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基于單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(存儲(chǔ)版)

2025-10-08 17:47上一頁面

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【正文】 顯示模塊等模塊組成。判斷該數(shù)的最高位,若該位不為 0,滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求,測(cè)量 值和量程信息一起送到顯示模塊;若該位為 0,將計(jì)數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大 10 倍, 21 重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù),直到滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。當(dāng) 11 腳為高電平是閘門打開,低電平時(shí)閘門關(guān)閉。檢測(cè)部分采用了熱敏電阻 Pt100 搭建的電橋作為傳感電路,再使用運(yùn)算放大器構(gòu)成運(yùn)算放大電路將輸出的電壓值進(jìn)一步放大控制部分,之后由 MAX187 將輸入的電壓模擬量轉(zhuǎn)化成可供單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字量送入單片機(jī)。在本次設(shè)計(jì)中涉及到得知識(shí)涵蓋了大學(xué)所學(xué)的所有知識(shí),包 括單片機(jī)、自動(dòng)控制控制、電工電子技術(shù)、傳感器等多領(lǐng)域知識(shí)。在此,我也感謝各位老師對(duì)我的悉心教導(dǎo)。例如在設(shè)計(jì)中的 A/D 轉(zhuǎn)化模塊中,由于大學(xué)課程中學(xué)到的 ADC 芯片是 ADC0809 并行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,而在設(shè)計(jì)中考慮到轉(zhuǎn)換精度問題和單片機(jī) I/O 口的擴(kuò)展問題,本設(shè)計(jì)采用了 MAX187 串行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。本電路中沒有采用十進(jìn)制計(jì)數(shù),因?yàn)?AT89C51 內(nèi)置計(jì)數(shù)器只能進(jìn)行二進(jìn)制加法計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)結(jié)束后再進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制運(yùn)算,然后將結(jié)果送到顯示緩沖區(qū)進(jìn)行顯示。閘門關(guān)閉后 , 結(jié)果送至緩沖單元 30~ 32H,其中 30 H 單元存放低位字節(jié) (從 P1 口讀入的數(shù)據(jù) ,即 74LS393的值 ), 31H和 32H 單元分別存放 TL1和 TH1的值 ,然后調(diào)用二進(jìn)制度轉(zhuǎn)十進(jìn)制子程序 , 把二進(jìn)制的計(jì)數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)為十進(jìn)制 ,送至 40H 至 3H (壓縮 BCD 碼 )單元 ,顯示子程序則將 BCD 碼經(jīng)查表指令譯為 7 段 LED 字形碼 ,然后進(jìn)行顯示 22 T 1 中 斷 子 程 序A 、 P S W 入 棧計(jì) 數(shù) 是 否 到 1 s ?關(guān) 閘 門 , 關(guān) 閉 T 0 、 T 1P 1 口 、 T L 1 和 T H 1 數(shù)據(jù) 送 緩 沖 區(qū)L S 3 9 3 清 零調(diào) 轉(zhuǎn) 換 子 程 序A 、 P S W 出 棧返 回 圖 42 T0中斷服務(wù)子程序 5 結(jié)束語 前置放大器完成信號(hào)的放大、電平平移的任務(wù),被測(cè)的交流信號(hào) D 被放大、平移成脈沖支流信號(hào) E,再經(jīng)過 74HC14 施密特反相器整形形成矩形脈沖。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn),從計(jì)數(shù)閘門的最小值(即測(cè)量頻率的高量程)開始測(cè)量,計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時(shí) TR 清 0,停止計(jì)數(shù)。采用八位動(dòng)態(tài)顯示電路。故在位數(shù)較多時(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。第二種是分段式,數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成,如熒光數(shù)碼管等。 74LS393 芯片介紹 74LS393 為兩個(gè) 4 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,異步清零端( 1clear,2clear)為高電平時(shí),不管時(shí)鐘端 1A, 2A 狀態(tài)如何,既可以完成清除功能。