【正文】 摘要摘 要 頻率測量是電子學(xué)測量中最為基本的測量之一。頻率計主要是由信號輸入和放大電路、單片機模塊、分頻模塊及顯示電路模塊組成。AT89C51單片機是頻率計的控制核心，來完成它待測信號的計數(shù)，譯碼，顯示以及對分頻比的控制。利用它內(nèi)部的定時/計數(shù)器完成待測信號頻率的測量。在整個設(shè)計過程中，所制作的頻率計采用外部分頻，實現(xiàn)10Hz500kHz的頻率測量，而且可以實現(xiàn)量程自動切換流程。以AT89C51單片機為核心，通過單片機內(nèi)部定時/計數(shù)器的門控時間，方便對頻率計的測量。其待測頻率值使用LCD液晶顯示器顯示，并可以自動切換量程。本次采用單片機技術(shù)設(shè)計一種數(shù)字顯示的頻率計，具有測量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：周期測頻法，單片機控制，軟硬件結(jié)合。IIIABSTRACTABSTRACTFrequency measurement is the most basic measurement in Electronic field. Frequency meter is mainly posed of a signal input and an amplifying circuit, SCM module, frequency module and a display circuit module. AT89C51 MCU is the control core frequency of dollars to plete its count of the signal under test, decoding, display and control of the frequency division ratio. Using its internal timer or counter to plete the signal of the under test cycle / frequency of measurement. Throughout the design process, periodic measurement of the frequency meter application and the corresponding mathematical treatment to achieve 1Hz ~ 500 KHz frequency measurements, and can automatically switch the flow to achieve scale. To the core of AT89C51 microcontroller, with the MCU internal timer / counter gate time, it can be easier for frequency measurement. The use of microputer technology to design a digital display of frequency meter, have a measurement of high accuracy, fast response, small size and so on.KEYWORDS: The cycle frequency measurement, Single chip control, The bination of hardware and software.目錄目 錄1 緒 論 7 數(shù)字頻率計簡介 7 單片機系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 7 2 32 等精度頻率計的原理與應(yīng)用 5 等精度頻率計的原理 5 D觸發(fā)器 5 等精度頻率計測量的原理 5 等精度頻率計的誤差分析 6 73硬件電路設(shè)計 9 9 51單片機及AT89C52介紹 10 10 AT89C52簡介 11 管腳說明 11AT89C52管腳圖如圖34所示。 11 AT89C52主要性能 13 13 13 14 154軟件設(shè)計 17 KEIL51軟件簡介 17 17 17 18 18 185 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 19 Proteus軟件簡介 19 Proteus的電路仿真 20 22總 結(jié) 35致 謝 35參考文獻 37附 錄 391程序 3951 緒 論 數(shù)字頻率計簡介數(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。它是一種用十進制數(shù)字，顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號以及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計。 若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是將被測信號變成脈沖信號，其重復(fù)頻率等于被測頻率fx。時間基準(zhǔn)信號發(fā)生器提供標(biāo)準(zhǔn)的時間脈沖信號，若其周期為1s，則門控電路的輸出信號持續(xù)時間亦準(zhǔn)確地等于1s。閘門電路由標(biāo)準(zhǔn)秒信號進行控制，當(dāng)秒信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路。秒信號結(jié)束時閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。由于計數(shù)器計得的脈沖數(shù)N是在1秒時間內(nèi)的累計數(shù)，所以被測頻率fx=NHz。 本設(shè)計詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的原理與構(gòu)成，并以MCS51系列單片機和數(shù)碼顯示電路為核心設(shè)計了系統(tǒng)硬件電路。硬件電路中，選用單片機為核心設(shè)計了系統(tǒng)的單片微機和計數(shù)器，并通過編程計數(shù)器實現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率進行同步檢測計數(shù)，顯示電路選擇了六位顯示，在制作上選擇了6個74LC164和6個LED制作完成。單片微機完成對計數(shù)數(shù)據(jù)進行運算處理功能。通過相關(guān)資料運用proteus軟件設(shè)計相應(yīng)的等精度頻率計電路原理圖以及顯示電路原理圖。在軟件設(shè)計中，在Keil51軟件平臺下編寫了應(yīng)用程序，采用模塊化編程，使得所編程序具有可讀性強，易于調(diào)試、修改方便的特點。論文中提到具體方案是將基于單片機控制的等精度頻率計中的電路部分包括電源，同步門邏輯控制電路，顯示電路等幾部分。