【正文】 大家 ！ 。沒有你們的幫助 ，我也無法如此順利的完成我 的畢業(yè)設(shè)計(jì)。我想你們所教給我們的不止是事書本上簡單的知識 ，也是一種 學(xué)習(xí)新知識的方法。課題的確定選擇 ，設(shè)計(jì)方向的選擇 ，設(shè)計(jì)過程的注意事項(xiàng)等等各個過程中 ， 丁老師的指導(dǎo)給了我很重要的幫助。 此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實(shí)踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。 本設(shè)計(jì)適用于日常生活和生產(chǎn)、計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研和生產(chǎn)領(lǐng)域，和其他頻率計(jì)相比最大的特殊在于其根據(jù)輸入信號自動切換量程的功能，再加上其結(jié)構(gòu)簡單，準(zhǔn)確性高在社會生活和生產(chǎn)中會發(fā)揮巨大的作用。 本章小結(jié) 頻率計(jì)的仿真根據(jù)內(nèi)容和特性我使用了三個軟件仿真，以確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。 的信號波 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 圖 513 信號設(shè)置圖 運(yùn)行結(jié)果如下： 圖 514 頻率 計(jì)測量 信號運(yùn)行圖 數(shù)碼管顯示 ，黃色 LED 亮，因此讀數(shù)為 。 電源的設(shè)置：設(shè)置電源為 5V。 王起槐：基于單片機(jī) 的數(shù)字頻率計(jì) 32 頻率計(jì)仿真 使用 KEIL 軟件編程 先創(chuàng)建工程，后導(dǎo)入 文件，其中 文件就是軟件設(shè)計(jì)中的源代碼： 圖 59 keil軟件應(yīng)用圖 設(shè)置一些軟件目標(biāo)選項(xiàng)： 由此打開選項(xiàng)：點(diǎn)擊后，彈出對話框并設(shè)置相關(guān)屬性。 本章小結(jié) 本論文的重點(diǎn)就在這個程序的設(shè)計(jì)上面，此次的程序思路清晰，一目了然，但是又極具創(chuàng)新，程序本身并不復(fù)雜，但是程序給 本設(shè)計(jì)帶來了一個特殊的功能，就是可以檢測頻率然后根據(jù)頻率的高低分為三個檔位，不同的檔位用不通的測量方法測量，從而保證的測量的精確性。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼 管同時都在顯示。發(fā)光二極管全亮表示所測信號頻率超出測量范圍，顯示模塊框圖： 顯示程序?qū)㈩l率值和量程檔位在數(shù)碼管和 LED 管顯 示出來。 程序的具體操作流程：首先計(jì)算定時 1 秒內(nèi)計(jì)數(shù)器 T1 里累加的下降沿，然后取出數(shù)據(jù)放入 regCnt 中對比，如果小于 1000，那么直接讀出數(shù)據(jù)；如果大于等于 1000 程序返回采用分頻器將信號頻率降低 10 被，再測量 1 秒內(nèi)計(jì)數(shù)器 T1 累加的數(shù)量，如果小于 1M 就將測得的結(jié)果顯示出來；如 果大于等于 1M 程序返回采用 10 分頻得到信號，測量 秒內(nèi)計(jì)數(shù)器 T1 累加的數(shù)量，如果小于 就將測得結(jié)果顯示出來，大于等于 將不顯示數(shù)據(jù)。 頻率測量模塊和量程自動切換模塊設(shè)計(jì) 經(jīng)過初始化計(jì)數(shù)器 1，每一次下降沿觸 發(fā)一次計(jì)數(shù)器 1 中斷，每次中斷執(zhí)行中斷處理程序則 fCnt 加 1，因此 fCnt 為信號下降沿次數(shù)；經(jīng)過初始化定時器 0，每 50ms 觸發(fā)一次定時器 0 中斷，每次中斷執(zhí)行中斷處理程序則對數(shù)據(jù)下降沿次數(shù) fCnt 進(jìn)行處理，通過對數(shù)據(jù)的大小判斷實(shí)現(xiàn)量程自動切換等 ,從而計(jì)算出信號的頻率，然后調(diào)用顯示模塊把頻率值顯示出來。 王起槐：基于單片機(jī) 的數(shù)字頻率計(jì) 20 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本文中系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，整個系統(tǒng)分為初始化模塊、頻率測量模塊、量程自動切換模塊和顯示模塊等。 整機(jī)電路流程 信號先進(jìn)入由三極管組成的放大電路，放大信號后通過一個比較電路對信號進(jìn)行整形，可以將正弦波、三角波整形為矩形波，然后進(jìn)入單片機(jī)，由單片機(jī)計(jì)算處理數(shù)據(jù)，如果波的頻率較大，那么在進(jìn)入單片機(jī)之前還需要通過分頻電路 10分頻信號后再進(jìn)入單片機(jī)處理。根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是是何 種 接口類型 。 分 頻模塊原理圖 分頻模塊設(shè)計(jì)原理圖： 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 312 分頻模塊原理圖 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示模塊由頻率值顯示電路和量程轉(zhuǎn)換指示電路組成。 多路選擇器 74LS151 芯片 數(shù)據(jù)選擇端（ ABC）按二進(jìn)制譯碼，以從 8 個數(shù)據(jù)（ D0D7）中選取 1 個所 王起槐：基于單片機(jī) 的數(shù)字頻率計(jì) 16 需的數(shù)據(jù)。 