率的原理</p><p>

36、;　　在測量過程中定時/計數(shù)器T0和T1的工作方式設(shè)置，由圖可知，T0是工作在計數(shù)狀態(tài)下，對輸入的頻率信號進(jìn)行計數(shù)，但對工作在計數(shù)狀態(tài)下的T0，最大計數(shù)值為fOSC/24，由于fOSC＝12MHz，因此：T0的最大計數(shù)頻率為1mHz。對于頻率的概念就是在一秒只數(shù)脈沖的個數(shù)，即為頻率值。所以T1工作在定時狀態(tài)下，每定時1秒中到，就停止T0的計數(shù)，而從T0的計數(shù)單元中讀取計數(shù)的數(shù)值，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。送到數(shù)碼管顯示出來。T1工作在定時狀態(tài)下

37、，最大定時時間為65ms，達(dá)不到1秒的定時，所以采用定時50ms，共定時20次，即可完成1秒的定時功能。</p><p><b>　　3.2 直接測頻法</b></p><p>　　頻率測量的基本原理如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 直接測頻法的原理框圖</p><p>　　圖中晶體振蕩提供了測量的時間基準(zhǔn)

38、，經(jīng)放大整形后的測量信號進(jìn)入計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，再由顯示電路顯示數(shù)據(jù)結(jié)果。</p><p><b>　　第四章　系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1 功能實現(xiàn)</b></p><p>　　本次采用單片機設(shè)計的數(shù)字頻率計主要實現(xiàn)以下幾個功能：</p><p>　　（1）用6位數(shù)碼管顯示HZ

39、、KHZ、MHZ三個頻段的待測脈沖信號的頻率值。</p><p>　　（2）頻率測量范圍從1HZ～1mHZ。</p><p>　　（3）能測量正弦波，三角波，鋸齒波等多種波形信號的頻率值。</p><p>　　4.2 硬件部分設(shè)計</p><p>　　頻率計由單片機AT89C52 、信號預(yù)處理電路、測量數(shù)據(jù)顯示電路所組成，其中信號預(yù)處理電路包

40、括待測信號放大、波形變換、波形整形和分頻電路。系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框圖</p><p>　　4.2.1 信號放大電路</p><p>　　采用兩個NPN三極管級聯(lián)方式實現(xiàn)對待測信號的放大,降低對待測信號的幅度要求。如圖4.2 所示。 前一個三極管采用共集電極方式，主要是為了獲得比較寬的頻帶，并不具有實質(zhì)性的放大

41、作用。后一個三極管采用共發(fā)射極方式，主要作用是放大非常弱的輸入脈沖信號，一般通過它的放大后，其電壓可以達(dá)到3伏以上。為了消除不必要的噪聲信號干擾，在兩級放大電路中都可以加入濾波電容，保證待測信號的穩(wěn)定。</p><p><b>　　圖4.2 放大電路</b></p><p>　　4.2.2 單片機AT89C52</p><p>　　在實際的設(shè)計

42、中，將AT89C52的P1口設(shè)置為接收數(shù)據(jù)端口，將P3口設(shè)置為第二功能。P3.4用于直接測頻率時脈沖信號的計數(shù)端；P3.5用于定時。將P0口和P2口設(shè)置為發(fā)送數(shù)據(jù)端口。P0口的各引腳接到RP1的輸入端，用于段驅(qū)動；P2口用于位驅(qū)動。單片機復(fù)位端（RST）可采用內(nèi)部軟件復(fù)位，也可采用外部手動復(fù)位，實際操作也很方便。這里采用外部手動復(fù)位，如圖4.3且晶體振蕩器電路如圖4.4所示：</p><p>　　圖4.3 單片

43、機復(fù)位電路 圖4.4 晶體振蕩器電路 </p><p>　　4.2.3 測量數(shù)據(jù)顯示電路</p><p>　　如圖4.5所示。一般而言，數(shù)據(jù)顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通和截止。它的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，顯示亮度大；缺點是使用的數(shù)碼管數(shù)量少。正是因為它的這個缺

