【正文】 畢業(yè)設計（論文） 題 目： 基于單片機的智能 電子計數(shù)器的設計 學 校 ： 專 業(yè)： 電子信息工程 學生姓名 ： 指導教師 ： 畢業(yè)設計（論文）時間：二 0 一 一 年 3 月 日～ 5 月 日 共 周 I 摘 要 數(shù)字頻率計是電子測量領域中最常見的測量儀器之一。它可以測量方波和正弦波的頻率、周期和脈沖寬度等時間參數(shù)。 本設計是由單片機控制的數(shù) 字頻率計設計。本文在討論頻率測量的常用方法與原理的基礎上，闡述了等精度測頻系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)包括穩(wěn)壓電源電路、信號放大整形電路、測頻電路、單片機電路模塊、標準頻率信號源、鍵盤模塊、數(shù)碼顯示模塊等。采用軟硬件結(jié)合的方法，頻率、周期、脈寬和占空比的計算由單片機 89C51 完成，外圍電路其數(shù)字電路部分使用了 CPLD，并采用 VHDL 語言進行設計描述，其輸入通道由模擬電路來實現(xiàn)。 系統(tǒng)將單片機 AT89C51 的控制靈活性及 CPLD 芯片的現(xiàn)場可編程性相結(jié)合，不但大大縮短了開發(fā)研制周期，而且使本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性 高、測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點。 關鍵詞 ： 頻率計 單片機 CPLD 等精度 III Abstract Digital cymometer is one of the most mon instruments of electronic measurement. It can measure time parameters such as the square wave and the sine wave frequency, cycle and pulse width, and so on. The design is the digital cymometer based on the signal chip puter control. Based on the discussion of the monly used method of measuring frequency and on the basis of principle, it describes the design of frequency measurement system with the same accuracy including the power supply system circuit, signal amplification plastic circuit, measuring frequency circuits, MCU circuit module, the standard frequency signal source, keyboard module, the digital display module, and so on. It takes the method of bination of hardware and software: frequency, period, pulse width and roomoccupying ratio of calculation pleted by the MCU 89C51, the external circuit part of its digital circuits used with the CPLD, input channels from analog circuits to achieve, and use of VHDL design Description. The system bines the control flexibility of 89C51 with programmable performance of CPLD, so not only can it shorten the period of the development and research but also has the advantages of pact structure little volume, high reliability, wide scope and high precision. Key Words: cymometer。 signal chip puter。 CPLD。 equal precision 目錄 第一章 引言 ......................................................... III 課題研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 .................................... 課題研究的意義與作用 ........................................ 數(shù)字 頻率計的基本原理 ........................................ 系統(tǒng)設計技術指標 ............................................ 基本指標 ............................................................ 發(fā)揮部分 ............................................................ 第二章 系統(tǒng)硬件設計 ................................................. 頻率測量的方法的研究 ........................................ 數(shù)字化直接測量頻率的原理 ............................................ 數(shù)字化直接測量周期的原理 ............................................ 多周期同步等精度測量的原理 .......................................... 實驗 方案的確定 .............................................. 測量方法的確定 ...................................................... 頻率測量模塊的方法 .................................................. 周期測量模塊的方法 .................................................. 脈沖寬度測量模塊的方法 .............................................. 