等精度频率计的设计

1、简易频率计制作学院：学电学院班级：0816班学生姓名：陈杨04081843王忠超 04081843齐俊斌 04081843时间：从2018年5月10日到2018年5月15日等精度频率计的设计一摘要:本设计是基于AT89C52单片机频率计入信号为峰峰值5v的正弦信号，频率 测量范围10HZ100MHz ,频率测量精度为0.1%。采用1602夜晶显示器显示测 量结果。信号源由PROTEUS的虚拟信号发生器产生。b5E2RGbCAP二关键词：频率计等精度单片机分频三设计原理与总体方案:测量一个信号的频率有两种方法：第一种是计数法，用基准信号去测量被 测信号的高电平持续的时间，然后转换成被测信号的频率

2、。第二种是计时法， 计算在基准信号高电平期间通过的被测信号个数。 p1EanqFDPw根据设计要求测量10HZ100MHz的正弦信号，首先要将正弦信号通过过零 比较转换成方波信号，然后变成测量方波信号。如果用第一种方法，当信号频 率超过1KHZ的时候测量精度将超出测量极度要求，所以当被测信号的频率高于 1KHZ的时候需要将被测信号进行分频处理。如果被测信号频率很高需要将被测 信号进行多次分频直到达到设计的精度要求。DXDiTa9E3d根据设计要求用单片机的内部T0产生基准信号，由INTO输入被测信号，通 过定时方式计算被测信号的高电平持续时间。通过单片机计算得出结果，最后 有1062夜晶显示器

3、显示测量结果。等精度频率计的系统设计框架如下图1所示RTCrpUDGiT图1等精度频率计系统设计框图四硬件设计:硬件电路主要分为信号转换电路、分频电路、数据选择电路、单片机系统 和显示电路五部分。其总体电路图如图2所示。5PCzVD7HxA,v.wisecol,J, ，u?10 / 10- _L图2总体电路图4.1 电平转换电路：要将正弦信号转换成方波信号可以用过零比较电路实现。正弦信号通过LM833N与零电平比较，电压大于零的时候输出LM833N的正电源+5V,电压小于零的时候输出负电源0V。具体电路如图3所示。jLBHrnAILg4.2 分频电路：分频电路采用十进制的计数器74HC401来

4、分频，当被测信号脉冲个数达到10个时74HC401产生溢出，C0端输出频率为输入频率的1/10,达到十分频的 作用。如果当频率很高是需要多次分频只需将多片74HC401极联就可以了。74HC4017寸序图如图4所示，系统分频电路如图5所示。xhaqx74J0xCARRYOUT图474HC4017时序图图5分频电路4.3 数据选择电路：根据设计要求要根据计数脉冲个数来选择分频次数，可以用74151来选择分频次数，74151的选择控制信号有单片机的I/O 口来控制。数据选择电路如图6所 示 o LDAYtRyKfE4.4 单片机系统：单片机采用AT89C51,采用12MHz的晶振频率。单片机的P3

5、.2口接被处理后的被测信号，P0口接液晶显示器的数据输入端，ALE, RD, WR, P0.0, P0.A, AJ2伯S Y T Al 4pfij由M35.181 ML 1r .U/MLAJPO 1/AD1 P0j2/AI>2XTAL2P0,3ZAD3PO.4CAC4Pa.5<AD5 PO 6/AC6RSTPD,7<AD7P2.0ZfiSP2Aifi6P2 2/A10 PSENP2.3M11ALEP2/VA12EA.P2.5/A13P2.0/A14P2.7/A15P1OP3.O/RXDP1 1P12P3.2/WT0P13P3.3/iNT1P14PS.TOP15P3.5/T1P

6、16P3.6jWRP17P3.7/RD38',3736g35343332an!ianALE <g-r _23JI 4252B27 ：2白_ m :，： 七 :，：1245U_8_1314怡：T_|>HL -1> 研AT89C511通过外接控制电路接液晶显示器的控制端。单片机系统的电路如图7所示。Zzz6ZB2Ltk4.5显示电路:图7单片机系统显示电路由1602a成，其电路如图8所示。LCD1。|，).，HIIr |3口口Qa口口口图8 显示电路五软件设计：等精度频率计的软件设计主要由主程序、分频选择程序、液晶显示程序组成。5.1 等精度频率计的算法设计：根据设计要求

7、频率范围是10HZ100MHZ,当频率为10HZ时，T=100000us,高电平为50000US, 0.1%的误差为100us,由单片机产生的基准频率为1MHZ,T0=1us,最大误差为1us,计数个数为50000方式1）,满足设计要求。当频率增 加到1KHZ时，产生的误差刚刚能达到设计要求，这时计数个数为500。当频率大于1KHZ时即计数个数小于500）就需要将被测频率分频后再测量，如当频 率为10KHz时，先计算计得的脉冲数等于50,小于了 500,所以将10KHz的信 号10分频得到1KHZ,这时就满足要求了。dvzfvkwMII最后得到的频率f= 2d其中n为计得的脉冲个数，i为分频的