44、點和本設(shè)計的要求，數(shù)字頻率計的顯示電路選擇了采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)顯示，就是LED顯示器一位一位地輪流電亮（掃描）。對于每一位LED顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。LED 顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與LED顯示器點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。通過調(diào)整LED顯示器的導(dǎo)通電流和時間比例參數(shù)，可以實現(xiàn)較高亮度且穩(wěn)定的顯示。具體工作過程是：LED顯示器采用共陰極動態(tài)顯示形式，6位LED用兩塊四位集成的數(shù)碼管連接組成。頻率計數(shù)結(jié)果以B

45、CD碼的形式存放在89C52的存儲單元中，通過P0口接到74LS245上，控制6位LED的段選碼；通過P2口接到74AC08上，控制6位LED的位選碼。RP1是8位總線驅(qū)動器，由芯片上的T/引腳（1腳）控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。當(dāng)T/=1時，數(shù)據(jù)從A端傳送到B端；當(dāng)T/=0時，數(shù)據(jù)從B端傳送到A端。根據(jù)本設(shè)計的原理圖知，數(shù)據(jù)是從A端傳送到B端，因此設(shè)</p><p>　　圖4.5 測量數(shù)據(jù)顯示電路</p>

46、<p>　　4.3 硬件電路工作過程</p><p>　　首先討論一下定時器/計數(shù)器的工作原理。如圖4.6 所示。</p><p>　　圖4.6 定時器/計數(shù)器T0、T1的邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　當(dāng)控制信號時，定時器工作在定時方式。加1計數(shù)器對脈沖f進(jìn)行計數(shù)，每來一個脈沖計數(shù)器加1，直到計數(shù)器計滿溢出。由上圖可以看出，脈沖是振蕩器時鐘頻率的12分

47、頻，即脈沖頻率為時鐘頻率的1/12。顯然，一個計數(shù)脈沖的周期為一個機器周期。計數(shù)器計數(shù)的是機器周期脈沖的個數(shù)，從而實現(xiàn)定時。可知，定時器的定時時間不僅與加1計數(shù)器的初值（計數(shù)器中的起始值,即計數(shù)長度）有關(guān)，而且還與系統(tǒng)振蕩器時鐘頻率有關(guān)。</p><p>　　當(dāng)控制信號時，定時器工作在計數(shù)方式。加1計數(shù)器對來自輸入引腳T0和T1的外部信號脈沖計數(shù)。</p><p>　　4.3.1 直接測頻

48、法的工作流程</p><p>　　圖4.7 直接測頻法流程</p><p>　　如圖4.7 所示。前置放大器完成信號放大、電平平移的任務(wù)，被測的交流信號被放大、平移成脈沖直流信號，再經(jīng)74HC00反相器整形成矩形脈沖。方波信號被送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入端連接1s門控信號，實際制作中連接AT89C52的11腳（P3.1）。11腳電平的高低可通過指令加以控制。AT89C52外接晶

49、振24MHz，該晶振的頻率穩(wěn)定性很重要，因為它也是門控信號的時間基準(zhǔn)。內(nèi)置計數(shù)器可通過軟件設(shè)置對振蕩頻率的l2分頻進(jìn)行計數(shù)/定時，這里將T0置為方式1計數(shù)狀態(tài)，，GATE=0，即D3D2D1D0=0101（如圖12、表2、表3所示），待測脈沖信號通過T0引腳輸入單片機進(jìn)行計數(shù)。T1置為方式1定時狀態(tài)，，GATE=0。</p><p>　　即D7D6D5D4=1001（如圖12、表2、表3所示），并將其初值置為TH

