【正文】 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)實踐任務(wù)書 系 名 稱 電氣工程系 專業(yè)及班級 電氣 S20217 學(xué)生姓名 學(xué) 號 畢業(yè)實踐題目： 基于單片機(jī)控制的頻率計的設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 系 主 任（簽字）： 2021 年 9 月 15 日 摘 要 在傳統(tǒng)的 電子測量儀器 中，示波器在進(jìn)行頻率測量時測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實時快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。正是由于頻率計能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號頻率的變化，因此，頻率計擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。 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(jī)模塊、分頻模塊 及顯示電路模塊組成。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) 1Hz~40MHz的頻率測量， 采用外部按鈕 量程切換流程。以 AT89S52 單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)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 8位共陽極數(shù)碼管顯示 。 本次采用單片機(jī)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： 頻率計；單片機(jī)；計數(shù)器；量程切換 目錄 第一章 前言 ........................................................ 1 頻率計概述 ................................................... 1 頻率計發(fā)展與應(yīng)用 ............................................. 1 頻率計設(shè) 計內(nèi)容 ............................................... 1 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 ............................................ 2 測頻的原理 ................................................... 2 總體思路 ..................................................... 3 具體模塊 ..................................................... 3 第三章 硬件電路具體設(shè)計 ............................................ 5 AT89S52 主控制器模塊 ......................................... 5 AT89S52 的介紹 ........................................... 5 復(fù)位電路及時鐘電路 ....................................... 6 引腳功能 ................................................. 7 單片機(jī)引腳分配 ........................................... 9 電源模塊 ..................................................... 9 直流穩(wěn)壓電源的基本原理 ................................... 9 電源 電路設(shè)計 ............................................ 11 放大整形模塊 ................................................ 11 分頻設(shè)計模塊 ................................................ 12 分頻電路分析 ............................................ 12 74LS161 芯片介紹 ........................................ 13 分頻電路 ................................................ 14 顯示模塊 .................................................... 14 數(shù)碼管介紹 .............................................. 14 頻率值顯示電路 .......................................... 15 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ............................................. 16 軟件模塊設(shè)計 ................................................ 16 中斷服務(wù)子程序 .............................................. 17 顯示子程序 .................................................. 19 應(yīng) 用軟件簡介 ................................................ 19 Keil 簡介 ............................................... 19 protues 簡介 ............................................ 21 第五章 頻率計的系統(tǒng)調(diào)試 ........................................... 22 硬件調(diào)試 .................................................... 22 電源模塊調(diào)試 ............................................ 22 整形模塊調(diào)試 ............................................ 22 分頻模塊調(diào)試 ............................................ 24 軟件調(diào)試 .................................................... 24 Pouteus 軟件調(diào)試 ........................................ 24 功能調(diào)試 ................................................ 25 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................... 26 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ............................................ 26 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 .......................................... 26 誤差分析 .................................................... 27 第六章 總結(jié) ....................................................... 28 參考文獻(xiàn) .......................................................... 29 致 謝 ............................................................. 30 附錄一 系統(tǒng)原理圖 附錄二 頻率計源程序 頻率計的設(shè)計 1 第一章 前言 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(qiáng)，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。 頻率計概述 數(shù)字頻率計是計算機(jī) 、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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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。 頻率計發(fā)展與應(yīng)用 在我國，單片機(jī)已不是一個陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計算機(jī)技術(shù)的里程碑事件。單片機(jī)作為最為典型的嵌入式系統(tǒng)，它的成功應(yīng)用推動了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。單片機(jī)已成為電子系統(tǒng)的中最普遍的應(yīng)用。單片機(jī)作為微型計算機(jī)的一個重要分支，其應(yīng)用范圍很廣，發(fā)展也很快，它已成為在現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)、通信、自動控制與計量測試、數(shù)據(jù)采集與信號處理等技術(shù)中日益普及的一項新興技術(shù)，應(yīng)用范圍十分廣泛。其中以 AT89S52 為內(nèi)核的單片機(jī)系列目前在世界上生產(chǎn)量最大，派生產(chǎn)品最多，基本可以滿足大多數(shù)用戶的需要。 頻率計設(shè)計內(nèi)容 利用 電源 、單片機(jī)、 分頻電路及數(shù)碼管顯示 等模塊 ， 設(shè)計一個簡易的 頻率計 能夠粗略的 測量出被測信號的頻率 。 參數(shù)要求如下： 1．測量范圍 1HZ— 40MHZ； 2． 用 8 位數(shù)碼管顯示測量值； 3．能根據(jù)輸入信號切換量程 并且 可以測量方波、三角波及正弦波等多種波形； 頻率計的設(shè)計 2 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 測頻的原理 測頻的原理歸結(jié)成一句話，就是“在單位時間內(nèi)對被測信號進(jìn)行計數(shù)”。 被測信號，通過輸入通道的放大器放 大后，進(jìn)入整形器加以整形變?yōu)榫匦尾?，并送入主門的輸入端。由晶體振蕩器產(chǎn)生的基頻，按十進(jìn)制分頻得出的分頻脈沖，經(jīng)過基選通門去觸發(fā)主控電路，再通過主控電路以適當(dāng)?shù)木幋a邏輯便得到相應(yīng)的控制指令，用以控制主門電路選通被測信號所產(chǎn)生的矩形波，至十進(jìn)制計數(shù)電路進(jìn)行直接計數(shù)和顯示。若在一定的時間間隔 T 內(nèi)累計周期性的重復(fù)變化次數(shù) N，則頻率的表達(dá)式為式： Nfx=T （ 2— 1） 圖 21 說明了測頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。 時基信號 待測信號 丟失（少計一個脈沖） 計到 N 個脈沖 多余（比實際多出了 個脈沖） 圖 21 測頻原理 在圖 1中， 假設(shè)時基信號為 1KHZ，則用此法測得的待測信號為 1KHZ 5=5KHZ。但從圖中可以看出，待測信號應(yīng)該在 左右，誤差約有 ≈ %。這個誤差是比較大的，實際上，測量的脈沖個數(shù)的誤差會在177。 1 之間。假設(shè)所 測得的脈沖個數(shù)為 N，則所測頻率的誤差最大為δ =1／ （ N1） *100%。顯然，減小誤差的方法，就是增大 N。本頻率計要求測頻誤差在 1‰以下，則 N應(yīng)大于 1000。通過計算，對 1KHZ 以下的信號用測頻法，反應(yīng)的時間長于或等于 10S。由此可以得出一個初步結(jié)論：測頻法適合于測高頻信號。 頻率計數(shù)器嚴(yán)格地按照 Nf=T 公式進(jìn)行測頻。由于數(shù)字測量的離散性，被測頻率在計數(shù)器中所記進(jìn)的脈沖數(shù)可有正一個或負(fù)一個脈沖的 1? 量化誤差，在不計 其他誤差影響的情況下，測量精度將為： 頻率計的設(shè)計 3 1()fA N? ? （ 2— 2） 應(yīng)當(dāng)指出， 測量頻率時所產(chǎn)生的誤差是由 N 和 T 倆個參數(shù)所決定的，一方面是單位時間內(nèi)計數(shù)脈沖個數(shù)越多時，精度越高，另一方面 T 越穩(wěn)定時，精度越高。為了增加單位時間內(nèi)計數(shù)脈沖的個數(shù)，一方面可在輸入端將被測信號倍頻，另一方面可增加 T 來滿足，為了增加 T 的穩(wěn)