【正文】 附錄 1 原理圖 ...............................................................................................................42 附錄 2 Pcb 電路圖 ........................................................................................................43 附錄 3 元件清單 ...........................................................................................................44 附錄 4 程序源代碼 .......................................................................................................45 附錄 5 仿真效果圖 .......................................................................................................53 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 引言 數(shù)字頻率計的發(fā)展和意義 隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種離散的電子元器件及其相關(guān)的功能單位。 digital frequency meter。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計設(shè)計 (創(chuàng)新 的自動選當(dāng)功能 ) 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計設(shè)計 摘 要： 一個基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計設(shè)計， 系統(tǒng)硬件主要包括整形電路（由74LS00 斯密特觸發(fā)器組成），分頻器 74LS16多路選擇器 74LS15與非門74LS00 組成的分頻模塊，控制電路（由 AT89C52 單片機(jī)組成）， LED 數(shù)碼管和顯示電路。 timer。正逐漸使用功能更強(qiáng)大，性能更穩(wěn)定，更方便的集成芯片來替代。數(shù)字頻率計是測量設(shè)備系統(tǒng)測量儀器中不可缺少的現(xiàn)代化的儀器。以前很多需要使用硬件實現(xiàn)功能的地方，現(xiàn)在依靠軟件編程可以做到。直接數(shù)字和鎖相式類型都容易實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化，小型化，模塊化和工程化特點。一般用途的的計數(shù)器意思是一鐘有多種測量功能和多鐘用途的普遍計數(shù)器，他可以可以測量周期、多 周期的平均值、時間間隔、累加的計數(shù)、計時和頻率等。中速頻率計數(shù)器頻率計數(shù)的最高頻率是 10 至 100MHZ。大大提高系統(tǒng)的可靠性和速度。 此外，它可以應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域。 在目前的市場，頻率計制造商可以被劃分為三類：中國大陸生產(chǎn)商、中國臺灣生產(chǎn)商、歐美生產(chǎn)商，其中頻率計最大的制造商在歐美。因此本文提出用AT89C52 微控制器設(shè)計頻率計，作為解決這些問題的辦法，設(shè)計出高精度、測量頻率廣泛的頻率計 本章小結(jié) 使用單片機(jī)的頻率計具有體積更小，更快的計算速度快，測量范圍寬，和生產(chǎn)成本較低的優(yōu)勢。在現(xiàn)在和未來這種頻率計都是社會上的主流頻率計。 測量過程中，在指定時間內(nèi)的脈沖個數(shù)，使脈沖個數(shù)和指定的時間比較測量的頻率、速度。其特點是：測量方法簡單；測量精度與待測信號頻率和門控時間有關(guān)，當(dāng)待測信號頻率較低時，誤差較大。通過 A 倍頻，把待測信號頻率放大 A 倍，以提高測量精度。其特點是高頻測量精度比 TC 法高 A 倍；但控制電路也較復(fù)雜。此法的優(yōu)點是：閘門時間與被測信號同步，消除了對被測信號計數(shù)產(chǎn)生的177。整個設(shè)計過程，非矩形波將被放大整形轉(zhuǎn)換為矩形波，使微控制器能夠識別，以便測量更高頻率的信號分頻電路，多路數(shù)據(jù)選擇器用于選擇的輸入信號，單片機(jī)用于測量頻率和切換量程等等 。其中包括電源模塊分頻模塊、單片機(jī)模塊、放大整形模塊、顯示模塊等。單片機(jī)AT89C52 內(nèi)部具有 3 個 16 位定時／計數(shù)器，定時／計數(shù)器的工作可以由編程來實現(xiàn)定時、計數(shù)和產(chǎn)生計數(shù)溢出時中斷要求的功能 [6]。 