Q3而只有當(dāng) RD=LD=EP=ET=“ 1”、CP 脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加 1。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 因此此模塊主要包括分頻器 74LS16多路選擇器 74LS15與非門 74LS00。 分頻模塊設(shè)計(jì) 本文采用 12MHZ 的時鐘，最大計(jì)數(shù)速率為 500 kHz，因 此需要外部分頻。 本文采用單管共射極放大電路對信號進(jìn)行放大和再由非門 74LS00 構(gòu)成施密特觸發(fā)器對輸出的信號進(jìn)行整形成矩形波后再次輸出。 放大整形模塊設(shè)計(jì) 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；整形電路是對不是矩形波的待測信號轉(zhuǎn)化 成矩形波信號，便于測量。必須選用較大容量的整流二極管。電路及輸出波 形如圖 7，圖 8 所示： 圖 36 整流電路圖 圖 37 整流輸出波形 王起槐：基于單片機(jī) 的數(shù)字頻率計(jì) 12 濾波電路 在本文利用電容進(jìn)行濾波。變壓器副邊與原邊的功率比為 P2/P1=n，式中 n 是變壓器的效率。 電源模塊設(shè)計(jì) 為整個系統(tǒng)提供合適又穩(wěn)定的電源，主要為單片機(jī)、放大整形電路、分頻電路和顯示電路提供電源。內(nèi)部硬件在每個機(jī)器周期采樣外部引腳的狀態(tài)，當(dāng)一個機(jī)器周期采樣到高電平，接著的下一個機(jī)器周期采樣到低電平時計(jì)數(shù)器為 1，也就是說在外部輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時為 1[5]。在定時方式中，以振蕩器輸出時鐘脈沖的十二分頻信號作為計(jì)數(shù)信號，也就是每一個機(jī)器周期定時器加“ 1”。手動復(fù)位原理是按鍵后電容器被短路放電， RST 直接和 VCC 相連，就是高電平，此時進(jìn)入“復(fù)位狀態(tài)”，松手后電源開始對電容器充電，此時充電電流在電阻上，形成 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 高電平送到 RST，仍然是“復(fù)位狀態(tài)”。 復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位（圖 3）和手動復(fù)位（圖 4）。 與 AT89C51 相比 C52 有更大的 RAM、內(nèi)部 FLASH、中斷源和定時器 /計(jì)數(shù)器，其主要功 能和 C51 一樣，使用更加成熟、強(qiáng)大的 AT89C51 會使本設(shè)計(jì)出錯率降低并且更容易實(shí)現(xiàn)。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，頻率計(jì)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：單片機(jī) 模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊，下面將分別給予介紹。所設(shè)計(jì)的頻率計(jì)使用外部十分拼，用于 10Hz 至 2MHz 的頻率測量，并可以實(shí)現(xiàn)自動切換量程，頻率值由四位數(shù)字顯示，然后用不同的 LED 發(fā)光二極管顯示頻率值的單元 。 在本文中，將采用脈沖數(shù)定時頻率測量方法和脈沖分頻頻率測量方法。其特點(diǎn)是在測高頻時精度較高；但在測低頻時精度較低。 （ 4）脈沖數(shù)分頻測頻法（ AT 法）：此法是為了提高 TC 法高頻測量時的精度而發(fā)展起來的。此法低頻檢測時精度高，但高頻檢 測時誤差較大。事實(shí)上，這種方法是測量單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，此測量脈沖的方法也被稱為測頻法。 測頻方法 在測量速度、頻率等脈沖類信號的脈沖數(shù)時，與過程的時間比來確定頻率、速度，這種采樣方式稱為定數(shù)采樣或固定脈沖采樣。以前很多需要使用硬件實(shí)現(xiàn)功能的地方，現(xiàn)在 依靠軟件編程可以做到。 如今 ，頻率計(jì)的設(shè)計(jì)在專用的芯片上可以被實(shí)現(xiàn)，如使用 MAXIM 封裝內(nèi)的ICM7240 頻率計(jì)數(shù)器。比如頻譜分析儀，它可以準(zhǔn)確測量信號的頻率然后顯示信號的頻譜，但是量測速度緩慢，無法是實(shí)時的快速的捕捉信號的變化。在人們的日常的生活和生產(chǎn)中，數(shù)字頻率計(jì)的還起著更重要的的作用。微波頻率計(jì)數(shù)器測量的頻率范圍是 1 至 80GHz的或更高。 按照頻段分類，有低速的頻率計(jì)數(shù)器，中速的頻 率 計(jì)數(shù)器，高速的頻率計(jì)數(shù)器及微波頻率計(jì)數(shù)器 [12]。 數(shù)字頻率國內(nèi) 外的發(fā)展形勢 數(shù)字頻率計(jì)在國際上的分類很多。 數(shù)字頻率計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法主要有直接式，鎖相式，直接數(shù)字和混合式四個。 與傳統(tǒng)測量方法相比，使用單片機(jī)的頻率計(jì)具有體積更小，更快的計(jì)算速度快，測量范圍寬，和生產(chǎn)成本較低的優(yōu)勢。他們已被廣泛用于各種領(lǐng)域中，更新的速度之迅猛！ 在廣泛的電子系統(tǒng)領(lǐng)域中，處理離散信息的數(shù)字電路無處不有。 