在 vⅠ 下降過程中的負(fù)向閾值電壓 VT也要比 VDD/2 低得多。 ONGS Rvvv ? ( TN5 導(dǎo)通電阻) 5ONR 下降導(dǎo)致 ?39。v 使 TP7導(dǎo)通, TN8 截止,維持 ?39。集成施密特觸發(fā)器性能穩(wěn)定,應(yīng)用廣泛,以 CMOS 集成施密特觸發(fā)器 CC40106 為例介紹其工作原理。具有電路簡(jiǎn)單、高頻、高輸入阻抗等特點(diǎn)。具體的 5V電源電路如下圖 39 所示。單位 Hz,則一個(gè)機(jī)器周期為 12oscT f? ( 31) 若定時(shí)時(shí)間為 t,則對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)次數(shù) N= t機(jī) 器 周 期 ( 32) 由于 MCS51 單片機(jī)的定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器是加 1 計(jì)數(shù)器,計(jì)滿回零,故對(duì)應(yīng)定時(shí)時(shí)間 t應(yīng)裝入的計(jì)數(shù)初值為 n2 N? (n 為工作方式選擇所確定的定時(shí)器位數(shù) )。 b) 工作方式 1——16 位計(jì)數(shù)器 T1 在工作方式 1 的邏輯圖結(jié)構(gòu)如圖 37 所示,它與工作方式 0 的差別僅在于工作方式1 是以 16 位計(jì)數(shù)器參與計(jì)數(shù),且定時(shí)時(shí)間為 T=計(jì)數(shù)次數(shù) ? 機(jī)器周期 =( 162 T1 初值) ? 機(jī)器周期 圖 37 工作方式 1—16 位計(jì)數(shù)器方式 工作方式與工作方式 0 基本工作過程相似,但由于工作方式 1 是 16 位計(jì)數(shù)器,因此,它比工作方式 0 有更寬的定時(shí)計(jì)數(shù)范圍。 定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 由加法計(jì)數(shù)器、 TMOD、 TCON 寄存器等組成。其時(shí)鐘電路如圖35 所示。 單片機(jī)開始正常工作。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止,置位無效。 ALE/PROG:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。作為輸入使用時(shí),被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流。 P2 口: P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P2 口緩沖器可接收,輸出 4個(gè) TTL 門電流,當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí),其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。 AT89C51 芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密,提供了方 便靈活而可靠的硬加密手段,能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 5 圖 31 實(shí)際電路的原理框圖 AT89C51 主控制器模塊 AT89C51 的介紹 AT89C51 是由北京集成電路設(shè)計(jì)中心在 MCS51 單片機(jī)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì),由美國(guó)生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機(jī) ,是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的具有低電壓,高性能 CMOS 的 8 位微處理器,俗稱單片 機(jī)。與門 74LS08 作為記數(shù)閘門,方波信號(hào)被送到與門的一個(gè)輸入端,與門的另一個(gè)輸入端連接 1S 門控信號(hào),實(shí)際制作中連接 AT89C51 的 11 腳( )。單片機(jī) AT89C51 內(nèi)部具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。邏輯控制電路的作用有兩個(gè):一是產(chǎn)生鎖存脈沖,是顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定;二是產(chǎn)生清零脈沖,使計(jì)數(shù)器每次測(cè)量從零開始計(jì)數(shù)。閘門電路的導(dǎo)通和截止由閘門控制信號(hào)進(jìn)行控制。分頻、頻率的計(jì)算和顯示由單片機(jī)控制。由于大規(guī)模和超大規(guī)模數(shù)字集成電路技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合,頻率計(jì)發(fā)展進(jìn)入了智能化和微型化的新階段。用于顯示頻率值。 畢 業(yè) 論 文(設(shè) 計(jì)) 題 目 基于單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì) 英文題目 The design of frequency meter based on single chip 1 摘 要 頻率計(jì),也稱為頻率表或電子計(jì)數(shù)器。