重點為同步門邏輯控制電路，同步門邏輯控制電路以單片機芯片AT89C52為核心，接復(fù)位電路和晶體振蕩器，與D觸發(fā)器相連，分別用于對標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖和被測頻率脈沖進行計數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)頻率信號由單片機AT89C52的石英晶體振蕩器產(chǎn)生。D觸發(fā)器用于控制計數(shù)的同步啟動和停止。本設(shè)計在深入討論等精度頻率測量原理的基礎(chǔ)上設(shè)計出相應(yīng)的由單片機控制的的等精度測量裝置，運用了Proteus，KEIL51對電路的軟硬件部分進行了設(shè)計。 單片機系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀在我國，單片機的推廣、普及、開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)過十多個年頭，在此期間也涌現(xiàn)出了不少單片機的專家和技術(shù)成果，使我國在單片機技術(shù)應(yīng)用方面獲得了長足的進步。由于我國單片機發(fā)展起步晚，盡管單片機的品種很多，但是在我國使用較為廣泛的是Intel公司的MCS51單片機系列。近年來32位單片機已進入實用階段。也向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價格、外圍電路內(nèi)裝化及片內(nèi)存儲容量增加的方向發(fā)展。 頻率測量是電子學(xué)測量中最為基本的測量之一。由于頻率信號抗干擾性強，易于傳輸，因此可以獲得較高的測量精度。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測量成為一項越來越普遍的工作，測頻原理和測頻方法的研究正受到越來越多的關(guān)注。 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。它是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號、方波信號及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計。傳統(tǒng)的頻率計采用測頻法測量頻率，通常由組合電路和時序電路等大量的硬件電路組成，產(chǎn)品不但體積大，運行速度慢而且測量低頻信號不準(zhǔn)確。本次采用單片機技術(shù)設(shè)計一種數(shù)字顯示的頻率計，測量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點。國際國內(nèi)通用數(shù)字頻率計的主要技術(shù)參數(shù)：1．頻率測量范圍：電子計數(shù)器的測頻范圍，低端大部分從10Hz開始；高端則以不同型號的頻率計而異。因此高端頻率是確定低、中、高速計數(shù)器的依據(jù)。如果裝配相應(yīng)型號的變頻器，各種類型的數(shù)字頻率計的測量上限頻率，可擴展十倍甚至幾十倍。2．周期測量范圍：數(shù)字頻率計最大的測量周期，一般為10s，可測周期的最小時間，依不同類型的頻率計而定。對于低速通用計數(shù)器最小時間為1ys；。3．晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度：是決定頻率計測量誤差的一個重要指標(biāo)。可用頻率準(zhǔn)確度、日波動、時基穩(wěn)定度、秒級頻率穩(wěn)定度等指標(biāo)，來描述晶體振蕩器的性能。4．輸入靈敏度：輸入靈敏度是指在側(cè)頻范圍內(nèi)能保證正常工作的最小輸入電壓。目前通用計數(shù)器一般都設(shè)計二個輸入通道，即d通道和月通道。對于4通道來說，靈敏度大多為50mV。靈敏度高的數(shù)字頻率計可達30mV、20mV。：輸入阻抗由輸入電阻和輸入電容兩部分組成。輸入阻抗可分為高阻(1M／／25PF、500k／／30PF)和低阻(50)。一般說來，低速通用計數(shù)器應(yīng)設(shè)計成高阻輸入；中速通用計數(shù)器，測頻范圍最高端低于100MHz，仍設(shè)計為高阻輸入；對于高速通用計數(shù)器，測頻＞100MHz， 設(shè)計成低阻 (50Q) 輸入，測頻＜100MHz，設(shè)計成高阻(500k／／30PF)輸入。 論文研究設(shè)計了一套基于AT89C52單片機技術(shù)的等精度頻率計，由標(biāo)準(zhǔn)頻率信號和被測信號進行校準(zhǔn)，實現(xiàn)等精度頻率的測量。設(shè)計要求： 頻率測量 幅度：～5V 頻率：1Hz～500kHz 測量誤差≤%。主要工作如下： (1）學(xué)習(xí)理解單片機的原理及應(yīng)用，掌握單片機的編程； (2）了解等精度的頻率測量的工作原理； (3）proteus上進行畫圖； (4）編寫軟件； (5）系統(tǒng)調(diào)試，仿真。西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）2 等精度頻率計的原理與應(yīng)用 等精度頻率計的原理 頻率計的核心為單片機對數(shù)據(jù)的運算處理，而此等精度測量方法是以同步門邏輯控制電路為核心的。同步門邏輯控制電路由D觸發(fā)器構(gòu)成?；绢l率測量要求： 幅度：～5V 頻率：1Hz～500kHz 測量誤差≤%。 D觸發(fā)器圖21 如圖21所示，此為所需D觸發(fā)器74HC164物理形狀，74HC164為十四管腳的芯片，同步門邏輯控制電路由D觸發(fā)器來產(chǎn)生產(chǎn)生同步門信號。D觸發(fā)器（74HC164）控制單片機對標(biāo)準(zhǔn)頻率信號和被測信號的計數(shù)開始和停止。 等精度頻率計測量的原理 等精度的測量原理是利用對被測信號和標(biāo)頻信號同時計數(shù)所經(jīng)過的時間相同來講計算被測信號的頻率。等精度測量原理如圖22所示。西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）圖22等精度測量原理圖 當(dāng)測量開始時，由被測信號的上升沿同時打開預(yù)置門和同步門啟動兩個計時器同時對被測頻率信號和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號同時開始計數(shù)。到達預(yù)置時間TS后，預(yù)置門關(guān)閉，但兩個計數(shù)器不停止計數(shù)，隨后而至的被測信號的上升沿到來時，同步門關(guān)閉，兩個計數(shù)器才同時停止計數(shù)。測得的計數(shù)值分別為N1,，由顯示電路顯示運算結(jié)果。 由測量原理可以知道: （1） 由此可以推出： （2） 等精度頻率計的誤差分析 設(shè)所測頻率的準(zhǔn)確值為fX。在一次測量中，由于f1計數(shù)的起停時間是由該信號的上升沿控制的，因此，在TS時間內(nèi)對f1的計數(shù)N1無誤差。在此時間內(nèi)f2的計數(shù)N2最多相差一個脈沖，即︱△N1︱≤1，則下式成立： （3）由此可分別推得： （4）根據(jù)相對誤差公式有： （5）將式(2)和式(4)代人式(5)整理后可得： （6）因為 ： 所