采用单片机设计频率计 毕业论文.doc

（毕 业 实 践） 类 别 设计类 题 目 基于mcs-51单片机频率计 系 名 称 电子电气工程系 专业及班级 声 像0901 学生姓名 学 号 指导教师 完成日期 2012年04 月 28 日 摘 要随着电子信息产业的不断发展，信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行较慢，而且测量频率的范围较小。考虑到上述问题，本论文设计一基于单片机设计频率计。首先，我们把待测信号经过放大整形，然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数，获的频率值，最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的频率计的设计方案，选择了实现系统的各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。关键字：单片机；频率计；测量abstractalong with the development of the electronic information industry, the signal frequency measurement in science and technology research and practical application is increasingly important. the traditional frequency is usually a lot of program logic circuit and the sequential circuits to implementation, this circuit, generally run slower, and measurement of the frequency of the small areas. in view of the above problems, this paper designed a design based on single chip microcomputer frequency meter. first of all, we have to be measured signal after plastic surgery to enlarge, then the signal to the timing of the single chip microcomputer counter to count for frequency value, and finally put the measurement of frequency numerical into the show circuit displayed. this paper, from the frequency of the principle of project, this paper introduces the project based on single chip microcomputer frequency, the design of the system of the choice of circuit components, and the hardware circuit simulation.key word: scm; the frequency meter; measurement目录摘 要- 3 -第一章 绪 论- 5 -第二章 频率计总体方案设计- 6 -2.1 方案比较- 6 -2.2方案论证- 7 -2.3方案选择- 8 -第三章 系统硬件设计- 8 -3.1 一般数字式频计的原理- 8 -3.2频率计方案的概述- 9 -3.3 单片机- 10 -3.3.1 89s51一般概述- 10 -3.3.2引脚功能说明- 10 -3.4 分频电路- 11 -3.5 显示电路- 12 -3.6指示灯电路- 13 -3.8报警电路- 14 -3.9 按键电路- 14 -3.6硬件设计简介和系统整体原理图- 15 -3.6.1 硬件设计简介- 15 -3.6.2 系统整体原理图- 15 -第四章 系统软件设计- 16 -4.1 测频软件实现原理- 16 -4.2软件思路- 16 -4.2软件流程图- 17 -第四章 实物制作与调试说明- 18 -4.1原材料的选择与采购- 18 -4.2印刷电路板的设计与制作- 18 -致谢- 20 -参考文献- 21 -附件一： 原理图- 22 -附录二 pcb图- 23 -附加三 程序- 1 -第一章 绪 论频率仪器是数字电路中一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延迟。随着复杂可编程逻辑器件的广泛应用，将使整个系统大大简化。提高整体性能，它是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波，方波，三角波，尖脉冲信号和其他具有周期的信号的频率，而且还可以测量他们的周期。经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪：可以测量电容做成数字电容测量仪;在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪，计价器等。因此数字频率仪在测量物理量方面的广泛应用。频率计的设计原理实际上是测量单位时间内的周期数。这种方法免去了实测以前的预测，同时节省了划分频率的时间，克服了原来高频率采用测频模式而低频段采用测周期模式的测量方法存在换挡速度慢的缺点。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于1秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的时间隔就越长。闸门时间越短，测得频率值刷新据越快，但测得的频率精度就受影响。本论文的任务是设计一个基于单片机技术的数字频率计。主要介绍了整形电路、控制电路和显示电路的构成原理，以及其测频的基本方法。进行了相应的硬软件设计。第二章 频率计总体方案设计2.1 方案比较 方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描把测出的数据送到数字显示电路显示。其实原理框图如2.1所示信号放大电路信号整形单片机at89s51电路数字显示电路2.1 方案一原理图 方案二：本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分。其原理框图如图2.2所示逻辑控制电路译码显示器锁存器闸门电路计数器时基电路放大整形电路2.2方案二原理框图2.2方案论证 方案一：本方案主要以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测得正弦波或者三角波为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。 方案二：本方案使用大量的数字器件，被测量信号放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率于被测信号的频率相同。同时时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为n，则被测信号频率fx=nhz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，是显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。2.3方案选择 比较以上两种方案可以知道，方案一得核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，调试简单只要改变程序的设定值则可以实现不同频率范围的测试能自动选择测试的量程。与方案一相比较方案二则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。如要测量高频的信号还需要加上分频电路，价格相对高了点。基于上述，所以选择了方案一。第三章 系统硬件设计3.1 一般数字式频计的原理 数字式频率计是测量频率最常用的仪器之一，其基本设计原理是首先把待测信号通过放大整形，变成一个脉冲信号，然后通过控制电路控制计数器计数，最后送到译码显示电路里进行显示，其基本构成框图如图3.1 所示 待测信号放大整形电路计数器电路译码显示电路控制门电路3.1 频率计原理框图3.2频率计方案的概述 本频率计的设计以at89s51单片机为核心，利用它内部的定时/计数器完成待测信号周期/频率的测量，单片机at89s51内部具有2个16位定时/计数器，定时/计数器的工作可以由编程来实现定时，计数和产生计数溢出时中断要求的功能。在定时器工作方式下，在被测时间间隔内，每来一个机器周期，计数器自动加1，这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在计数器工作方式下，加至外部引脚的待测信号发生从1到0的跳变计数器加1，这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入在每个机器周期被采用一次，这样查测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期，所以最大计数速率为时钟频率1/24。定时/计数器的工作有运行控制位tr控制，当tr置1，定时/计数器开始计数：当tr清0 ，停止计数。 本设计终合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。例如打要求频率测量结果为3位有效数字，这时如果待测信号的频率为1hz，则计数闸门宽度必须大于1000s。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求，把测量工作分为两种方法： （1）当待测信号的频率100hz时，定时/计数器构成为计数器，以机器周期为基准，由软件产生计数闸门，计数闸门宽度1s时，即可满足频率测量结果为4位有效数字。 （2）当待测信号的频率= max) /频率大于1m是蜂鸣器报警测试范围不在范围内 bell = 0; else bell = 1;frequency(temp); ea = 1; /*/*/中断函数/*定时器0中断函数*/void timer0() interrupt 1 /定时一秒钟 10ms th0 = (65536-50000)/256; tl0 =(65536-50000)%256; yy+; /标志位自增void timer1() interrupt 3num+; /延时函数/*文件名 ： delay.c时间：2012年2月22日 作者 ：叙述 ：*/#includemain.h/*-函数名： delayiic-函数功能：延时-入口参数： 无-出口参数： 无-全局变量： 无-局部变量： 无-调用情况：-备 注：*/void delayiic()/;/*-函数名： delay1-函数功能：延时-入口参数： z-出口参数： 无-全局变量： 无-局部变量： x、y-调用情况：-备 注：*/void delay(unsigned int z)unsigned char x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/-end file-显示函数/*-文件名： smg.c-开发者：-功 能：数码管显示-时 间：*/#includesmg.h#includedelay.h#includemain.hunsigned char table10= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f;/*-函数名： frequency-输入参数： date-输出参数： 无-功 能： 数码管显示-备 注：*/void frequency(unsigned int date) uchar qian = 0,bai = 0,shi = 0,ge