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基于at89s52單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)-wenkub.com

2025-08-15 13:45 本頁面
   

【正文】 } void enterFre() interrupt 3 //外部頻率輸入 { fCnt++。 } TH0=0x3c。 //全滅 ledK=1。 //100 分頻 25610 TL1=0xf6。 } else if(regCnt5000) { level=2。 tN=1。 } else { level=2。 //2565 pCnt=regCnt*10。 tN=1。 //顯示清零 } } else if(level==1) { if(regCnt1) { level=0。 //頻率計(jì)數(shù)清零 clear=0。 while(1) 26 { disp()。 //定時器 0 允許 TR1=1。 //顯示 Hz 檔 ledK=1。 } } void intial() { clear=1。 } else { d[3]=0。 d[2]=(pCnt%1000)/100。Delay(1)。Delay(1)。Delay(1)。Delay(1)。 d[2]=(pCnt%1000)/100。Delay(1)。Delay(1)。Delay(1)。Delay(1)。 d[2]=pCnt/100。 //脈沖次數(shù)暫存 unsigned int pCnt。 //對應(yīng)數(shù)碼管的各位 unsigned char level。我個人認(rèn)為軟件設(shè)計(jì)是個即靈活又細(xì)膩的工作,它要求耐心和細(xì)心去不斷完善,同時還需要有良好的邏輯思維能力。再次,在精神方面鍛煉了思想、 磨練了意志。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次綜合性的實(shí)踐,它將各種知識結(jié)合到一起綜合運(yùn)用到實(shí)踐上來擴(kuò)展、彌補(bǔ)、串聯(lián)所學(xué)的知識。 表 9: HZ檔的數(shù)據(jù)記錄表 待測值( Hz) 測量值( Hz) 10 29 269 325 491 678 979 表 10: KHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表 待測值( KHz) 測量值( KHz) 表 11: MHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表 待測信( MHz) 測量值 ( MHz) 測不出 誤差分析 從記錄的數(shù)據(jù)可以看出,系統(tǒng)軟件仿真誤差很小,在 10Hz2MHz 范圍內(nèi)測量出來的頻率基本上就是輸入信號的頻率,在超出這個范圍后,才出現(xiàn)很小的誤差。 圖 33 頻率計(jì)實(shí)物圖 為了衡量這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)的工作情況和測量精度,我們對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。由單片機(jī)內(nèi)部定時器/計(jì)數(shù)器構(gòu)成基本測量電路,外加整形和分頻電路,由系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可以測出 1HZ5MHZ 的量程范圍,可以實(shí)現(xiàn)量程檔的自動轉(zhuǎn)換,使用的動態(tài)顯示測量時會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象,但顯示數(shù)值準(zhǔn)確,穩(wěn)定時顯示不閃爍。 22 圖 31 KHZ檔頻率仿真 當(dāng)測量頻率值大于 1MHz 時,數(shù)碼管顯示頻率值,并綠色 LED 燈亮,作為 MHz 檔單位指示。 圖 29 頻率計(jì)整體仿真圖 功能調(diào)試 當(dāng)測量頻率值小于 1KHz 以下時,數(shù)碼管顯示頻率值,并紅色 LED 燈亮,作為 Hz 檔單位指示。工作高電平是否加至定時/計(jì)數(shù)器的輸入腳;當(dāng)判定高電平加至定時/計(jì)數(shù)器的輸入腳,運(yùn)行控制位 TR置 1,啟動定時/計(jì)數(shù)器對單片機(jī)的機(jī)器周期的計(jì)數(shù),同時檢測方波高電平是否結(jié)束;當(dāng)判定高電平結(jié)束時 TR 清 0,停止計(jì)數(shù),然后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù)。 19 中 斷 開 始中 斷 開 始計(jì) 數(shù) 器 加 1 圖 21 計(jì)數(shù)器 1中斷服務(wù)子程序 顯示子程序 顯示子程序?qū)⒋娣旁陲@示緩沖區(qū)的頻率或周期 值送往數(shù)碼管上顯示出來 ,由于所有 4 位數(shù)碼管的 8 根段選線并聯(lián)在一起由單片機(jī)的 P2口 控制 ,因此 ,在每一瞬間 4位數(shù)碼管會顯示相同的字符 ,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。 16 位定時/計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)值為 65535,當(dāng)待測信號的頻率較低時,定時/計(jì)數(shù)器可以對被測信號直接計(jì)數(shù),當(dāng)被測信號的頻率較高時,先由硬件十分頻后再有定時/計(jì)數(shù)器對被測信號計(jì)數(shù),加大測量的精度和范圍。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時程序?qū)崿F(xiàn),從計(jì)數(shù)閘門的最小值(即測量頻率的高量程)開始測量,計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時 TR清 0,停止計(jì)數(shù)。 頻率計(jì)開始工作或者完成一次頻率測量,系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測量初始化。 D7REDD9GREEND8YELLOW220R25220R26220R275VLED1LED2LED3 圖 18 LED檔位指示電路 17 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè) 計(jì)主要采用模塊化設(shè)計(jì),敘述了各個模塊的程序流程圖,并介紹了軟件 Keil和 Proteus 的使用方法和調(diào)試仿真。因此加入三極管 8550 進(jìn)行驅(qū)動數(shù)碼管。 圖 16 兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖 LED 數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似,只是正向壓降較大,正向電阻也較大。頻率值顯示電路采用四位共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示頻率計(jì)被測數(shù)值,使用三極管 8550 進(jìn)行驅(qū)動,使數(shù)碼管亮度變亮,便于觀察測量。 圖 13 74151管腳圖 74LS151 的功能如下表 所示。 74LS151 芯片介紹 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 個所需的數(shù)據(jù)。