measurement。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ；數(shù)字 頻率計(jì) ；定時器 ；計(jì)數(shù) ；測量； AT89C52 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 Design of digital frequency meter based on single chip microputer Abstract： The hardware system includes shaping circuit (consisting of 74LS00 Schmitt trigger), frequency module frequency divider 74LS161, 74LS151, 74LS00 MUX NAND gate, control circuit (posed of AT89C52 single chip puter), LED digital tube and display circuit. The software includes control of the main program and interrupt service subroutine, digital transformation procedures and display program. According to the input signal automatic switching range, can be measured in square wave, triangular wave and sine wave, wave, simple structure, convenient operation, low price, suitable for daily life and production, puter, munications equipment, audio video and other fields of scientific research and production. Keywords: single chip microputer。能根據(jù)輸入信號自動切換量程，可以測量方波、三角波及正弦波等多種波，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價(jià)格低廉， 適用于日常生活和生產(chǎn)、計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域。 counter。由集成芯片和一些外圍電路 組成的各種自動控制，自動測量，自動顯示電路工作在各種電子產(chǎn)品和設(shè)備中。不僅要求電路產(chǎn)生高頻信號的準(zhǔn)確和穩(wěn)定性，還要求可以方便地改變頻率。用不同的軟件編程代碼來實(shí)現(xiàn)不同的功能，這會大大降低生產(chǎn)成本。其中的相位鎖定類型以它容易實(shí)現(xiàn)全自動控制的相位同步和低功耗的特點(diǎn)成為行業(yè)的第一選擇，使用最廣泛。專用的計(jì)數(shù) 王起槐：基于單片機(jī) 的數(shù)字頻率計(jì) 2 器被設(shè)計(jì)用來衡量某一鐘單一功能的計(jì)數(shù)器。高速頻率計(jì)數(shù)器頻率的最高計(jì)數(shù)的是大于 100MHz 的。時至今日，數(shù)字頻率計(jì)可以測量信號的頻率，也可以測量的方波的脈沖寬度。常規(guī)的電子頻率測量儀，比如示波器，它的測量精度是比較低的，誤差是比較大的。 頻率計(jì)制造商在歐洲和美國的主要有擺錘儀器和安捷倫科技公司。由于傳統(tǒng)的頻率計(jì)的眾多功能是依靠硬件實(shí)現(xiàn)，而使用單片 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 機(jī)的頻率測量。 王起槐：基于單片機(jī) 的數(shù)字頻率計(jì) 4 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本課題設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 1HZ— 2MHZ； ； ； 、三角波及正弦波等多種波形。這樣的采樣方式就是定時采樣。 （ 2）脈沖周期測頻法（ T 法）：在待測信號的一個周期里記錄標(biāo)準(zhǔn)頻率信號變化次數(shù)。其特點(diǎn)是待測信號脈沖間隔減小，間隔誤差降低；低頻測量精度比 M 法高 A 倍，但控制電路較復(fù)雜。 （ 5）脈沖平均周期測頻法（ M/T 法）：此法是在閘門時間內(nèi)，同時用兩個計(jì)數(shù)器分別記錄待測信號的脈沖數(shù) M 和標(biāo)準(zhǔn)信號的脈沖數(shù)。 1 個字誤差，測量精度大大提高，且測量精度與待測信號的頻率無關(guān)，實(shí)現(xiàn)了在整個測量頻段等精度測量。顯示電路用于顯示頻率值。 王起槐：基于單片機(jī) 的數(shù)字頻率計(jì) 6 圖 21 頻率計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖 本章小結(jié) 本設(shè)計(jì)的基本思路就是信號先進(jìn)入放大整形電路，將其轉(zhuǎn)換為矩形波，如果是高頻率的花還需要進(jìn)行十分頻，然后信號進(jìn)入單片機(jī)由單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理，最后由數(shù)碼管將測量結(jié)果顯示出來。 AT89C52 介紹 AT89C52 是一個低電 壓，高性能 CMOS 8 位 單片機(jī) ，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元， AT89C52 單片機(jī)