表 31 單片機(jī)端口分配表 模 塊 端口 功能 顯示模塊 、 數(shù)碼管頻率值顯示 LED 單位顯示 分頻模塊 通道選擇 清零 復(fù)位模塊 RST、 EA 復(fù)位 復(fù)位電路 復(fù) 位就是程序重新開始，對于電子器件來說程序運(yùn)行錯誤是難免的所以要加入復(fù)位功能。此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐RST 端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。 定時 /計數(shù)器 方式寄存器 TMOD： 特殊功能寄存器 TMOD 為 T0、 T1 的工作方式寄存器，其格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/?T M1 M0 GATE C/?T M1 M0 T1方式字段 T0方式字段 TMOD 的低 4 位為 T0 的方式字段，高 4 位為 T1 的方式字段，它們的含義是完全相同的。定時器從初值開始加“ 1”計數(shù)直至定時器溢出所需的時間是固定的，所以稱為定時方式。對外部輸入脈沖計數(shù)的目的通常是為了測試脈沖的周期、頻率或?qū)斎氲拿}沖數(shù)進(jìn)行累加。 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，如下圖 5 所示，其整流與穩(wěn)壓過程的電壓輸出波形如圖 6 所示。 整流電路工作原理： 單相橋式整流電路由四只二極管組成，接成電橋形式，利用二極管的單向?qū)щ娦?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動電壓。盡可能地將脈動電壓中的脈動成分過濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。在這里我們決定用集成穩(wěn)壓器 7805。在整形之前由于不清楚被測信號的強(qiáng)弱的情況。 后面的第一個與非門被當(dāng)做一個非門使用，后面是一個 RS 鎖存器（或者叫觸發(fā)器）。 為了測量提高精度，當(dāng)被測信號頻率值較低時，直接使用單片機(jī)計數(shù)器計數(shù)測得頻率值；當(dāng)被測信號頻率值較高時采用外部十分頻后再計數(shù)測得頻率值。 表 34 74161 的功能表 從表中可以知道，當(dāng)清零端 RD=“ 0”，計數(shù)器輸出 Q Q Q Q0 立即為全“ 0”，這個時候為異步復(fù)位功能。 Q1合理應(yīng)用計數(shù)器的異步清零功能和同步計數(shù)功能，一片 74LS161 可以組成 16 進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。 74LS151 有互補(bǔ)輸出端（ Y、 W）， Y 輸出原碼， W 輸出反碼。 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光 器件 ，其基本單元是 發(fā)光二極管 。 頻率數(shù)值顯示電路 圖 314 共陽極數(shù)碼管顯示電路圖 引腳 4 分別控制數(shù)碼管第一位管子、第二位管子、第三位管子、第四位管子的點亮， ABCDEFG 端口控制沒一位管子對于顯現(xiàn)管的點亮， DP 端口控制小數(shù)點的點亮，單片機(jī)的 P0~ 控制對應(yīng)的 1234 口， ~ 控制對于的ABCDEFG 和 DP 端口。 在 整個過程中的用電都有電源模塊提供，家用電先由變壓器將電壓降為 9V然后通過橋式整流電路將電流變?yōu)橹绷麟?，再通過電容濾波最終得到穩(wěn)定的 5V直流電源。 圖 41 系統(tǒng)軟件設(shè)計模塊框圖 流程圖分析：當(dāng)電源開啟后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，系統(tǒng)開始運(yùn)行，單片機(jī)內(nèi)部 開始判斷輸入信 號頻率的高低，按從 低 到高 的順序進(jìn)行分頻測算從而得到合適的 分頻系數(shù)來控制數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)對信號進(jìn)行分頻處理，根據(jù)頻率的高低范圍來確 定點亮相應(yīng)的量程指示燈以及確定要顯示小數(shù)的位數(shù)， 并且啟用相應(yīng)檔位的頻率 測量程序， 最后將倍頻后的結(jié)果通過動態(tài)掃描的顯示方式在四位數(shù)碼管上顯示出 相應(yīng)的測量結(jié)果。 