【正文】 計(jì)數(shù)并將值保存到 TH1 寄存單元 等待 等待 Y Y N N 結(jié) 束 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 25 圖 414 INT1 中斷程序流程圖 INT1 interrupt routine flow chart 多進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為 BCD 碼模塊 這是針對于直接測頻法時(shí) 計(jì)數(shù)脈沖而言的。然后浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算對其進(jìn)行處理 ， 獲得用浮點(diǎn)數(shù)格式表達(dá)的信號頻率值 。 將萬用表打到二極管檔 ， 檢測電路板上是否有不應(yīng)該連接 ， 但由于焊接不好或其他原因造成的連接了短路的線路。 在實(shí)際的調(diào)試過程中 ， 遇到了如下一些問題： （ 1） CPU 芯片發(fā)熱。 最后，通過硬件調(diào)試使得硬件電路的各部 分正常工作，達(dá)到了調(diào)試的目的。誤差的大小將直接影響到產(chǎn)品性能的好壞 ， 因此最大限度地減小測量誤差是大多數(shù)數(shù)字測量儀器的目的 。1個(gè)字的計(jì)數(shù)誤差。 另外一種方法是 通過 全 同步 技術(shù)克服量化誤差。 （ 2） 減少 時(shí)基誤差的措施 使用性能更好的外部頻率標(biāo)準(zhǔn) 用性能更好的外部頻率標(biāo)準(zhǔn)作為計(jì)數(shù)器的外頻標(biāo) ， 此時(shí)的時(shí)基誤差就 轉(zhuǎn)化為 外部頻率標(biāo) 準(zhǔn)的頻率誤差 了 ， 因此對測量儀器的影響就大大減小 。后一種思路雖然在價(jià)格上有所增加 ， 但卻減少了電路的復(fù)雜程度 ， 并且 在電路板一旦出現(xiàn)問題時(shí) ， 能盡最大可能的減少元器件的更換 和連接線路的修改 ，非常方便 和實(shí)用 。當(dāng)按鍵非常少時(shí) ， 可以西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3。另一條措施是增加增加測量時(shí)間 。因此 ， 測頻時(shí)的閘門時(shí)間誤差和測周期時(shí)的 時(shí)標(biāo)信號誤差就是時(shí)基誤差 ， 也就是計(jì)數(shù)器內(nèi)石英晶體振蕩器的頻率誤差。 因此在測量中， 需準(zhǔn)確 設(shè)定 分界頻率 點(diǎn) 0xf ,當(dāng)被測信號頻率 0xx ff ? 時(shí)，以直接測頻為宜 ；當(dāng) 0xx ff ? 時(shí)， 則以測量周期為宜。 圖 51 計(jì)數(shù)誤差示意圖 a—— 被計(jì)數(shù)的脈沖序列； b—— 閘門時(shí)間為τ的閘門信號； c—— 閘門時(shí)間為τ，但與 b的信號有初始相位的閘門信號。 下面 將對影響頻率測量的 各種 誤差進(jìn)行分析。排除所有的硬件問題后，分析是軟件編程的原因。 頻率發(fā)生器主要用來檢測設(shè)計(jì)的電路測量出來的頻率值與實(shí)際的標(biāo)稱值之間的誤差大小。 在通過軟件實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示的 時(shí)候，需要用到字型碼查表圖，現(xiàn)將表 43 列出下： 置段碼、位選碼初值 位選碼送 P2 口 段選碼送 P0 口 段選碼轉(zhuǎn)字型碼 延時(shí) 1ms 指向下一個(gè)顯示單元 位選碼左移 1 位 顯示完？ Y N 開 始 返 回 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 27 表 43 七 段 LED 顯示器共陰極字型碼 Seven section of LED monitor mon cathode font code 顯示字符 g f e d c b a dp 字型碼 （共陰極） 0 0 1 1 1 1 1 1 0 3FH 1 0 0 0 0 1 1 0 0 06H 2 1 0 1 1 0 1 1 0 5BH 3 1 0 0 1 1 1 1 0 4FH 4 1 1 0 0 1 1 0 0 66H 5 1 1 0 1 1 0 1 0 6DH 6 1 1 1 1 1 0 1 0 7DH 7 0 0 0 0 1 1 1 0 07H 8 1 1 1 1 1 1 1 0 7FH 9 1 1 0 1 1 1 1 0 6FH A 1 1 1 0 1 1 1 0 77H B 1 1 1 1 1 0 0 0 7CH C 0 1 1 1 0 0 1 0 39H D 1 0 1 1 1 1 0 0 5EH E 1 1 1 1 0 0 1 0 79H F 1 1 1 0 0 0 1 0 71H . 0 0 0 0 0 0 0 1 80H 全亮 1 1 1 1 1 1 1 1 FFH 全滅 0 0 0 0 0 0 0 0 00H 5 硬件調(diào)試、測試數(shù)據(jù)分析及誤差來源討論 硬件調(diào)試 所用到的調(diào)試工具有 ： 萬用表、雙蹤示波器、外加電源裝置和頻率發(fā)生器等。 浮點(diǎn)數(shù)用 3個(gè)字節(jié)組成 ， 第一字節(jié)最高位為數(shù)符 ，其余 7位為階碼 ； 第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié) ； 第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié) 。首先找到 INT1的中斷入口地址 ， 并初始化 ，當(dāng)閘門時(shí)間到時(shí)，響應(yīng)中斷 ， 單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器對計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后調(diào) BCD碼程序，送 LED數(shù)碼管顯示。 