基于单片机简易信号测量仪

目录摘要---------------------------------------------3第一章方案比较及论证--------------------------------31.1方案比较---------------------------------31.2方案确定---------------------------------3第二章基本测量原理-------------------------------3 2.1频率、周期测量---------------------------3 2.2峰峰值测量-------------------------------4第三章系统设计-----------------------------------4 3.1.1信号整形电路---------------------------4 3.1.2峰峰值测量电路-------------------------5 3.1.3显示电路-------------------------------5 3.1.4电平转换电路---------------------------5 3.1.5系统控制电路---------------------------5 3.2.1系统程序流程---------------------------6第四章系统指标测试-------------------------------7 4.1指标测试---------------------------------7 4.2设计与测试使用的仪器---------------------7 4.3测试数据---------------------------------7 4.4误差分析及措施---------------------------8第五章心得体会-----------------------------------9第六章参考文献---------------------------------10摘要本系统以AT89S52单片机为核心设计了一种用于测量频率、周期、峰峰值、有效值的简易信号测量仪，其中还可分辩正弦波与方波，利用单片机的数学运算和控制功能，结合部分中规模数字电路，实现测量中的功能手动切换。各项实测表明，设计原理正确合理，指标符合设计要求。方案比较及论证方案比较方案一：系统测频部分采用中小规模数字集成电路，对输入信号作分频整形处理后，再与1s脉宽的标准信号相与，其输出作为计数脉冲，由计数器计数，然后锁存、译码输出到数码管显示。该方案的特点是硬件电路简单，但工作速度低，精度差，难以达到设计要求，而且不能测量周期与峰峰值。方案二：系统采用可编程逻辑器件作为信号处理及系统控制核心，完成包括计数、显示等一系列工作。该方案集成度高，但可编程逻辑器件价格较高，在本题中使用，将导致系统性能价格比降低。方案三：系统采用MCS-51单片机AT89S52作为控制核心，由于单片机自带计数器的计数频率上限较低，输入时钟的频率通常只能是系统时钟频率的几分之一甚至几十分之一，因此采用外部计数器对输入信号进行计数，计数值再由单片机读取，单片机只完成运算、控制及显示功能。该方案由于采用单片机技术，使其具有智能化的特点，简化了硬件电路，提高了测量精度，同时也能利用软件对测量误差进行补偿，并能方便地对系统进行功能扩展与改进。方案确定分析以上三种方案的优缺点，方案三具有更大的优越性、灵活性，因此我们采用方案三作为具体实施的方案。基本测量原理频率、周期测量频率的测量按照频率的定义进行：在某个已知的标准时间间隔T（如1s）内，测出被测信号重复的次数N，f=N/T就是信号频率。基本原理框图如图1所示控制电路显示电路被测信号测量电路控制电路显示电路被测信号测量电路起振电路 起振电路图1图中起振电路由晶振提供测量的时间基准，经分频后产生准确的时间间隔T，作为基准时间去控制计数器。有信号输入时测量电路对信号进行整形，再进入定时器1进行计数。若在时间间隔T内，计数值为N，则被测信号的频率f=N/T。2.周期测量测量电路在检测到有脉冲的下降沿时打开计数器计数，再一次检测到下降沿时关闭计数器，所测周期为，其中N为计数值，fs为计数器的工作频率。3.峰峰值测量测量正弦信号峰峰值的原理框图如下图所示对电压进行比较运算峰峰值电压采样保持显示被测信号对电压进行比较运算峰峰值电压采样保持显示被测信号峰峰值电压采样保持电路由ADC0809芯片构成。通过ADC0809芯片将各时间段的模拟量转化为数字量，然后用软件将其保存，再利用单片机的运算功能找出这一系列数中的最大值和最小值，相减便得到峰峰值。再根据方波和正弦波的差异分别求出两种波的有效值。。系统设计=1\*GB4㈠硬件部分设计1.信号整形电路电路原理图如下单片机很难直接对正弦信号进行频率的测量，当正弦波和方波在同一输入端时就更难直接测量，其周期也无法直接测量，因而使用整形电路把正弦波变成占空比为50%，频率不变的方波，便可进行频率和周期的测量。图中，正弦信号用四运算放大器LM324和2.75V的电压作比较，便可得到同频的方波，用于测量其频率。进入单片机后可识别是否是正弦波.2.峰峰值测量电路电路原理图如下：ADC0809芯片构成采样保持集成电路由。3显示电路其电路原理图如下；显示电路由1602液晶构成，用于输出测量结果。4电平转换电路其电路原理图如下；电平转换电路由MAX232芯片及电容构成，用于把计算机的RS-232C电平转化为TTL电平。5系统控制电路其电路原理图如下此部分是系统的主要控制部分，要完成信号的数模转换和计数脉冲的分频，及显示数值功能。=2\*GB4㈡软件部分设计⑴系统程序流程开始开始初始化开始初始化开始初始化YYN测量峰峰值、占空比算出有效值键盘控制测量峰峰值算出有效值检测信号输入是否为方波?