基于單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì)論文)2(編輯修改稿)
2025-07-24 20:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路原理圖 分頻模塊本文采用12MHZ的時(shí)鐘，最大計(jì)數(shù)速率為500 kHz，因此需要外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差。為了測(cè)量提高精度，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值較低時(shí)，直接使用單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值；當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值較高時(shí)采用外部十分頻后再計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值。這兩種情況使用74LS151進(jìn)行通道選擇，由單片機(jī)先簡(jiǎn)單測(cè)得被測(cè)信號(hào)是高頻信號(hào)還是低頻信號(hào)，然后根據(jù)信號(hào)頻率值的高低進(jìn)行通道的相應(yīng)導(dǎo)通，繼而測(cè)得相應(yīng)頻率值。因此此模塊主要包括分頻器74LS16多路選擇器74LS15與非門74LS00。 分頻器74LS161芯片74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器。 表4 74161的功能表從表中可以知道，當(dāng)清零端RD=“0”，計(jì)數(shù)器輸出QQQQ0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)RD=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端QQQQ0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。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。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的異步清零功能和同步計(jì)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。本文組成了十進(jìn)制的分頻器。 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(gè)數(shù)據(jù)（D0D7）中選取1個(gè)所需的數(shù)據(jù)。只有在選通端STROBE為低電平時(shí)才可選擇數(shù)據(jù)。74LS151有互補(bǔ)輸出端（Y、W），Y輸出原碼，W輸出反碼。74LS151的功能如下表: 表5 74151功能表其中A、B、C為選擇輸入端，D0D7為數(shù)據(jù)輸入端，STROBE為選通輸入端（低電平有效），W為反碼數(shù)據(jù)輸出端，Y為數(shù)據(jù)輸出端。 分頻模塊原理圖分頻模塊設(shè)計(jì)原理圖：圖13 分頻模塊原理圖 顯示電路顯示模塊由頻率值顯示電路和量程轉(zhuǎn)換指示電路組成。頻率值顯示電路采用四位共陽極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示頻率計(jì)被測(cè)數(shù)值，量程轉(zhuǎn)換指示電路由紅、黃、綠三個(gè)LED分別指示Hz、KHz及MHz頻率單位，使讀數(shù)簡(jiǎn)單可觀。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。常見的數(shù)碼管由七個(gè)條狀和一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是何種接口類型。圖14 兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖因?yàn)檫@里用的是共陽極數(shù)碼管，它的公共端為高電平，因此要讓其中各段（DP,A,B,C,D,E,F,G)的發(fā)光二極管發(fā)光，只要使它另一端置為低電平，即置0。 頻率數(shù)值顯示電路圖15 共陽極數(shù)碼管顯示電路圖 頻率數(shù)值單位顯示電路圖16 LED檔位指示電路 四、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(gè)系統(tǒng)分為初始化模塊、頻率測(cè)量模塊、量程自動(dòng)切換模塊和顯示模塊等。整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的程序由C語言編寫，通俗易懂。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)模塊框圖：圖17 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)模塊框圖 開始程序預(yù)處理，先聲明頭文件，定義一些變量。程序入口，main()函數(shù)框圖:圖18 主函數(shù)框圖 初始化模塊初始化模塊初始化分頻器、量程檔位、LED顯示、工作寄存器、中斷控制和定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式等。 頻率測(cè)量模塊和量程自動(dòng)切換模塊經(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(hào)下降沿次數(shù)；經(jīng)過初始化定時(shí)器0，每50ms觸發(fā)一次定時(shí)器0中斷，每次中斷執(zhí)行中斷處理程序則對(duì)數(shù)據(jù)下降沿次數(shù)fCnt進(jìn)行處理，通過對(duì)數(shù)據(jù)的大小判斷實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換等,從而計(jì)算出信號(hào)的頻率，然后調(diào)用顯示模塊把頻率值顯示出來。其中，16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)值為65535，因此，還需要先由硬件十分頻后，再有定時(shí)／計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，加大測(cè)量的精度和范圍。計(jì)數(shù)器1和定時(shí)器0的中斷處理框圖： 圖19 計(jì)數(shù)器1中斷處理 圖20 定時(shí)器0中斷處理量程自動(dòng)切換模塊框圖：圖21 量程自動(dòng)切換程序流程圖 顯示模塊顯示程序?qū)㈩l率值和量程檔位在數(shù)碼管和LED管顯示出來。由于所有4位數(shù)碼管的8 根段選線由單片機(jī)的P2口控制,因此,在每一瞬間4位數(shù)碼管會(huì)顯示相同的字符,要想每位顯示不同的字符就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管,即在每一瞬間只點(diǎn)亮某一位顯示字符,在此瞬間,段選控制口P2輸出相應(yīng)字符。，通過光顏色的不同表示量程檔位的不同。，2，3，4；,B,C,D,E,F,G,DP；：綠色(MHZ檔)，黃色(KHZ),紅色(HZ)。發(fā)光二極管全亮表示所測(cè)信號(hào)頻率超出測(cè)量范圍。顯示模塊框圖：圖22 顯示子程序流程圖 延時(shí)模塊延時(shí)模塊框圖： 圖23 延時(shí)程序流程圖 五、數(shù)字頻率計(jì)仿真 電源模塊仿真此模塊用仿真軟件 MULTISIM 圖24 電源模塊仿真圖其中9/220=。此電路運(yùn)行后輸出電壓（即萬用表讀數(shù)）：圖25 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。 放大整形電路仿真 仿真軟件 MULTISIM 圖26 整形電路仿真圖設(shè)置輸入信號(hào)，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕后，觀看示波器上輸入輸出信號(hào)波形： 圖27 整形電路仿真結(jié)果圖 仿真放大整形電路仿真原理圖：圖28 放大整形電路仿真圖示波器波形： 圖29 放大整形電路仿真結(jié)果圖信號(hào)經(jīng)過放大整形電路，能夠輸出需要的波形和幅度的信號(hào)，再將它輸入到分頻電路，再到單片機(jī)進(jìn)行頻率的測(cè)量。 頻率計(jì)仿真 用KEIL軟件先創(chuàng)建工程，：圖30 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)：圖31 軟件設(shè)置選項(xiàng)圖點(diǎn)擊后，彈出對(duì)話框并設(shè)置相關(guān)屬性。點(diǎn)擊按鈕后，編譯連接，若代碼無問題，如下圖：圖32 （.hex）文件圖 使用軟件Proteus仿真頻率計(jì)因?yàn)殡娫茨K和放大整形模塊都用仿真軟件 MULTISIM ，所以這里不再對(duì)其進(jìn)行仿真，信號(hào)直接輸入，穩(wěn)壓直流電源也直接輸入。分頻模塊機(jī)和顯示模塊都要與單片機(jī)模塊相連才能達(dá)到所需的要求，因此，這三個(gè)模塊就一起仿真，用Proteus軟件仿真如下圖：圖33 頻率計(jì)仿真圖其中需要注意是一些設(shè)置：?jiǎn)纹瑱C(jī)設(shè)置：圖34 單片機(jī)屬性設(shè)置圖其中是需要導(dǎo)入由KEIL軟件生成的*.hex文件，再是時(shí)鐘頻率為12MHZ。電源的設(shè)置： 圖35 電源大小
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