【正文】 畢業(yè)實踐任務書 系 名 稱 電氣工程系 專業(yè)及班級 電氣S20097 學生姓名 丁洪軍 學 號 21 畢業(yè)實踐題目：基于單片機控制的頻率計的設計 指 導 教 師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 系 主 任（簽字）： 2011 年 9 月 15 日摘 要在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進行頻率測量時測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準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用范圍。頻率測量是電子學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。在整個設計過程中，所制作的頻率計采用外部分頻，實現1Hz~40MHz的頻率測量，采用外部按鈕量程切換流程。以AT89S52單片機為核心，通過單片機內部定時/計數器的門控時間，方便對頻率計的測量。其待測頻率值使用8位共陽極數碼管顯示。本次采用單片機技術設計一種數字顯示的頻率計，具有測量準確度高，響應速度快，體積小等優(yōu)點。關鍵詞：頻率計；單片機；計數器；量程切換 目錄第一章 前言 1 1 1 1第二章 系統(tǒng)總體方案設計 2 2 3 3第三章 硬件電路具體設計 5 AT89S52主控制器模塊 5 AT89S52的介紹 5 復位電路及時鐘電路 6 引腳功能 7 單片機引腳分配 9 電源模塊 9 直流穩(wěn)壓電源的基本原理 9 電源電路設計 11 11 分頻設計模塊 12 分頻電路分析 12 74LS161芯片介紹 13 分頻電路 14 顯示模塊 14 數碼管介紹 14 頻率值顯示電路 15第四章 系統(tǒng)的軟件設計 16 軟件模塊設計 16 中斷服務子程序 17 顯示子程序 19 應用軟件簡介 19 Keil簡介 19 protues簡介 21第五章 頻率計的系統(tǒng)調試 22 硬件調試 22 電源模塊調試 22 22 分頻模塊調試 24 軟件調試 24 Pouteus軟件調試 24 功能調試 25 26 系統(tǒng)軟件調試 26 系統(tǒng)軟硬件調試 26 誤差分析 27第六章 總結 28參考文獻 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計第一章 前言頻率測量是電子學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。隨著數字電子技術的發(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注。數字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進制數字顯示被測信號頻率的數字測量儀器。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變化的物理量。在進行模擬、數字電路的設計、安裝、調試過程中，由于其使用十進制數顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經常要用到頻率計。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，產品不但體積大，運行速度慢而且測量低頻信號不準確。本次采用單片機技術設計一種數字顯示的頻率計，測量準確度高，響應速度快，體積小等優(yōu)點。在我國，單片機已不是一個陌生的名詞，它的出現是近代計算機技術的里程碑事件。單片機作為最為典型的嵌入式系統(tǒng)，它的成功應用推動了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。單片機已成為電子系統(tǒng)的中最普遍的應用。單片機作為微型計算機的一個重要分支，其應用范圍很廣，發(fā)展也很快，它已成為在現代電子技術、計算機應用、網絡、通信、自動控制與計量測試、數據采集與信號處理等技術中日益普及的一項新興技術，應用范圍十分廣泛。其中以AT89S52為內核的單片機系列目前在世界上生產量最大，派生產品最多，基本可以滿足大多數用戶的需要。利用電源、單片機、分頻電路及數碼管顯示等模塊，設計一個簡易的頻率計能夠粗略的測量出被測信號的頻率。 參數要求如下：1．測量范圍1HZ—40MHZ；2．用8位數碼管顯示測量值；3．能根據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；第二章 系統(tǒng)總體方案設計測頻的原理歸結成一句話，就是“在單位時間內對被測信號進行計數”。被測信號，通過輸入通道的放大器放大后，進入整形器加以整形變?yōu)榫匦尾?，并送入主門的輸入端。由晶體振蕩器產生的基頻，按十進制分頻得出的分頻脈沖，經過基選通門去觸發(fā)主控電路，再通過主控電路以適當的編碼邏輯便得到相應的控制指令，用以控制主門電路選通被測信號所產生的矩形波，至十進制計數電路進行直接計數和顯示。