首先對定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 進(jìn)行 初始化 ， T0 設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式 1， T1 設(shè)置為定時(shí)器方式 1； 然后打開閘門 ， 軟件設(shè)置 EA=1， 運(yùn)行控制位 TR=1， 啟動定時(shí) /計(jì)數(shù)器 開始工作 ； 再 運(yùn)行軟件延時(shí)程序 ， 同時(shí)定時(shí) /計(jì)數(shù)器對外部的待測信號進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 延時(shí)結(jié)束時(shí) TR 清 0， 停止計(jì)數(shù) ； 最后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù) ， 在完成數(shù)據(jù)處理后 ， 由顯示電路顯示測量結(jié)果。因此還需要通過浮點(diǎn)數(shù)格式化子程序?qū)⒅芷谥缔D(zhuǎn)換成頻率值 ， 然后通過 浮點(diǎn)數(shù)到BCD碼 的轉(zhuǎn)換 ， 最后通過 LED顯示器動態(tài)掃描顯示出來。關(guān)閉閘門 后， CPU將計(jì)數(shù)結(jié)果送至 20H～ 22H單元，其中 20H單元存放低位字節(jié) （ 從 Pl口讀入的數(shù)據(jù)，即 74LS393的值 ） ， 21H和 22H單元分別存放 TL0和 TH0 Q3 MR MR T0 74HC00 74LS08 74LS393 AT89C52 CP 14 11 10 IN 顯示 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 的值，然后調(diào)用二進(jìn)制轉(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 30H至 33H（ 壓縮的 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。與門 74LS08作為計(jì)數(shù)閘門 ， 方波信號被送到與門的一個(gè)輸入端 ， 與門的另一個(gè)輸入端連接 1s門控信號，實(shí)際制作中連接 AT89C52的 11腳 （ ） 。 加 1計(jì)數(shù)器對來自輸入引腳 T0和 T1的外部信號脈沖計(jì)數(shù) 。如圖 48所示 。 74LS245是 8位總線驅(qū)動器，由芯片上的 T/R 引腳（ 1腳）控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。它的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，顯示亮度大 ； 缺點(diǎn)是使用 的 數(shù)碼管數(shù)量少。 ；； ； 用于定時(shí) 。同步移位寄存器方式的串行輸入 /輸出口用于把測量結(jié)果送到顯示電路。 74LS393是雙 4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在這里接成級聯(lián)方式，組成一個(gè) 8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，同時(shí)也是分頻比為 256的分頻器 ，然后將它們接入單片機(jī)的 P1口 。 除了可用 74HC00芯片外， 74HC14（六反相 施密特 觸發(fā) 器 ） 也能實(shí)現(xiàn)波形的變換和整形。為了消除不必要的噪聲信號干擾，在兩級放大電路中都可以加入濾波電容，保證待測信號的穩(wěn)定。 （ 2） 頻率測量范圍從 2HZ～ 50MHZ。由此得 MNTMfNT rr // ?? （ 34） 計(jì)數(shù)值 N 與被測信號的周期成正比 ， N 反映了 M 個(gè)信號周期的平均值。 若 閘門開放時(shí)間為 gT ，計(jì)數(shù)值為 N ， 則被測頻率 ?sf gTN/ 。 考慮到 所 測量 的 頻率范圍很大 ,能 夠 測量從 2HZ～ 50MHZ之間的 任意一個(gè) 頻率 ； 又加之需盡可能地提高測量頻率的 準(zhǔn)確度和 精確度， 所以對 頻率的測量 通過分段 ， 采 用不同的方法 實(shí)現(xiàn) 。另外由于使用了功能較強(qiáng)的 AT89C52 芯片 ， 使本系統(tǒng)可以通過對軟件改進(jìn)而擴(kuò)展功能 ， 提高 測 量精度 ， 因此我們選用 方案四，采用單片機(jī)作為核心控制系統(tǒng)的具體實(shí)施方案。原理框圖如 圖 24所示。緩沖電路是為了讓頻率計(jì)采用記憶方式，即計(jì)數(shù)過程中不顯示數(shù)據(jù)，待計(jì)數(shù) 過程結(jié)束后，顯示測頻結(jié) 果 ，并將此顯示結(jié)果保持到下一次計(jì)數(shù)結(jié)果，顯示時(shí)間不小于 1s，小數(shù)點(diǎn)位置隨量程自動移動。 原理框 圖如圖 21所示。 比如 ： 將數(shù)字頻率計(jì)稍 作 改進(jìn)，就可制成 既可測頻率，又能測周期、占空比、脈寬等功能的多用途 數(shù)字測量儀器。 目前主流的開發(fā)平臺是 NI公司的 Lab VIEW。內(nèi)部豐富的存儲資源，能夠滿足頻率計(jì)設(shè)計(jì)的各種不同需要。 單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)有著很多的優(yōu)點(diǎn)：（ 1）集成度高。 這樣的優(yōu)點(diǎn)使得數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)變得簡單。頻率計(jì)正是朝著這個(gè)方向發(fā)展。 采用單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心的數(shù)字頻率計(jì)。此法的優(yōu)點(diǎn)是 ： 閘門時(shí)間與被測信號同步，消除了對被測信號計(jì)數(shù)產(chǎn)生的177。通過 A倍頻，把待測信號頻率放大 A倍，以提高測量精度。下面將從測量頻率的方法、現(xiàn)階段頻率計(jì)的 種類 和頻率計(jì)的發(fā)展趨勢 三 方面進(jìn)行論述。 