50、1=D8H，TL1=EF，這樣每產(chǎn)生一次定時器T1溢出中斷，在T1中斷的入口處（001BH）對中斷次數(shù)進(jìn)行軟件計數(shù)。當(dāng)中斷次數(shù)為次時，歷時1s。1s后關(guān)閉閘門，其計數(shù)結(jié)果通過P1口讀入，送至30H至33H（壓縮的BCD碼）單元，顯示子程序則將BCD碼經(jīng)查表指令譯為7段LED字形碼，然后進(jìn)行顯示。</p><p>　　表2 定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD</p><p>　　表3 M

51、1和M2方式選擇位對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　第五章 數(shù)字頻率計的設(shè)計與仿真</p><p>　　電路的基本功能是實現(xiàn)電子產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的技術(shù)和功能，使電路具有某種特定功能，必須進(jìn)行電路的設(shè)計和制作。設(shè)計是是某一電路具有某種功能，制作則是設(shè)計過程的電路實物化。</p><p><b>　　5.1電路的設(shè)計</b></p><

52、;p>　　電路的設(shè)計既是一門科學(xué)，又是一門藝術(shù)，實現(xiàn)同樣的技術(shù)指標(biāo)，不同的人有不同的設(shè)計方案。</p><p>　　5.1.1電路設(shè)計的內(nèi)容和方法</p><p>　　電路設(shè)計一般包括：擬定性能指標(biāo)，電路的預(yù)設(shè)計，實驗和修改設(shè)計等環(huán)節(jié)。</p><p>　　衡量設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)是：工作穩(wěn)定可靠，能達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?；電路簡單，成本低；所采用的元?/p>

53、件品種少、體積小，且貨源充足；便于生產(chǎn)、測試和維修。</p><p>　　電路設(shè)計的基本方法為：借鑒設(shè)計法、近似設(shè)計法、分解組合設(shè)計法。</p><p>　　1、電路設(shè)計的基本內(nèi)容</p><p>　　電路設(shè)計的基本內(nèi)容主要包括以下幾個方面：</p><p>　?、匐娐吩O(shè)計的技術(shù)的先結(jié)條件。</p><p>　　②選擇

54、合適的元器件的種類。</p><p><b>　?、墼O(shè)計電路原理圖。</b></p><p>　?、芙泳€圖、安裝圖、裝配圖。</p><p>　?、葜贫姍C和電子元器件明細(xì)表。</p><p>　?、蕻嫵鲭娐返目偛季謭D。</p><p>　?、咴O(shè)計電路板、接線板以及安裝零件。</p>

55、<p>　?、嗑帉懗绦蚝陀嬎阏f明書。</p><p>　　2、電路設(shè)計的基本方法</p><p><b>　　(1)借鑒設(shè)計法</b></p><p>　　接到設(shè)計任務(wù)或確定設(shè)計目標(biāo)后，設(shè)者應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品，進(jìn)行調(diào)查研究，選取可以借用或借鑒的實用電路。一般情況下，有許多原理和技術(shù)上可以借用的電路，設(shè)計人員得對電路進(jìn)行改進(jìn)和元件調(diào)整，以適應(yīng)

56、設(shè)計需要。借用的電路已經(jīng)經(jīng)過實踐和時間的考驗，更有工程價值，這樣做不僅可以縮短設(shè)計周期，而且新設(shè)計的電路在技術(shù)，性能，成本等各方面都得到提高；這樣才會被工程上接受。</p><p><b>　　(2)近似設(shè)計法</b></p><p>　　近似設(shè)計法是電路設(shè)計的又一種方法。在實際應(yīng)用中，理論可以給設(shè)計者一個清晰的思路，但理論與實際不同。在電路設(shè)計中，由于元件受多方因素