若在一定的時間間隔T內累計周期性的重復變化次數N，則頻率的表達式為式： （2—1）圖21說明了測頻的原理及誤差產生的原因。時基信號待測信號 丟失（少計一個脈沖） 計到N個脈沖 多余（）圖21 測頻原理在圖1中，假設時基信號為1KHZ，則用此法測得的待測信號為1KHZ5=5KHZ。但從圖中可以看出，≈%。這個誤差是比較大的，實際上，測量的脈沖個數的誤差會在177。1之間。假設所測得的脈沖個數為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應大于1000。通過計算，對1KHZ以下的信號用測頻法，反應的時間長于或等于10S。由此可以得出一個初步結論：測頻法適合于測高頻信號。頻率計數器嚴格地按照公式進行測頻。由于數字測量的離散性，被測頻率在計數器中所記進的脈沖數可有正一個或負一個脈沖的量化誤差，在不計其他誤差影響的情況下，測量精度將為： （2—2）應當指出，測量頻率時所產生的誤差是由N和T倆個參數所決定的，一方面是單位時間內計數脈沖個數越多時，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計數脈沖的個數，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)定度，只需提高晶體振蕩器的穩(wěn)定度和分頻電路的可靠性就能達到。上述表明，在頻率測量時，被測信號頻率越高，測量精度越高。頻率計是我們經常會用到的實驗儀器之一，頻率的測量實際上就是在單位時間內對信號進行計數,計數值就是信號頻率。本文介紹了一種基于單片機AT89S52 制作的頻率計的設計方法,所制作的頻率計測量比較高的頻率采用外部十分頻，測量較低頻率值時采用單片機直接計數，不進行外部分頻。該頻率計實現1HZ~40MHZ的頻率測量,而且可以實現量程自動切換功能，8位共陽極動態(tài)顯示測量結果，可以測量正弦波、三角波及方波等各種波形的頻率值。根據上述系統(tǒng)分析，頻率計系統(tǒng)設計共包括五大模塊：單片機控制模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊。各模塊作用如下：單片機控制模塊：以AT89S52單片機為控制核心，來完成它待測信號的計數，譯碼，和顯示以及對分頻比的控制。利用其內部的定時／計數器完成待測信號周期／頻率的測量。單片機AT89S52內部具有2個16位定時／計數器，定時／計數器的工作可以由編程來實現定時、計數和產生計數溢出時中斷要求的功能。(因為AT89C52所需外圍元件少，擴展性強，測試準確度高。)電源模塊：為整個系統(tǒng)提供合適又穩(wěn)定的電源，主要為單片機、信號調理電路以及分頻電路提供電源，電壓要求穩(wěn)定、噪聲小及性價高的電源。放大整形模塊：放大電路是對待測信號的放大，降低對待測信號幅度的要求。整形電路是對一些不是方波的待測信號轉化成方波信號，便于測量。分頻模塊：考慮單片機外部計數，使用12 MHz時鐘時，最大計數速率為500 kHz，因此需要外部分頻。分頻電路用于擴展單片機頻率測量范圍，并實現單片機頻率測量使用統(tǒng)一信號，可使單片機測頻更易于實現，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差。可用74161進行外部分頻。顯示模塊：我們測量的頻率最終要顯示出來八段LED 數碼管顯示器由8 個發(fā)光二極管組成?；? 個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光管在數碼管顯示器的右下角作為顯示小數點用，它能顯示各種數字及部份英文字母。LED 數碼管顯示器有兩種形式：一種是8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED 數碼管顯示器；另一種是8 個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED 數碼管顯示器。如下圖所示。共陰和共陽結構的LED 數碼管顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當二極管導通時，對應的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個筆劃段 h g f e d c b a 對應于一個字節(jié)（8 位）的DDDDDDDD0，于是用8 位二進制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼。中動態(tài)掃描顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一。在單片機應用系統(tǒng)中，數碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個數碼管顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它