【正文】 z； (4)微波頻率計數(shù)器：測頻范圍 1— 80GHz或更高。按功能分 類，測量某種單一功能的計數(shù)器。因此，在生產(chǎn)過程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動、位移、速度、加速度，乃至各種氣體的百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號頻率，然后用數(shù)字頻率計來測量，以提高精確度。最后經(jīng)單片機處理送至 lcd液晶顯示屏顯示。其待測頻率值使用四位共陽極數(shù)碼管顯示，并可以自 動切換量程，單位分別由紅、黃、綠 3個 LED指示。 在整個設(shè)計過程中，所制作的頻率計采用外部分頻，實現(xiàn) 10Hz~2MHz的頻率測量，而且可以實現(xiàn)量程自動切換流程。 AT89S52單片機是頻率計的控制核心，來完成它待測信號的計數(shù)，譯碼，顯示以及對分頻比的控制?；趩纹瑱C的 4位 為 數(shù)字頻率計 畢業(yè)論文 1 1 摘 要 頻率測量是電子學測量中最為基本的測量之一。 頻率計主要是由信號輸入和放大電路、單片機模塊、分頻模塊及顯示電路模塊組成。利用它內(nèi)部的定時 /計數(shù)器完成待測信號頻率的測量。以 AT89S52單片機為核心，通過單片機內(nèi)部定時 /計數(shù)器的門控時間，方便對頻率計的測量。 本次采用單片機技術(shù)設(shè)計一種數(shù)字顯示的頻率計，具有測量準確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點 本設(shè)計以 AT89S52 單片機為核心充分利用硬件資源設(shè)計的一種頻率計，該頻率計首先將被測信號放大整形處理，變成滿足單片機 I/O口 接受的 TTL/ CMOS 兼容信號 從單片機的 T1 輸入口輸入直接累加脈沖數(shù)，將單片機內(nèi)部定時器定時為 1S，這時累加的脈沖數(shù)即為被測信號的頻率。 關(guān)鍵詞：頻率計、單片機、計數(shù)器 、 單片機（ AT89S52） 基于單片機的 4位 為 數(shù)字頻率計 畢業(yè)論文 2 2 目 錄 第一章 系統(tǒng)概述 ................................................................................... 5 系統(tǒng)組成 ................................................................................... 5 信號處理方法 ............................................................................ 6 數(shù)字頻率計概述 ......................................................................... 7 第二章、系統(tǒng)硬件設(shè)計 ........................................................................... 8 主控制器 AT89C51 ..................................................................... 8 簡介 ...................................................................... 8 主要特性： ......................................................................... 9 管腳說明： ....................................................................... 10 數(shù)字頻率計的 硬件系統(tǒng)設(shè)計 ..................................................... 13 ............................................. 13 數(shù)字頻率計的主機電路設(shè)計 .............................................. 13 數(shù)字頻率計的信號輸入電路設(shè)計 ....................................... 16 數(shù)字頻率計顯示電路的設(shè)計 .............................................. 17 數(shù)字頻率計的計數(shù)電路的設(shè)計 ........................................... 19 數(shù)字頻率計電源模塊的設(shè)計 .............................................. 22 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .......................................................................... 23 數(shù)據(jù)處理過程 .......................................................................... 23 系統(tǒng)軟件框圖 .......................................................................... 24 軟件處理方法 .......................................................................... 25 數(shù)字頻率計軟件系統(tǒng)設(shè)計 ......................................................... 27 軟件設(shè)計規(guī)劃 ................................................................... 27 中斷控制 .......................................................................... 28 定時器 /計數(shù)器 .................................................................. 29 定時工作方式 0 ................................................................. 30 第四章 程序流程圖設(shè)計 ....................................................................... 