57、的影響，往往采取“定性分析、定量估算、實驗調(diào)整”的方法，所以只需進(jìn)行粗略計算，幫助近似確定電路參數(shù)的取值范圍，參數(shù)的具體確定借助于實驗調(diào)整和計算機仿真來完成。</p><p>　　(3)分解、組合設(shè)計法</p><p>　　在設(shè)計電路時，電子線路按照功能的不同可以劃分為各個子模塊，各模塊參照具體電路進(jìn)行設(shè)計，然后組合統(tǒng)調(diào)。由功能電路組合成大系統(tǒng)時，由于子模塊之間存在負(fù)載效應(yīng)的影響，而使電子

58、產(chǎn)品整體性能下降。因此，在由大系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)時，不僅要注意功能分解，而且還要合理分配性能指標(biāo)。</p><p>　　5.1.2電路設(shè)計的步驟</p><p><b>　　1．課題分析</b></p><p>　　根據(jù)論文的要求，先弄清楚論文要實現(xiàn)的功能和原理，再確定電路的基本形式，根據(jù)論文的可行性作出估計和判斷，確定論文的技術(shù)關(guān)鍵解決的問題。

59、</p><p><b>　　2．設(shè)計方案論證</b></p><p>　　選題不管那種（除了調(diào)查研究之外）都要論證它的可行性。論證分立論和駁論兩種。</p><p><b>　　3．總體方案的選擇</b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)書提出的任務(wù)、要求和性能指標(biāo)，用具有一定功能的單元電路組成一個整

60、體，來實現(xiàn)各項功能，滿足設(shè)計題目提出的要求和技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　4．單元電路的設(shè)計與確定</p><p>　　在確定總體方案、畫出詳細(xì)框圖之后，便可進(jìn)行單元電路設(shè)計。</p><p>　?、僭陔娐方Y(jié)構(gòu)簡單，成本低，性能強的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計要求和總體方案的原理框圖來確定各單元電路要求。</p><p>　?、谠O(shè)計每一個單元的電路圖&

61、lt;/p><p>　?、鄹鶕?jù)相關(guān)資料確定單元電路的結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　?、芨鶕?jù)設(shè)計要求，調(diào)整元件，估算參數(shù)來選擇元器件，。</p><p><b>　　5．總電路圖畫法</b></p><p>　　總電路圖的一般方法如下：</p><p>　　①根據(jù)信號的流向，從左到右或從上到下按信號流向

62、依次畫出各單元電路。</p><p>　?、诒M量把總電路圖畫在一張圖樣上</p><p>　?、垭娐分兴羞B線都要表示清楚，各元件間的絕大多數(shù)連線應(yīng)在圖樣上直接畫出。</p><p><b>　　④符號應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。</b></p><p>　　⑤先畫草圖，調(diào)整好布局和連線后，再畫出正式的總電路圖。</p>&

63、lt;p><b>　　6．審圖</b></p><p>　　由于有些問題考慮不周，各種計算可能出現(xiàn)錯誤，所以，在畫出總電路圖并計算全部參數(shù)之后，要進(jìn)行全面審查。</p><p>　　5.2 數(shù)字頻率計的仿真 </p><p>　　根據(jù)電路圖，各單元電路之間的連接關(guān)系，以及用哪些元器件進(jìn)行仿真，由于是初學(xué)者經(jīng)驗不足，沒有實際應(yīng)用過，單憑看資

64、料很難掌握它們內(nèi)容。設(shè)計時難免考慮不周、出現(xiàn)差錯，單是紙上談兵，想使自己設(shè)計的電路完美無誤是不可能的，所以，必須進(jìn)行仿真。在仿真過程中會遇到問題要善于理論聯(lián)系實際，深入思考，分析原因，找出解決問題的辦法。</p><p>　　通過前面總的設(shè)計框圖，我們初步搭建了數(shù)字頻率計設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)。下面仿真結(jié)果如圖5.1所以：</p><p>　　圖5.1 系統(tǒng)仿真電路圖</p><