8、次数。5.2 主程序：主程序首先对系统环境初始化，设置分频选通信号 P2=0x00,选通01道。设置T0工作方式，采用硬件启动方式，GATE=1,当INT0和TR0同时为1时启动 计时，计数方式为方式116位），TH0和TL0都置零。当外部中断INT0=1时等 待，当外部中断为0时启动T0即TR0=1 ,当INT0一直为0时就等待，一旦INT0=1就启动计数同时等待，当INT0为0时跳出并关闭T0即TR0=0。这样就计得高电 平期间基准脉冲个数，当脉冲个数小于 500时就选择10分频信号，即P2自加1, 同时记录分频一次；如果分频后脉冲个数还小于 500则再次分频，知道计数个数大于500。其示

9、意图如图9所示，主程序流程图如图10所示。rqyn14ZNXI被测脉冲INT0基准脉冲T0启动 计数启动T0, TR 0=1停止计数,读出计rTTTTTTTTTTTTTJN个脉 冲图9计数工作示意图开始EmxvxOtOco图10主程序流程图5.3 程序清单：5.3.1 主程序：#include<reg51.h>#include<stdio.h>#include<lcd.c>#include<math.h>sbit p32=P3A2。main(> unsigned int period,k,j,i=0 。float f,m 。char buf

10、f30。init_LCD(> 。P2=0x00。while(1>TMOD=0X09 。TH0=0。TL0=0 。while(p32=1> 。TR0=1 。while(p32=0> 。while(p32=1> 。TR0=0。period=TH0*256+TL0 。while(period<=500> /* 判断是否分频及计算分频次数*/ P2+ 。i+ 。period=period*10 。if(i=6>P2=0x00 。break。k=pow(10,i> 。/* 10 的 i 次方 */f=(1000000.0/(2*period>&

11、gt;*k 。if(f<1000>sprintf(buff,"f=%5.2fHZ",f> 。elsem=f/1000.0 。sprintf(buff,"f=%5.2fKHZ",m> 。lcdprintf(0,0,buff> 。5.3.2 显示子程序：#include <lcd.h>charcodeCGRAM_TABLE=0x08,0x0F,0x12,0x0F,0x0A,0x1F,0x02,0x02,/。年 SixE2yXPq50x0F,0x09,0x0F,0x09,0x0F,0x09,0x11,0x00,/。月0

12、x0F,0x09,0x09,0x0F,0x0,0x09,0x0F,0x00 。/ 。日void delay(>unsigned char i。for(i=0 。 i<250。 i+> 。void init_LCD(>unsigned char i。WR_COM=0x38 。/设置为8位数据总线，16*2， 5*7点阵for(i=0 。 i<100 。 i+>delay(> 。WR_COM=0x01 。/清屏幕for(i=0 。 i<50。delay(> 。WR_COM=0x06 for(i=0 。 i<50。delay(> 。W

13、RCOM=0x0ci+>i+>/光标移动，显示区不移动，读写操作后AC 力口 1for(i=0 。 i<50。delay(> 。i+>/* /6ewMyirQFLvoid init_cgram(>unsigned char i。/。设置自定义字符WRCOM=0x40 。for(i=0 。 i<24。 i+>WR_DAT=CGRAM_TABLEifor(i=0 。 i<40。 i+>delay(>。/* /kavU42VRUsvoid PutChar(char t>WR_DAT=t 。delay(> 。delay(&g

14、t; 。void clr_lcd(>WR_COM=0x01 。delay(> 。delay(> 。void lcdprintf(char x,char y,char *s>/clr_lcd(> 。if(y>1>y=1 。WR_COM=(y*0x40+x>|0x80 。delay(> 。delay(> 。while(*s!=0>WR_DAT=*s 。s+。delay(>。delay(>。六 调试：等精度频率计的调试比较简单，在电平转换前的输入端输入标准的正弦信号，把编译好的程序指定到Proteus的单片机中。运行Pro

15、teu出|3可在显示器中观测到显示结果。y6v3ALoS89当然我们在调试过程中也遇到了不少的困难。首先我们用4017来作为十分频器，但是没有注意到4017是CMOS型的，而我们系统所用的是TTL电平，所 以最后改用了 74HC4017;在刚开始的时候当输入某个频率时输出显示为零，或者为负数，最后发现是输出的数据类型定义错了，因为最大要测量10MHz的频率，所以要定义输出数据类型为longint型，否则输出将产生溢出显示负数。M2ub6vSTnP七 结束语：本设计所设计的频率计有有较高的精度，频率范围较高，有较强的实用价值。当然本设计只是基于各种理想的实验条件下得出的结论，设计当中不可避免的存在一些问题。例如在信号转换的电路中只是粗略的将正弦信号转换成方波信号，而没有对输出信号进行进一步的处