32 主程序流程 .............................................................................. 32 中斷流程 ................................................................................. 32 總 結(jié) ................................................................................................. 34 參考文獻 .............................................................................................. 35 致 謝 ................................................................................................... 36 附錄 ..................................................................................................... 37 附錄一：源程序 ............................................................................ 37 附錄二：原理圖 : ........................................................................... 41 基于單片機的 4位 為 數(shù)字頻率計 畢業(yè)論文 3 3 前 言 在電子測量領(lǐng)域中，頻率測量的精確度是最高的，可達 10— 10E13數(shù)量級。 國際上數(shù)字頻率計的分類很多。如頻率計數(shù)器，只能專門用來測量高頻和微波頻率；時間計數(shù)器，是以測量時間為基礎(chǔ)的計數(shù)器，其測時分辨力和準確度很高，可達 ns數(shù)量級；特種計數(shù)器，它具有特種功能，如可逆計數(shù)器、予置計數(shù)器、差值計數(shù)器、倒數(shù)計數(shù)器等，用于工業(yè)和白控技術(shù)等方面。 單片機自問世以來，性能不斷 提高和完善，其資源又能滿足很多應(yīng)用場合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級計算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機應(yīng)用系統(tǒng)。特別是當前用 CMOS 工藝制成的各種單片機，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強、能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場合，更加擴大了單片機的應(yīng)用范圍，也進一步促使單片機性能的發(fā)展。 頻率計的基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。如配以適當?shù)膫鞲衅?，可以對多種物理量進行測試，比如機械振動的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計件等等。有的還能自動調(diào)整測試點，這樣不僅方便了操作，也提高了測試精度。 2. 電源： 220VAC177。 10% 3. 頻率顯示：四位 數(shù)碼管 4. 測量誤差： ≤ 1。系統(tǒng)硬件框圖如圖 1 所示。波形變換和波形整形電路實現(xiàn)把正弦波樣的正負 交替的信號波形變換成可被單片機接受的 TTL/ CMOS 兼容信號 。 如圖 圖 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)軟件包括測量初始化模塊、顯示模塊、信號頻率測量模塊、量程自動轉(zhuǎn)換模塊、信號周期測量模塊、定時器中斷服務(wù)模塊、浮點數(shù)格式化模塊、浮點數(shù)算術(shù)運算模塊、浮點數(shù)到 BCD碼轉(zhuǎn)換模塊。 基于單片機的 4位 為 數(shù)字頻率計 畢業(yè)論文 6 6 信號 處理方法 本頻率計的設(shè)計以 AT89C51 單片機為核心 ,利用它內(nèi)部的定時 / 計數(shù)器完成待測信號周期 / 頻率的測 量。在構(gòu)成為定時器時 ,每個機器周期加 1 (使用 12MHz 時鐘時 ,每 1us 加 1) ,這樣以機器周期為基準可以用來測量時間間隔。外部輸入每個機器周期被采樣一次 ,這樣檢測一次從 1 到 0 的跳變至少需要 2 個機器周期 (24 個振蕩周期 ) ,所以最大計數(shù)速率為時 鐘頻率的 1/ 24 (使用 12MHz 時鐘時 ,最大計數(shù)速率為 500 KHz) 。當 TR 清 0 ,停止計數(shù)。例如當要求頻率測量結(jié)果為 3 位有效數(shù)字 ,這時如果待測信號的頻率為 1Hz ,則計數(shù)閘門寬度必須大于1000s。當待測信號的頻率大于 100Hz 時 ,定時 / 計數(shù)器構(gòu)成為計數(shù)器 ,以機器周期為基準 ,由軟件產(chǎn)生計數(shù)閘 門 ,這時要滿足頻率測量結(jié)果為 3 位有效數(shù)字 ,則計數(shù)閘門寬度大于 1s 即可。用方波作計數(shù)閘門 ,當待測信號的頻率等于100Hz ,使用 12MHz 時鐘時的最小計數(shù)值為 10000 ,完全滿足測量精度的要求。它是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù) 字測量儀器。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計。測量范圍從 0Hz— 65535Hz(此測量范圍為計數(shù)器的最大計數(shù)，可根據(jù)實際需要進行擴展，在 擴展 )的正弦波、方波、三角波 。 基于單片機的 4位 為 數(shù)字頻率計 畢業(yè)論文 8 8 第 二 章 、系統(tǒng)硬件設(shè)計 主控制器 AT89C51 簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機 。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C51 是它的一種精簡版本。外形及引腳排列如圖 所示 基于單片機的 4位 為 數(shù)字頻率計 畢業(yè)論文 9 9 圖 AT89C51 芯片 主要特性： 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 三級程序存儲器鎖定 32可編程 I/O 線 5 個中斷源 低功耗的閑置和掉電模式 GND：接地。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當對 0端口寫入 1時，可以作為高阻抗輸入端使用。在這種模式下