65、;p>　　輸入信號為1HZ時，仿真如下：</p><p>　　圖5.2 系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　輸入信號為100HZ時，仿真如下：</p><p>　　圖5.3 系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　輸入信號為500HZ時，仿真如下：</p><p>　　圖5.4 系統(tǒng)仿真圖</p>&l

66、t;p>　　輸入信號為1KHZ時，仿真如下：</p><p>　　圖5.5 系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　輸入信號為8KHZ時，仿真如下：</p><p>　　圖5.6 系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　輸入信號為1MHZ時，仿真如下：</p><p>　　圖5.7 系統(tǒng)仿真圖</p>&

67、lt;p>　　輸入信號為1.2HZ時，仿真如下：</p><p>　　圖5.8 系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　從以上的仿真結(jié)果可以得出：在所測量的頻率范圍，頻率越小仿真結(jié)果越精確，頻率越高就會出現(xiàn)一定的誤差，當(dāng)頻率超過1MHZ時，就仿真不出其正確結(jié)果。</p><p>　　第六章 減小誤差措施及擴展方面 </p><p><

68、;b>　　6.1減小誤差措施</b></p><p>　?。?）選用頻率較高和穩(wěn)定性好晶振。如選24KHZ的晶振可使測量范圍擴大，穩(wěn)定性好的晶振可以減小誤差。</p><p>　?。?）測量頻率低的信號時，可適當(dāng)調(diào)整程序，延長門限時間，減少原理上±1的相對誤差。</p><p>　?。?）測量頻率高的信號時，可先對信號進(jìn)行分頻，在進(jìn)行測量

69、。 </p><p><b>　　6.2擴展方面</b></p><p>　　（1）預(yù)處理電路部分</p><p>　　在實際工作中，如若兩級NPN放大管仍不能使放大作用明顯，則可以再級聯(lián)一個NPN放大管；或者采用放大能力更強的三極管或CMOS管代替。后一種思路雖然在價格上有所增加，但卻減少了電路的復(fù)雜程度，并且在電路板一旦出現(xiàn)問題時，能盡最大

70、可能的減少元器件的更換和連接線路的修改，非常方便和實用。</p><p>　?。?）增加電源部分</p><p>　　在上面數(shù)字頻率計的設(shè)計工程中，使用的是外部干電池電源對單片機和其他電路供電，操作起來很方便，但有一個缺點是外部提供的電源準(zhǔn)確度不是很高。比如，單片機需要提供5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，我們使用的干電池，由于使用時間過久或型號不同而使得提供的電壓達(dá)不到5V或高于5V，這樣使得電路不能在

71、正常的狀態(tài)下工作或損壞元器件。因此在原理圖中，我們可以加入電源部分，采用元件7805或7809和整流電路對外來電壓進(jìn)行整流、限壓，提供標(biāo)準(zhǔn)的5V電壓給電路，這樣就增加了硬件電路的穩(wěn)定性和測試的準(zhǔn)確性。</p><p>　　6.3 功能上的完善</p><p>　　6.3.1 增加鍵盤控制</p><p>　　通過按鍵實現(xiàn)數(shù)字頻率計的測頻率，周期，占空比，脈寬等各項功

72、能。按不同的鍵起到不同的作用，也就是完成不同的功能。還可以根據(jù)按鍵數(shù)的多少來選擇不同的鍵盤。所以我們可以從實際操作中知道鍵盤的擴展是非常方便的。</p><p>　　6.3.2 實現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換</p><p>　　在測量頻率時，軟件編程也可以實現(xiàn)頻率測量量程的自動轉(zhuǎn)換。頻率計每個工作循環(huán)開始時使用計數(shù)方法實現(xiàn)頻率測量，測量完后判斷測量結(jié)果是否具有2位有效數(shù)字，如果成立，將結(jié)果送去顯示，本