显示N测量频率、周期系统指标测试指标测试⑴频率、周期测试：用函数信号发生器产生频率范围为1Hz～100KHz的方波信号（TTL电平，占空比50%，），用标准频率计测出标准频率，再用设计的测量仪测出频率，求出误差。（2）峰峰值测量：用函数信号发生器产生频率范围为1Hz～100KHz的正弦波信号，用标准交流毫伏表测出有效值，通过运算得到标准峰峰值，再用设计的测量仪测出峰峰值，求出误差。设计与测试使用的仪器EM32501DDS任意波形发生器HM1004-3双踪示波器（100M）HC-F1000L频率计DT9205A数字万用表WYK-303B2直流稳压源微型计算机测试数据⑴表1频率测量数据标准输入频率（Hz）本仪器测量值（Hz）本仪器测量误差1Hz1Hz0%1000Hz1000Hz0%10000Hz10000Hz0%20210Hz20210Hz0.1100000Hz100200Hz0.2%⑵表2周期测量数据标准输入周期（ms）本仪器测量值（ms）本仪器测量误差0.1000.1000%0.2000.2000%1.0001.0000%20.00020.0000%1000.001000.000%(3)标3峰峰值测量数据标准输入频率（Hz）标准峰值（mV）本仪器测量值（mV）本仪器测量误差50400041203%500400042205.5%3K400041604.0%5K400040802%10K400040802%误差分析及措施 由于硬件的性能不够理想，信号经过器件时会有一些无法消除的迟延，这些迟延在高频率下引起的误差就尤为突出，系统使用的边沿触发器，其上升沿时间和其下降沿时间不相等，这信号的脉宽发生了一些变化，但这样的误差只能通过用性能更好的器件得到减小。计数脉冲也是精度产生误差的一个方面，脉冲的精度直接影响了测量得到的频率，因此，我们在系统的设计时，使用了稳定度好的有源晶振。因为测量频率范围比较大，因此，只用一个档难以达到高的精度，因而可以采用手动换档和不同频段用不同的测量方法来提高精度，减小误差。单片机的计数器对计数脉冲频率最大只支持500K，扩展支持更高频的计数将能提高测量的精度。五、心得体会本次设计让我体味到设计电路过程中的苦与甜。设计是我们将来必需的技能，这次恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从图书馆、网上查找资料到理论分析再到最后电路的设计，都对我所学的知识进行了检验。在设计的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢。同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使用。最重要的是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对设计中出现的问题进行分析解决。参考文献[1]周良全.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2021.08[2]郭天祥.51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社，2021.1[3]田淑清.二级教程————C语言程序设计（2021年版）.北京：高等教育出版社，2021.9附：简易信号测量仪的C语言程序和原理图/********************简易信号测量仪的C源程序***********************/#include<reg52.h> //52单片机的头文件 #defineuintunsignedint #defineucharunsignedchar //宏定义unsignedlongintresh_1; //保存波形的周期ucharflag; //标号用于识别是正弦波还是方波floatresh_3; //保存波形的占空比sbitST=P3^2;sbitEOC=P3^3;sbitOE=P3^6;sbitCLK=P3^7; //AD0809与单片机的接口sbitRS=P2^0;sbitRW=P2^1;sbitE=P2^2; //1602液晶与单片机的接口sbitp3_4=P3^4; //被测信号的输入接口sbitS2=P2^4;sbitS3=P2^5;sbitS4=P2^6;sbitS5=P2^7; //四个独立键盘/*****用定时器0定时，计数器1计数测量频率*****/unsignedlonginttime0(){ unsignedlongintcount; uinti; ucharscount; TMOD=0x61; //定时器0工作在定时方式1，定时器1工作在计数方式2 TH0=0xb8; TL0=0x53; //定时20毫秒 TH1=0x38; TL1=0x38; //计数200次 scount=50; //定时1秒 TR0=1; //启动定时器和计数器 TR1=1; do { if(TF1==1) { i++; //计算经过了多少个200次 TF1=0; } if(TF0==1) { scount--; TF0=0; TH0=0xb8; TL0=0x53; } }while(scount); //1S时间到 TR0=0; TR1=0; //停止定时器和计数器 count=i*200; //被测信号的频率 returncount;}/*********计数器0测周期***********/unsignedlongintcount(){ uchara,b,i=0,j=0; uintresh1,resh_2; unsignedlongintresh2; TMOD=0x01; //用定时器0计时 