The software design is achieved by many functional modules, such as the signal frequency measurement module、 the signal cycle survey module、 timer interruption of service module、 the data display module and so on. Achieving counting function and conversion between cycle and frequency by using control functions and mathematics operation ability of microcontroller. Like these the survey scope can achieve 2HZ ~ 50MHZ, both can reach the frequency range requirements designed, the measuring accuracy high, and can cause the average relative measuring error to be only %. In addition, the article has carried on the discussion to the data error origin in the process surveyed the frequency, and proposed the measures reduce the measuring error. Finally, the article also raise the frequency of the design options will be further improved. Key Words： Digital frequency meter。西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì) XXX 西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 ， 重慶 400716 摘要： 本文提出設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的多種方案，重點(diǎn)介紹 以 單片機(jī) AT89C52 為控制核心， 實(shí)現(xiàn)頻率測量 的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)。 The hardware partially is posed by enlarged circuit、 the profile transformation and the reshaping circuit、 the gate at the base control circuits、 subfrequency circuits、 the microcontroller and the data display electric circuit。研究數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，有助于頻率計(jì)功能的不斷 完善 、性價(jià)比的提高和實(shí)用性的加強(qiáng)。 （ 3）脈沖數(shù)倍頻測頻法（ AM法）： 此法是為克服 M法在低頻測量時(shí)精度不高的缺陷發(fā)展起來的。 （ 6）多周期同步測頻法： 是由閘門時(shí)間與同步門控時(shí)間共同控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的一種測量方法，待測信號頻率與 M/T法相同。這種技術(shù)是在近幾年才發(fā)展起來的新技術(shù)，具有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)在的電子產(chǎn)品主要是采用 EDA 技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)作為核心控制系統(tǒng)，輔以外圍電路，制成高端數(shù)字化產(chǎn)品。（ 5）功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣闊。 現(xiàn)在 國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用中 最 常見的有 Intel 公司的 MCS西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 系列， Microchip 公司的 PIC16 系列 ，臺灣凌陽公司的 SPCE061X 系列 。 [4]另外，單片機(jī)內(nèi)部強(qiáng)大的運(yùn)算能力和控制功能，使得開發(fā)像頻率計(jì)這樣 對測量精度要求很高的電子 儀器時(shí)， 變得更加的 有效。 隨著計(jì)算機(jī)的普及，利用計(jì)算機(jī)做顯示和操作平臺的虛擬儀表，也越來越被廣泛運(yùn)用 。 數(shù)字頻率計(jì)具有體積小、攜帶方便；功能完善、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在以后的時(shí)間里，必將有著更加廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用價(jià)值。 2 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)方案極其論證 設(shè)計(jì)方案 方案一：系統(tǒng)測頻部分采用中小規(guī)模數(shù)字集成電路， 完成頻率計(jì)測量 功能。用轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇 10ms、 1s和 10s四種閘門時(shí)間，同時(shí)量程自動切換。由于使用了單片機(jī)，使整個(gè)系統(tǒng)具有極為靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展與改進(jìn)。也就是采用先測信號的周期 ， 然后再通過單片機(jī)求周期的倒數(shù)的方法 ， 從而得到我們所需要的低頻信號的 測量精度。該頻率計(jì)硬件較為簡單，但 需要 注意