73、工作循環(huán)結(jié)束；否則將計數(shù)閘門寬度依次擴大10倍，繼續(xù)進(jìn)行測量判斷，直到計數(shù)閘門寬度達(dá)到1s，這時對應(yīng)的頻率測量范圍為100Hz～999Hz。如果測量結(jié)果仍不具有2位有效數(shù)字，頻率計則使用定時方法實現(xiàn)頻率測量。</p><p>　　6.3.3 液晶顯示器（LCD）進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示</p><p>　　LED顯示管只能顯示0～9和一些簡單的英文字母，頻率計的功能就受到極大的限制，而LCD顯示管能

74、夠解決LED的不足，增強顯示功能。LCD具有體積小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于各種儀表設(shè)備中去。LCD顯示器主要有字符型和點陣型兩種。</p><p><b>　　結(jié) 語</b></p><p>　　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。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由

75、于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經(jīng)常使用到。</p><p>　　本文介紹了一種基于單片機AT89C52制作數(shù)字頻率計的設(shè)計方法。其測量原理非常簡單，硬件電路制作方便，軟件編程易于實現(xiàn)，所測得的頻率范圍較寬，精度較高，平均相對誤差在0.34%左右，是在允許的測量誤差范圍內(nèi)。此次設(shè)計的數(shù)字頻率計達(dá)到了測量頻率的目的，但在實際制作和測試過程中，由于自己知識有限，時間短和經(jīng)驗不足等原因，還是出現(xiàn)

76、了一些問題和需要繼續(xù)改進(jìn)、完善的地方。比如：在編寫程序時，閘門時間沒能準(zhǔn)確地微調(diào)至1秒，致使測量的誤差比理想的要大。由于單片機內(nèi)部具有豐富的存儲資源和強大的數(shù)據(jù)處理能力，因此采用單片機設(shè)計的數(shù)字頻率計只需要改動很少的硬件部分就可以和其他的自動化儀表組成多功能控制系統(tǒng)，測量速度得到提高，用于連續(xù)測量的控制系統(tǒng)是非常有價值和意義的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

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85、[20] Feng Xu, Wang Gang. The Dynamic Display of Chinese Dot Matrix Based on Proteus and Assembly Language. Electronic Technology,8:36-39,2010.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題的設(shè)計和制作

86、是在我的論文導(dǎo)師精心指導(dǎo)下完成的。趙老師對我的畢業(yè)設(shè)計給予了極大的關(guān)注，在硬件原理電路的分析、軟件編程實現(xiàn)中都給予了我莫大的支持、鼓勵和幫助，特別是當(dāng)我在設(shè)計硬件電路和編程上遇到困難時，趙老師耐心地給我分析原因，解決問題。趙老師兢兢業(yè)業(yè)的工作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、踏實真誠的處事態(tài)度，使我深受感動，是我在現(xiàn)在和今后的學(xué)習(xí)、工作中學(xué)習(xí)的楷模。衷心地感謝趙老師！是你的辛勤勞動，才能使我能夠順利地完成論文的撰寫和答辯！</p>&

87、lt;p>　　同時，也向我的父母致以真心的謝意！他們在我的大學(xué)階段以及整個人生中給予了我無私的關(guān)懷，使我能夠安心的在學(xué)校里完成學(xué)業(yè)。</p><p>　　最后，衷心感謝各位評閱老師！感謝您們在百忙之中參與我的論文評閱工作。謝謝！</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　?。庇布O(shè)計原理圖：&l

88、t;/b></p><p>　　2 數(shù)字頻率計測量頻率程序：</p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　unsigned long fre; </p><p>　　unsigned char time;</p><p>　　unsigned int count;<

89、;/p><p>　　unsigned char led[6];</p><p>　　unsigned char table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //數(shù)碼管0123456789顯示</p><p>　　//***************************************

90、**********************</p><p>　　sbit swan=P2^0;</p><p>　　sbit wan =P2^1;</p><p>　　sbit qian=P2^2;</p><p>　　sbit bai =P2^3;</p><p>　　sbit shi =P2^4;</p&g