TL0=0x00; TH0=0x00; do{}while(p3_4); //刚到低电平就开启定时器0，以保证测量的是一个完整的周期 TR0=1; do { if(TF0==1) TF0=0; i++; j++; //测出低电平的时间，以便求出占空比 }while(p3_4==0); a=TH0; b=TL0; //将低电平的计数个数保存 do { if(TF0==1) TF0=0; i++; //测出波形的周期 }while(p3_4); TR0=0; //停止定时器 resh1=TH0; resh1=resh1<<8; resh1=resh1|TL0; //将两个8位数合成一个16位数 resh2=i*65536+resh1; //算出波形一个周期内计数的个数 resh_2=a; resh_2=resh_2<<8; resh_2=resh_2|b; resh_3=resh_2+j*65536; //算出波形低电平时计数的个数 resh_3=(resh2-resh_3)/resh2; //算出波形的占空比 resh2=resh2*1.09; //精确到个位 returnresh2;}/********ADC0809测量信号的电压********/voidinit() //初始化函数{ EA=1; //开总中断 TMOD=0x02; //设定定时器T0工作方式 TH0=0xec; TL0=0xec; //利用T0中断产生CLK信号频率,约550KHZ TR0=1; //启动定时器T0 ET0=1; ST=0; OE=0;}uintrun0831() //电压转换{ uchari,max,min,t[50]; uintk,j; floatv; j=resh_1/50.0/10.9; //将波形周期平分为50段,每段经过的时间 init(); for(i=0;i<=49;i++) //每段的电压值存放在一个数组元素中 { ST=0; //启动AD转换 ST=1; ST=0; while(EOC==0); //EOC为1则转换完成 OE=1; t[i]=P1; OE=0; while(j--); //延时波形周期的1/50 } if(t[0]==t[1]||t[1]==t[2]) //成立说明是方波否则是正弦波 flag=1; else flag=0; max=t[0]; for(i=1;i<=49;i++) //选出50个元素中的最大数 { if(max<t[i]) max=t[i]; } min=t[0]; for(i=1;i<=49;i++) //选出50个元素中的最小数 { if(min>t[i]) min=t[i]; } v=(max-min)*(5.0/256.0); //将模拟信号转换为数字信号 k=100*v+0.5; //精确到百分位 returnk;} /*******1602液晶显示测量结果*******/voiddelayms2(uintz) //延时{ uinti; for(i=0;i<z;i++);}voidwritedir(uchardir) //写指令{ RS=0; RW=0; P0=dir; E=0; E=1; E=0;}voidwritedat(uchardat) //写数据{ RS=1; RW=0; P0=dat; E=0; E=1; E=0;}voidreaddir() //读与检测状态{ uchardir; P0=0xff; do { RS=0; RW=1; E=1; dir=P0; E=0; }while(dir&0x80); }voidints()//初始化{ delayms2(1666); //延时15毫秒 writedir(0x38); //写指令 delayms2(555); //延时5毫秒 writedir(0x38); delayms2(555); writedir(0x38); readdir(); //检测1602液晶是否为空闲状态 writedir(0x38); readdir(); writedir(0x08); readdir(); writedir(0x01); readdir(); writedir(0x06); readdir(); writedir(0x0c);}voidmain(){ unsignedlongintcount1; ucharc1,c2,c3,c4,c5,c6,c7;//输出频率和周期的各位数 uintffz; //保存峰峰值 floatyxz; //保存有效值 P0=0xff; P2=0xf0; p3_4=1; while(1) { if(S2==0) { delayms2(1110); if(S2==0) { count1=time0(); //测频率，单位为HZ c1=count1/100000; c2=(count1%100000)/10000; c3=(count1%10000)/1000; c4=(count1%1000)/100; c5=(count1%100)/10; c6=count1%10; //将频率的各位分开 ints(); //输出频率 readdir(); writedir(0x84); readdir(); writedat(c1); readdir(); writedat(c2); readdir(); writedat(c3); readdir(); writedat(c4); readdir(); writedat(c5); readdir(); writedat(c6); readdir(); writedat('H'); readdir(); writedat('Z'); } } if(S3==0) { delayms2(1110); if(S3==0) { resh_1=count(); //测周期,单位为uS