計數(shù)器 1 和定時器 0 的中斷處理框圖： 開始 初始化 顯示 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 23 圖 43 計數(shù)器 1 中斷處理 圖 44 定時器 0 中斷處理 計時器用于統(tǒng)計所測頻率下降沿的次數(shù)，通過統(tǒng)計定時器 T0 制定的時間內(nèi)下降沿的個數(shù)來實現(xiàn)測量頻率的功能，定時器的時間會根據(jù)所測信號頻率的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同的頻率，增加測頻的精確性。 控制三個發(fā)光二極管，通過光顏色的的不同表示量程檔位的不同。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。 本論文采用動態(tài)掃描的方式顯示結(jié)果，由于只用 4 為數(shù)碼管顯示的數(shù)字最高有 7 位，所以顯示模塊也將根據(jù)不同的測量檔位選擇不同的單位，比如 300000將顯示 300 單位為 KHZ， 1500000 將顯示 單位為 MHZ，通過 3 個 LED 燈的點亮來確定顯示的單位。 此電路運(yùn)行后輸出電壓（即萬用表讀數(shù)）： 圖 52 輸出電源電壓圖 此電壓與我需求的 5V電壓相差不大，符合后面元件和電路需要的電壓，因此用此模塊電路產(chǎn)生的電壓供養(yǎng)后續(xù)的電 路。 使用軟件 Proteus 仿真頻率計 因為電源模塊和放大整形模塊都用仿真軟件 MULTISIM 仿真過，所以這里不再對其進(jìn)行仿真，信號直接輸入，穩(wěn)壓直流電源也直接輸入。在運(yùn)行之前， 要設(shè)置信號源和大小， 因為設(shè)計要求測量范圍 10HZ— 2MHZ，所以將信號源的大小設(shè)置在 10HZ— 2MHZ 的范圍內(nèi)。 3MHZ 的信號波 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 37 圖 517 3MHZ 信號設(shè)置圖 運(yùn)行結(jié)果如下： 圖 518 頻率計測量 信號運(yùn)行結(jié)果圖 數(shù)碼管顯示 0000，三個 LED 都亮了，表示被測頻率超出了測量范 圍（測量范圍為 1~2MHZ）。至此論文到一段落。 在設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。 首先 ，要誠懇的感 謝我的指導(dǎo)老師 ，丁忠老師。在此 ，我感謝丁老師了！ 其次 ，我要感謝我曾經(jīng)的授課老師們。因此 ，我要感謝我的授課老師們 ，感 謝你們昔日的教導(dǎo) ，讓我如今敢于自己去面對新的挑戰(zhàn)。 WORD，PROTEL 等軟件強(qiáng)大的功能讓我大腦一片混亂 ，是你們一點點的 指引讓我如此快速的掌握了他們。 //對應(yīng)共陽極數(shù)碼管的各位 unsigned char Num[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。 sbit clear=P1^3。 unsigned char count。 //脈沖下降沿次數(shù) unsigned long regCnt。 d[2]=pCnt/100。value=Num[d[3]]。Delay(300)。 place=0xf7。 //顯示 HZ 檔，紅色發(fā)光二極管點亮 ledY=1。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 47 d[1]=(pCnt%100)/10。Delay(300)。 place=0xfb。value=Num[d[0]]。 ledR=1。 d[0]=pCnt%10。//帶小數(shù)點 place=0xfd。value=Num[d[1]]。Delay(300)。 } 王起槐：基于單片機(jī) 的數(shù)字頻率計 48 else if(gears==4) //超出范圍 { d[3]=0。 place=0xfe。value=Num[d[2]]。Delay(300)。 ledG=0。 //分頻器初始化 addrB=0。 //檔位初始化為 Hz 檔 ledG=1。 addrA=0。 ledR=0。value=Num[d[0]]。 place=0xfb。Delay(300)。 d[1]=0。 //顯示 MHZ 檔，綠色發(fā)光二極管點亮 ledY=1。 place=0xf7。Delay(300)。value=Num[d[3]]+0x80。 d[2]=(pCnt%1000)/100。 ledG=1。Delay(300)。value=Num[d[2]]。 place=0xfe。 } else if(gears==2) //KHZ 檔 { d[3]=pCnt/1000。Delay(300)。value=Num[d[1]]。 place=0xfd。 d[0]=pCnt%10。 //頻率顯示 王起槐：基于單片機(jī) 的數(shù)字頻率計 46 void Delay(unsigned int DelayTime) { while(DelayTime)。 //檔位 unsigned int tN。 //led 顯示頻率量程單位和檔位 sbit ledY=P1^5。 //分頻器 sbit addrB=P1^1。 謝謝每一個幫助過我的人 ，謝謝