Q2當(dāng) CR=“1” 且 LD=“0” 時,在 CP 信號上升沿作 13 用后, 74LS161 輸出端 Q Q Q Q0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。在這個置數(shù)信號和時鐘脈沖上升的共同作用下,各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置的輸入數(shù)據(jù)相同 ,這就是預(yù)置操作。 表 4為 74161 的功能表。Q1這兩種情況使用 74LS151 進(jìn)行通道選擇,由單片機(jī)先簡單測得被測信號是高頻信號還是低頻信號,然后根據(jù)信號頻率值的高低進(jìn)行通道的相應(yīng)導(dǎo)通,繼而測得相應(yīng)頻率值。在定時器工作方式下,在被測時間間隔內(nèi),每來一個機(jī)器周期,計(jì)數(shù)器自動加 1(使用 12 MHz 時鐘時,每 1μs 加 1),這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來測量時間間隔。 11 5VQ103DG1001KR2410R2247KR2010KR1939KR23111213U7D74LS00123U15A74LS00564U15B74LS0047uFC17100uFC1847KR21D6F1Vx 圖 11 放大整形電路 分頻設(shè)計(jì)模塊 分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測量范圍,并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率和周期測量使用統(tǒng)一信號,可使單片機(jī)測頻更易于實(shí)現(xiàn),而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差 。 根據(jù)上述分析,放大電路放大整形電路采用高頻晶體管 3DG100 與 74LS00 等組成。在整形之前由于不清楚被測信號的強(qiáng)弱的情況。 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 [9],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) 。它一般適用于負(fù)載電流變化較小的場合。 ( 3)濾波電路:各濾波電路 C滿足 RLC=( 3~5) T/2,式中 T為輸入交流信號周期, RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。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。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端??撮T狗計(jì)時完成后, RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。 P3 口亦作為 AT89C51特殊功能(第二功能)使用, P3 口功能如表 2 所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時, P2 口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。作為輸入使用時,被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流。此外, 和 分別作定時器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入和定時器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入, P1 口功能具體如表1 所示。程序校驗(yàn)時,需要外部上拉電阻 [7]。對 P0 端口寫“ 1”時,引腳用作高阻抗輸入。并聯(lián) 2個 30pF陶瓷電容幫助起振。 高頻率的時 鐘有利于程序更快的運(yùn)行,也有可以實(shí)現(xiàn)更高的信號采樣率,從而實(shí)現(xiàn)更多的功能 [6]。 復(fù)位電路及時鐘電路 復(fù)位電路和時鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊??梢栽?4V到 寬電壓范圍內(nèi)正常工作。與此同時,世界上其他的著名公司也通過基本的 51 內(nèi)核,結(jié)合公司自身技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)生產(chǎn),推廣一 批如 51F020 等高性能單片機(jī)。 顯示模塊: 顯示電路采用四位共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示,為了加大數(shù)碼管的亮度,使用4 個 PNP 三極管進(jìn)行驅(qū)動,便于觀測。整形電路是對一些不是方波的待測信號轉(zhuǎn)化成方波信號,便于測量。單片機(jī) AT89S52 內(nèi)部具有 2個 16位定時/計(jì)數(shù)器,定時/計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來實(shí)現(xiàn)定時、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時中斷要 求的功能。該頻率計(jì)實(shí)現(xiàn) 10HZ~2MHZ 的 頻率測量 ,而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動 切換功能,四位共陽極動態(tài)顯示測量結(jié)果,可以測量正弦波、三角波及方波等各種波形的頻率值。為了增加單位時間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖的個數(shù),一方面可在輸入端將被測信 號倍頻,另一方面可增加 T 來滿足,為了增加T 的穩(wěn)定度,只需提高晶體振蕩器的穩(wěn)定度和分頻電路的可靠性就能達(dá)到。通過計(jì)算,對 1KHZ 以下的信號用測頻法,反應(yīng)的時間長于或等于 10S。 1 之間。若在一定的時間間隔 T 內(nèi)累計(jì)周期性的重復(fù)變化次數(shù) N,則頻率的表達(dá)式為式: Nfx=T ( 1) 圖 1 說明了測頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。 利用電源、單片機(jī)、分頻電路及數(shù)碼管顯示等模塊,設(shè)計(jì)一個簡易的頻率計(jì)能夠粗略的測量出被測信號的頻率。單片機(jī)作為最為典型的嵌入式系統(tǒng),它的成功應(yīng)用推動了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。 在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中, 由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示,測量迅速,精確度高,顯示直觀 , 經(jīng)常要用到頻率計(jì)。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展,頻率測量成為一項(xiàng)越來越普遍的工作,測頻原理和測頻方法的研究正受到越來越多的關(guān)注。 致 謝 .....................................................
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