【正文】 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 1 摘要 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(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測(cè)量就顯得更為重要。測(cè)量頻率的方法有多種 ,其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。數(shù)字式頻率計(jì)的測(cè)量原理有兩類：一是直接測(cè)頻法，即在一定閘門時(shí)間內(nèi)測(cè)量被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)；二是間接測(cè)頻法即測(cè)周期法，如周期測(cè)頻法。直接測(cè)頻法適用于高頻信號(hào)的頻率測(cè)量，通常采用計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)鎖存器及控制電路實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)改變計(jì)數(shù)器閥門的時(shí)間長(zhǎng)短在達(dá)到不 同的測(cè)量精度；間接測(cè)頻法適用于低頻信號(hào)的頻率測(cè)量，本設(shè)計(jì)中使用的就是直接測(cè)頻法，即用計(jì)數(shù)器在計(jì)算 1S內(nèi)輸入信號(hào)周期的個(gè)數(shù)。 數(shù)字頻率計(jì)是數(shù)字電路中的一個(gè)典型應(yīng)用，實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)用到的器件較多，連線比較復(fù)雜，而且會(huì)產(chǎn)生比較大的延時(shí)，造成測(cè)量誤差、可靠性差。隨著現(xiàn)場(chǎng)可編程 單片機(jī) 的廣泛應(yīng)用，運(yùn)用 單片機(jī)控制 ，將使整個(gè)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的整體性能和可靠性。 關(guān)鍵詞 :頻率測(cè)量 。單片機(jī) 。數(shù)據(jù)處理 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 2 目錄 摘要 ................................................................................................................................. 1 目錄 ................................................................................................................................. 2 一 系統(tǒng)概述 ................................................................................................................... 3 ................................................................................................................ 3 處理方法 ......................................................................................................... 4 二 器件簡(jiǎn)介 ................................................................................................................... 6 AT89S52 .................................................................................................. 6 （ 1） MSC51 芯片資源簡(jiǎn)介 ................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 (2)單片機(jī)的引腳 ..................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 (3)89S51 單機(jī)的電源線 ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 (4)89S51 單片機(jī)的外接晶體引腳 ............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 (5)89S51 單片機(jī)的控制線 ....................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 (6)89S51 單片機(jī)復(fù)位方式 ....................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 .................................................................................................. 6 （ 1） 數(shù)碼管的分類 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 2）數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式 ......................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 3）數(shù)碼管參數(shù) ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 4）數(shù)碼管應(yīng)用 ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 5）數(shù)碼管使用的電流與電壓 .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 6）恒流驅(qū)動(dòng)與非恒流驅(qū)動(dòng)對(duì)數(shù)碼管的影響 ......................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 (7)怎樣測(cè)量數(shù)碼管引腳 .......................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 CPLD ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 1） CPLD簡(jiǎn)介 .................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 2） CPLD器件特點(diǎn) ............................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 三 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 24 .................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 1）信號(hào)予處理電路 ............................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 2）單片機(jī)系統(tǒng) ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 3）數(shù)據(jù)顯示電路 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （ 4） VHDL實(shí)現(xiàn) 74LS160 功能 .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 ....................................................................................................... 24 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 3 (1)數(shù)據(jù)處理過(guò)程 ............................................................................................... 24 (2)系統(tǒng)軟件框圖 ............................................................................................... 25 (3)浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算程序 ........................................................................................ 25 （ 4） 實(shí)測(cè)結(jié)果和誤差分析 ............................................................................... 26 四 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 28 附件 1：程序清單 .......................................................................................................... 29 一 系統(tǒng)概述 頻率計(jì)由單片機(jī) 89C51 、信號(hào)予處理電路、串行通信電路、測(cè)量數(shù)據(jù)顯示電路和系統(tǒng)軟件所組成 ,其中信號(hào)予處理電路包含待測(cè)信號(hào)放大、波形變換、波形整形和分頻電路。系統(tǒng)硬件框圖如圖 1 所示。信號(hào)予處理電路中的放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大 ,降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求 。波形變換和波形整形電路實(shí)現(xiàn)把正弦波樣的正負(fù)交替的信號(hào)波形變換成可被單片機(jī)接受的 TTL/ CMOS 兼容信號(hào) 。分頻電 路用于擴(kuò)展單片機(jī)的頻率測(cè)量范圍并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量和周期測(cè)量使用統(tǒng)一的輸入信號(hào)。 圖 1 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)軟件包括測(cè)量初始化模塊、顯示模塊、信號(hào)頻率測(cè)量模塊、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)周期測(cè)量模塊、定時(shí)器中斷服務(wù)模塊、浮點(diǎn)數(shù)格式化模塊、浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算模塊、浮點(diǎn)數(shù)到 BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊。系統(tǒng)軟件框圖如圖 2 所示。 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 4 處理方法 本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)為核心 ,利用它內(nèi)部的定時(shí) / 計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期 / 頻率的測(cè)量。單片機(jī) AT89C51 內(nèi)部具有 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ,定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 的工作可以由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出中斷要求的功能。在構(gòu)成為定時(shí)器時(shí) ,每個(gè)機(jī)器周期加 1 (使用 12MHz 時(shí)鐘時(shí) ,每 1us 加 1) ,這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來(lái)測(cè)量時(shí)間間隔。在構(gòu)成為計(jì)數(shù)器時(shí) ,在相應(yīng)的外部引腳發(fā)生從 1 到 0 的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加 1 ,這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以用來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。外部輸入每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次 ,這樣檢測(cè)一次從 1 到 0 的跳變至少需要 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 ) ,所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的 1/ 24 (使用 12MHz 時(shí)鐘時(shí) ,最大計(jì)數(shù)速率為 500 KHz) 。定時(shí) /計(jì)數(shù)器的工作由相應(yīng)的運(yùn)行控制位 TR 控制 ,當(dāng) TR置 1 ,定時(shí) / 計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù) 。當(dāng) TR 清 0 ,停止計(jì)數(shù)。設(shè)計(jì)綜合考慮了頻率測(cè)量精度和測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的要求。例如當(dāng)要求頻率測(cè)量結(jié)果為 3 位有效數(shù)字 ,這時(shí)如果待測(cè)信號(hào)的頻率為 1Hz ,則計(jì)數(shù)閘門寬度必須大于 1000s。為了兼顧頻率測(cè)量精度和測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的要求 ,把測(cè)量工作分為兩種方法。當(dāng)待 測(cè)信號(hào)的頻率大于 100Hz 時(shí) ,定時(shí) / 計(jì)數(shù)器構(gòu)成為計(jì)數(shù)器 ,以機(jī)器周期為基準(zhǔn) ,由軟件產(chǎn)生計(jì)數(shù)閘門 ,這時(shí)要滿足頻率測(cè)量結(jié)果為 3 位有效數(shù)字 ,則計(jì)數(shù)閘門寬度大于 1s 即可。 當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率小于 100Hz 時(shí) ,定時(shí) / 計(jì)數(shù)器構(gòu)成為定時(shí)器 ,由