91、t;<p>　　sbit ge =P2^5;</p><p>　　void timer_init();</p><p>　　void display(unsigned long num);</p><p>　　void delay(unsigned int a);</p><p>　　//*******************

92、******************************************</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　timer_init(); //定時/計數(shù)器初始化 </p><p><b>　　while(1)</b&g

93、t;</p><p><b>　　{</b></p><p>　　display(fre); //數(shù)碼管顯示 </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//-----------------

94、-----------------------------------------------</p><p>　　void delay(unsigned int a) //延時約1ms(12Mhz晶振)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　w

95、hile(a--!=0)</p><p>　　for(i=125;i>0;i--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//----------------------------------------------------------------</p><p>　　void dis

96、play(unsigned long num) //顯示函數(shù) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned char sw,w,q,b,s,g;</p><p>　　sw=num/100000;</p><p>　　P0=table[sw];</p><p

97、><b>　　swan=0;</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　swan=1;</b></p><p>　　w=num/10000%10;</p><p>　　P0=table[w];</p><

98、;p><b>　　wan=0;</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　wan=1;</b></p><p>　　q=num/1000%10;;</p><p>　　P0=table[q];</p><

99、;p><b>　　qian=0;</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　qian=1;</b></p><p>　　b=num%1000/100;</p><p>　　P0=table[b];</p>&

100、lt;p><b>　　bai=0;</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　bai=1;</b></p><p>　　s=num%100/10;</p><p>　　P0=table[s];</p><

101、;p><b>　　shi=0;</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　shi=1;</b></p><p>　　g=num%10;</p><p>　　P0=table[g];</p><p>

102、;<b>　　ge=0;</b></p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　ge=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//---------------------------

103、-------------------------------------</p><p>　　void timer_init(void) //定時/計數(shù)器初始化 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TMOD=0x06; //計數(shù)器0工作工作方式2，自動重裝初值 </p><

104、;p>　　TH0=0; //計數(shù)器初值為0</p><p><b>　　TL0=0;</b></p><p>　　TR0=1; //計數(shù)器開始計數(shù) </p><p>　　ET0=1; //打開計數(shù)器0中斷 </p><p>　　RCAP2H=(65536-62500)

105、/256; //在程序初始化的時候給RCAP2L和RCAP2H賦值， </p><p>　　RCAP2L=(65536-62500)%256; //TH2和TL2將會在中斷產(chǎn)生時自動使TH2=RCAP2H,TL2=RCAP2L。 </p><p>　　TH2=RCAP2H; //12M晶振下每次中斷62.5ms</p><p&g

106、t;　　TL2=RCAP2L;</p><p>　　ET2=1; //打開定時器2中斷 </p><p>　　TR2=1; //定時器2開始計時 </p><p>　　EA=1; //開總中斷 </p><p><b>　　} </b></p><p>　　

107、//----------------------------------------------------------------</p><p>　　void timer2(void) interrupt 5 //定時器2中斷(62.5ms)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　time++;<

108、;/b></p><p>　　TF2=0; //定時器2的中斷標(biāo)志位TF2不能夠由硬件清零，所以要在中斷服務(wù)程序中將其清零 </p><p>　　if (time==16) //定時1s時間到 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　time=0; //計

109、時清0</p><p>　　EA=0; //關(guān)中斷 </p><p>　　fre=(long)count*256+TL0; //count*256強制轉(zhuǎn)換成long型，否則將不產(chǎn)生進(jìn)位</p><p>　　TL0=0; //清零計數(shù)器0計數(shù) </p><p><b>　　TH0=0;</b>

110、;</p><p>　　count=0; //清零計數(shù)器0計數(shù) </p><p>　　EA=1; //開始中斷 </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　//-----------

111、-----------------------------------------------------</p><p>　　void timer0(void) interrupt 1 //計數(shù)器0中斷 </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　count++;</b></p&g