系統(tǒng)硬件設計 ................................................ 穩(wěn)壓電源 電路 ........................................................ 信號放大整形電路 .................................................... 單片機控制電路 ...................................................... 標準頻率信號源 ...................................................... 數(shù)碼管顯示模塊 ...................................................... 第三章 系統(tǒng)軟件設計 ................................................. CPLD 測頻專用模塊的設計 ...................................... 頻率計 CPLD 部分的 VHDL 程序 .......................................... 頻率計 CPLD 部分的仿真 ............................................... 單片機控制與運算程序的設計 ................................. 單片機主程序的設計 .................................................. 頻率、周期計數(shù)子程序的設計 .......................................... IV 脈寬、占空比子程序的設計 ............................................ 鍵盤掃描及 數(shù)碼管顯示 子程序的設計 .................................... 總結(jié) ............................................................ 參考文獻 ............................................................. 致謝 ................................................................. 1 第一章 引言 課題研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展及電子產(chǎn)品市場運作節(jié)奏的進一步加快，涉 及諸如計算機應用、通信、智能儀表、醫(yī)用設備、軍事、民用電器等領域的現(xiàn)代電子設計技術已邁入一個全新的階段。 在電子測量中，頻率的測量精確度是非常高的。利用計數(shù)法測量頻率具有精度高、使用方便、容易實現(xiàn)測量過程自動化等一系列突出優(yōu)點，已成為目前頻率測量的重要方法。人們將許多參數(shù)的測量轉(zhuǎn)換為頻率量來測量和處理。 傳統(tǒng)的頻率計通常采用組合電路和時序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，在使用過程中存在電路結(jié)構(gòu)復雜，測量精度低、故障率高、維護不易等問題，其產(chǎn)品不但體積較大，運行速度慢，而且測量低頻信號時不宜直接使用。頻率測量在科技 研究和實際應用中的作用日益重要。測量的數(shù)字化、智能化是當前測量技術發(fā)展的趨勢。 課題研究的意義與作用 數(shù)字頻率計數(shù)器又稱通用計數(shù)器，是電子測量領域中最常見的測量儀器之一。它可以測量正弦波的頻率（周期），脈沖波的頻率（周期），脈沖寬度等時間參數(shù)。 隨著單片機技術的不斷發(fā)展，用單片機通過軟件設計，采用適當?shù)乃惴ㄈ〈@部分電路不僅能彌補上述不足，而且性能也將大有提高。針對普通頻率計存在讀數(shù)難、測量精度不高等問題 , 目前采用單片機控制的數(shù)字頻率計 , 用于測量方波、正弦波或其它脈沖信號的頻率 , 并用數(shù)字顯示 , 具有精度高、測量迅速、讀數(shù)方便等優(yōu)點 , 已經(jīng)在電子測量領域里得到了廣泛應用。 MCS— 51 系列單片機具有體積小，功能強，性能價格比較高等特點，因此被廣泛應用于工 業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領域。本次設計的數(shù)字頻率計 以 AT89C51 單片機為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點。 數(shù)字 頻率計的基本原理 頻率計的基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，此時我們稱閘門時間為 1 秒。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越長，得 到的頻率值就越準確，但閘門時間越長 ， 則 每 測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。 數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其 2 它周期性變化的信號。 系統(tǒng)設計技術指標 基于傳統(tǒng)測頻原理的頻率計的測量精度將隨被測信號頻率的下降而降低，在實用中有較大的局限性，而等精度頻率計不但具有較高的測量精度，而且在整個測頻區(qū)域內(nèi)保持恒定的測試精度。 課題要求運用單片機 或者 CPLD 技術，結(jié)合 傳統(tǒng)直接測量頻率方法和等精度測量頻率的 方法，實現(xiàn)高頻和低 頻的測量，本系統(tǒng)設計的基本指標如下。 基本指標 (1) 頻率： 10Hz～ 30MHz (2) 閘門時間為 秒、 1秒 （ 3）實現(xiàn)對頻率、周期和時間間隔的測量功能 發(fā)揮部分 (1) 信號：方波、正弦波 (2) 幅度： ～ (3) 周期脈沖寬度幅度（ ～ 5V、頻率 1Hz～ 1KHz）的占空比，占空比變化范圍為 10%～ 90%，測試誤差≤ 1%。 3 第二章 系統(tǒng)硬件 設計 頻率測量的方法的研究 數(shù)字化 直接測 量頻率的原 理 無論頻率、周期還是時間間隔的數(shù)字化測量，均是基于主門 （閘門） 加計數(shù)器的結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)的，圖 (a)示出了這種計數(shù)式 直接測頻 的原理框圖。其中主門 （閘門） 具有“與門”的邏輯功能。主門 （閘門） 的一個輸入端送入的是頻率為 xf 的窄脈沖，它是由被測信號經(jīng) A通道放大整形后得到的。主門 （閘門） 的另一個輸入端送來的是來自門控雙