為頻率測(cè)量作好準(zhǔn)備; 。測(cè)量頻率的方法有多種 ,其中電子計(jì)數(shù)測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、測(cè)量迅速 ,以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn) ,是頻率測(cè)量的重要手段之一。被測(cè)信號(hào)首先經(jīng)過放大、整形后再由分頻器進(jìn)行分頻,然后送入單片機(jī)的 T0 端口并開始計(jì)數(shù),分頻器的分頻系數(shù)由單片機(jī)來控制;計(jì)數(shù)、分頻達(dá)到規(guī)定的精度后結(jié)束計(jì)數(shù),然后調(diào)用顯示子程序,顯示結(jié)果。 計(jì)數(shù)器數(shù)碼管顯示閘門1 s 閘門控制脈沖形成 BA1 s輸入電路圖 21 頻率計(jì)原理框圖 其工作過程是被測(cè)信號(hào) A(以正弦波為例 )通過脈沖形成電路整形放大,轉(zhuǎn)變成脈沖B,其頻率等于輸入的正弦波信號(hào)的頻率,然后將產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入到閘門的一個(gè)輸入端。若在閘門時(shí)間 1s 內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為 N,則被測(cè)信號(hào)頻率 Fx = NHz。利用其內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期/頻率的測(cè)量。 基于 單片機(jī) AT89C51 制作的頻率計(jì) , 前置放大器完成 信號(hào)的放大、電平平移的任務(wù),被測(cè)的交流信號(hào)被放大、平移成脈沖信號(hào),再經(jīng)過 74LS14 施密特反相器整形形成矩形脈沖。本電路中沒有采用十進(jìn)制計(jì)數(shù),因?yàn)?AT89C51 內(nèi)置計(jì)數(shù)器只能進(jìn)行二進(jìn)制加法計(jì)數(shù) ,計(jì)數(shù)結(jié)束后再進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制運(yùn)算,然后將結(jié)果送到顯示緩沖區(qū)進(jìn)行顯示 八位共陽極動(dòng)態(tài)顯示測(cè)量結(jié)果,可以測(cè)量正弦波、三角波及方波等各種波形的頻率值。 工作電壓范圍寬 ~ 6V,全靜態(tài)工作,工作頻率寬,在 0Hz~ 24MHz 內(nèi),比8751/87C51 等 51 系列的 6MHz~ 12MHz 更具有靈活性,系統(tǒng)能快能慢。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí), P1 口作為第八位地址接收。對(duì) P3 端口寫 “1”時(shí),內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時(shí)可以作為輸入口使用。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下,復(fù)位高電平有效。另外,該引腳被略微拉高。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。這種復(fù)位電路的工作原理是:通電時(shí),電容 C1 兩端相當(dāng)于短路, RST 引腳上為高電平,然后電源通過電阻 R1 對(duì)電容 C1 充電, RST 端電壓慢慢下降,降到一定電壓值以下,即為低電平,只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位 。此次采用的晶振頻率為 24MHZ。 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器,即定時(shí)器 T0 和定時(shí)器 T1,它們既可以用作定時(shí)器方式,又可用作計(jì)數(shù)器方式,可編程設(shè)定 4 種不同的工作方式。 Y1 24M C3 22pF C4 22pF XTAL1 XTAL2 10 圖 36 工作方式 0—13 位計(jì)數(shù)器方式 當(dāng) C/T =0 時(shí),多路開關(guān)打到上位,定時(shí) /計(jì)數(shù)器的輸入端接內(nèi)部振蕩器的 12 分頻,即工作在定時(shí)方式,每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的周期等于機(jī)器周期,當(dāng)定時(shí) \計(jì)數(shù)器溢出時(shí),其定時(shí)時(shí)間為 T=計(jì)數(shù)次數(shù) ? 機(jī)器周期 =( 132 T1 初值) ? 機(jī)器周期 當(dāng) C/T =1 時(shí),多路開關(guān)打到下位,定時(shí) /計(jì)數(shù)器接外部 T1 引腳信號(hào),即工作在計(jì)數(shù)方式,當(dāng)外部電平發(fā)生從 “1”到 “0”跳變時(shí),加 1 計(jì)數(shù)器加 1。 