基于單片機(jī)的簡易頻率計(jì)設(shè)計(jì)(已修改)
2025-11-23 14:53 本頁面
【正文】 基于單片機(jī)的簡易頻率計(jì)設(shè)計(jì) 一、課題任務(wù) 本設(shè)計(jì)是基于 AT89S51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的簡易頻率計(jì)。技術(shù)指標(biāo)：頻率（ F）為：1Hz～ 100MHz，周期（ T）為： 1S～ 10E7S，精度為： 10%。 二、方案比較與選擇 方案比較 方案一：本方案主要以數(shù)字器件為核心，主要分為時(shí)基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計(jì)數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分。其原理框圖如圖 1 所 示 圖 方案二：本方案主要以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)定 時(shí)功能來實(shí)現(xiàn)頻率的計(jì)數(shù)并且利用單片機(jī)的動(dòng)態(tài)掃描把測出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。其原理框圖如 2 所示 邏輯控制電路 譯碼顯示器 鎖存器 閘門電路 計(jì)數(shù)器 時(shí)基電路 放大整形電路 2 圖 2. 方案二原理圖 方案論證 方案一：本方案使用大量的數(shù)字器件，被測量信號經(jīng)過放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號，其頻率與被測信號的頻率相同。同時(shí)時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號，其高電平持續(xù)時(shí)間 1s，當(dāng) 1s 信號來到時(shí)，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到 1s 信號結(jié)束閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。若在閘門時(shí)間 1s 內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的 脈沖個(gè)數(shù)為 N，則被測信號頻率 F（ X） =N Hz。邏輯控制電路的作用有兩個(gè)：一是產(chǎn)生鎖存脈沖，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清零脈沖，使計(jì)數(shù)器每次測量從零開始計(jì)數(shù)。 方案二：本方案主要以單片機(jī)為核心，被測信號先進(jìn)入信號放大電路進(jìn)行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測正弦波或者三角波轉(zhuǎn)換為方波，利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的功能對被測信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。編寫相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)測量的量程，并把測出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。 方案選擇 比較以上兩種方案可以知道，方案二的核心是單片機(jī)， 使用的元器件少，原理電路簡單，調(diào)試簡單只要改變程序的設(shè)定值則可以實(shí)現(xiàn)不同頻率范圍的測量，能自動(dòng)選擇測試的量程。與方案二相比較方案一則使用了大量的數(shù)字元器件，原理電路復(fù)雜，硬件調(diào)試麻煩。如要測量高頻的信號還需要加上分頻電路，價(jià)格相對高。鑒于我們是第一次做與單片機(jī)有關(guān)的電子設(shè)計(jì)作品，為了減少一定的難度以及為今后更好的實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)的精細(xì)化和準(zhǔn)確化，經(jīng)過小組討論，我們決定從基礎(chǔ)的頻率計(jì)出發(fā)。該頻率計(jì)是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器完成待測信號周期 /頻率的測量，測量范圍相比與要求較窄，但具有一定的代表性和基礎(chǔ)性。 信號放大電路 信號整形 單片機(jī)AT89S51 電路 數(shù)字顯示電路 3 三、系 統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以 AT89S51 單片機(jī)為核心，利用它內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器完成待測信號周期 /頻率的測量，單片機(jī) AT89S51 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實(shí)現(xiàn)定時(shí)，計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。在定時(shí)器工作方式下，在被測時(shí)間間隔內(nèi)，每來一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加 1，這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來測量時(shí)間間隔。在計(jì)數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測信號發(fā)生從 1 到 0 的跳變計(jì)數(shù)器加 1，這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以用來測量待測信號的頻率。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采用一 次，這樣查測一次從 1 到 0 的跳變至少需要 2 個(gè)機(jī)器周期，所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率1/24。定時(shí) /計(jì)數(shù)器的工作有運(yùn)行控制位 TR 控制，當(dāng) TR 置 1，定時(shí) /計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；當(dāng) TR 清 0 ，停止計(jì)數(shù)。 當(dāng)待測信號的頻率 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，計(jì)數(shù)閘門寬度 1S 時(shí)，即可滿足頻率測量結(jié)果為 3 位有效數(shù)字。 四、單片機(jī)簡述 1. AT89S51 概述 該 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS8 位微控制器，可在 4K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)編程的閃存存儲(chǔ)器。該設(shè)備是采用 Atmel 的高密度 非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)和符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51 指令集合引腳。芯片上的 Flash 程序存儲(chǔ)器重新編程的系統(tǒng)或常規(guī)非易失性內(nèi)存編程。通過結(jié)合通用 8 位中央處理器的系統(tǒng)內(nèi)課編程閃存的單芯片， AT89S51 是一個(gè)功能強(qiáng)大的微控制器，它提供了高度靈活的和具有成本效益的解決辦法，可在許多嵌入式控制中應(yīng)用。 在 AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié)的 Flash 閃存， 128 字節(jié)的 RAM，32 個(gè) I/O 線，看門狗定時(shí)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行端口，片上振蕩器和時(shí)鐘電路。此外， AT89S51 設(shè)計(jì)的靜態(tài)邏輯操作到零頻率和支持兩種軟件可選電模式。 空閑模式停止的 CPU，同時(shí)允許 RAM，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，串行接口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)作。在掉電模式保存 RAM 內(nèi)容，可停止振蕩器，停止所有其他芯片的功能，直到下一個(gè)外部中斷或硬件復(fù)位。 4 VCC：電源電壓 GND：接地點(diǎn) P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn) 換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Fl
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