c7=resh_1/1000000; c1=(resh_1%1000000)/100000; c2=(resh_1%100000)/10000; c3=(resh_1%10000)/1000; c4=(resh_1%1000)/100; c5=(resh_1%100)/10; c6=resh_1%10; //将周期的各位分开 ints(); //输出周期 readdir(); writedir(0x83); readdir(); writedat(c7); readdir(); writedat(c1); readdir(); writedat(c2); readdir(); writedat(c3); readdir(); writedat(c4); readdir(); writedat(c5); readdir(); writedat(c6); readdir(); writedat('u'); readdir(); writedat('S'); } } if(S4==0) { delayms2(1110); if(S4==0) { ffz=run0831(); //得到峰峰值 c1=ffz/100; c2=(ffz%100)/10; c3=ffz%10; //将峰峰值的各位分开 ints(); //输出峰峰值 readdir(); writedir(0x85); readdir(); writedat(c1); readdir(); writedat('.'); readdir(); writedat(c2); readdir(); writedat(c3); readdir(); writedat('V'); TR0=0; EA=0; ET0=0; } } if(S5==0) { delayms2(1110); if(S5==0) { if(flag) //成立则是方波否则是正弦波 yxz=resh_3*ffz/100+0.5; //将方波的峰峰值转化为有效值 else yxz=ffz/282.8+0.5; //将正弦波的峰峰值转化为有效值 ffz=yxz*100+0.5; //精确到百分位 c1=ffz/100; c2=(ffz%100)/10; c3=ffz%10; //将方波或正弦波有效值的各位分开 ints(); //输出方波或正弦波的有效值 readdir(); writedir(0x85); readdir(); writedat(c1); readdir(); writedat('.'); readdir(); writedat(c2); readdir(); writedat(c3); readdir(); writedat('V'); } } }}/***********t0中断服务程序************/voidt0()interrupt1{ CLK=~CLK;}

论大学生写作能力写作能力是对自己所积累的信息进行选择、提取、加工、改造并将之形成为书面文字的能力。积累是写作的基础，积累越厚实，写作就越有基础，文章就能根深叶茂开奇葩。没有积累，胸无点墨，怎么也不会写出作文来的。写作能力是每个大学生必须具备的能力。从目前高校整体情况上看，大学生的写作能力较为欠缺。一、大学生应用文写作能力的定义那么，大学生的写作能力究竟是指什么呢？叶圣陶先生曾经说过，“大学毕业生不一定能写小说诗歌，但是一定要写工作和生活中实用的文章，而且非写得既通顺又扎实不可。”对于大学生的写作能力应包含什么，可能有多种理解，但从叶圣陶先生的谈话中，我认为：大学生写作能力应包括应用写作能力和文学写作能力，而前者是必须的，后者是“不一定”要具备，能具备则更好。众所周知，对于大学生来说，是要写毕业论文的，我认为写作论文的能力可以包含在应用写作能力之中。大学生写作能力的体现，也往往是在撰写毕业论文中集中体现出来的。本科毕业论文无论是对于学生个人还是对于院系和学校来说，都是十分重要的。如何提高本科毕业论文的质量和水平，就成为教育行政部门和高校都很重视的一个重要课题。如何提高大学生的写作能力的问题必须得到社会的广泛关注，并且提出对策去实施解决。二、造成大学生应用文写作困境的原因：（一）大学写作课开设结构不合理。就目前中国多数高校的学科设置来看，除了中文专业会系统开设写作的系列课程外，其他专业的学生都只开设了普及性的《大学语文》课。学生写作能力的提高是一项艰巨复杂的任务，而我们的课程设置仅把这一任务交给了大学语文教师，可大学语文教师既要在有限课时时间内普及相关经典名著知识，又要适度提高学生的鉴赏能力，且要教会学生写作规律并提高写作能力，任务之重实难完成。（二）对实用写作的普遍性不重视。“大学语文”教育已经被严重地“边缘化”。目前对中国语文的态度淡漠，而是呈现出全民学英语的大好势头。中小学如此，大学更是如此。对我们的母语中国语文，在大学反而被漠视，没有相关的课程的设置，没有系统的学习实践训练。这其实是国人的一种偏见。应用写作有它自身的规律和方法。一个人学问很大，会写小说、诗歌、戏剧等，但如果不晓得应用文写作的特点和方法，他就写不好应用文。（三）部分大学生学习态度不端正。很多非中文专业的大学生对写作的学习和训练都只是集中在《大学语文》这一门课上，大部分学生只愿意被动地接受大学语文老师所讲授的文学经典故事，而对于需要学生动手动脑去写的作文，却是尽可能应付差事，这样势必不能让大学生的写作水平有所提高。（四）教师的实践性教学不强。学生写作能力的提高是一项艰巨复杂的任务，但在教学中有不少教师过多注重理论知识，实践性教学环节却往往被忽视。理论讲了一大堆，但是实践却几乎没有，训练也少得可怜。阅读与写作都需要很强的实践操作，学习理论固然必不可少，但是阅读方法和写作技巧的掌握才是最重要的。由于以上的原因，我们的大学生的写作水平