裝載初值的計(jì)算 當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)狀態(tài)時(shí),對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù),設(shè)單片機(jī)的晶振頻率為oscf 。 LM78XX 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少,電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路,使用起來可靠、方便,而且價(jià)格便宜,因此使用 LM7805 穩(wěn)壓芯片進(jìn)行 5V 的電源電路設(shè)計(jì)。 2 2 0 u3 3 08 2 0去 7 4 L S 1 4輸 入 端+ 5 VV T 2V T 11 M1 . 2 K1 M0 . 2 u0 . 2 u0 . 1 u3 0 K5 6 2 0 0 pD 1D 2 圖 310 放大電路 前置放大采用兩級(jí)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組成的電路,起脈沖放大作用。 邏輯表達(dá)式 AY? 14 在集成門電路中,帶有施密特觸 發(fā)器輸入的反相器和與非門,如施密特 CMOS 六反相器 CC40106,施密特 TTL 四輸入雙與非門 CT5413/CT7413 等。 ?39。v 5SV ? 5TNV 時(shí), TN5 導(dǎo)通,并引起如下正反饋過程: ??????? 55539。 在 VDDVTN +│VTP│的 條件下,電路的正向閾值電壓 VT+遠(yuǎn)大于 VDD/2,且隨著 VDD 增加而增加。配合 AT89C51 內(nèi)部 16 位計(jì)數(shù)器使用,可以實(shí)現(xiàn)最大計(jì)數(shù)值 242 =1677 216,使得比單用 AT89C51 內(nèi)部 16 位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍大大拓寬。 數(shù)碼的顯示方式一般有三種:第一種是字形重疊式,它是將不同字符的電極重疊起來,要顯 示某字符,只須使相應(yīng)的電極發(fā)亮即可,如輝光放電管、邊光顯示管等。 這種工作方式下, LED 的亮度高,軟件編程也比較容易;但是它占用比較多的 I/O口資源,通常用于顯示位數(shù)不多的情況。當(dāng)掃描速度達(dá)到一定程度時(shí),人眼就分辨不出來了,認(rèn)為是各個(gè)顯示器同時(shí)發(fā)光。 開 始S P 、 T C O N 、 I E 初 始 化 、設(shè) 定 定 時(shí) 器 工 作 方 式 、 T 1計(jì) 數(shù) 初 值 設(shè) 定啟 動(dòng) T 1 、 T 2 定 時(shí) 器 工 作 ,T 1 、 T 2 中 斷顯 示 緩 沖 區(qū) 賦 初 值動(dòng) 態(tài) 掃 描 程 序 圖 41 系統(tǒng)軟件流程總圖 首先定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0,運(yùn)行控制位 TR 置 1,啟動(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。該子程序完成把二進(jìn)制計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。 74LS393 的最大計(jì)數(shù)速率可達(dá) 50MHz,與 AT89C51 內(nèi)的 T0 組成 24 位的計(jì)數(shù)器,其最大計(jì)數(shù)值為 16777215,分辨率大大提高。 本次設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年里所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合利用,并且在設(shè)計(jì)的過程中還學(xué)到了許多新的知識(shí)。尤其是很多老師在 科研工作勤勤懇懇、兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度以及凡事樂觀的態(tài)度,讓我從中受益匪淺。通過這次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了查找問題、分析問題、處理問題的方法,可以說為今后的工作、學(xué)習(xí)都打下了比較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。顯示部分采用了 LCD 液晶顯示,比使用 LED 數(shù)碼管顯示更簡(jiǎn)化了硬件電路。 11 腳電平的高低可通過指令加以控制。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作被設(shè)置為定時(shí)器方式,定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0,在判斷待測(cè)信號(hào)的上跳沿到來后,運(yùn)行控制位 TR 置為 1,以單片機(jī)工作周期為單位進(jìn)行計(jì)數(shù),直至信號(hào)的下跳沿到來,運(yùn)行控制位 TR 清 0,停止計(jì)數(shù)。系統(tǒng)軟件流程如圖 41 所示。接口電路把所有顯示器的 8 個(gè)筆段 a~ h 分別并聯(lián)在一
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