【正文】 使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計。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。I 鄭州科技學院 ?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 題 目 數(shù)字頻率計的設(shè)計 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 所 在 系 指導教師 完成時間 2021年 3 月 6 日 II 數(shù)字頻率計設(shè)計 摘 要 數(shù)字頻率計是采用數(shù)字電路制成的實現(xiàn)對周期性變化信號的頻率的測量。 數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號以及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)字頻率計， 正弦信號 ,方波信號 ,數(shù)字測量儀器 III THE DESIGN OF DIGITAL FREQUENCY METER ABSTRACT Digital frequency meter is the use of digital circuit implementation of the cyclical changes in the signal frequency measurement. Digital frequency meter is the puter, munications equipment, audio, video and other essential areas of scientific research and production of measuring instruments. It is a decimal figures, displaying measured the number of signal frequency measuring instruments. Its basic function is to measure the sinusoidal signal, square wave signal and other physical changes in unit time quantity. In the simulation, digital circuit design, installation, missioning process, due to its use decimal number display, rapid measurement, high precision, visual display, so often used in digital frequency meter. KEYWORDS:digital frequency meter, sinusoidal signal, square wave signals, digital measuring instruments 1 目 錄 摘要 ............................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 數(shù)字 頻率計是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器，它的基本功能是測量正弦信號、方波信號、尖脈沖信號以及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量，因此它的用途十分廣泛：數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。這種方法免去了實測以前的預測，同時節(jié)省了劃分頻段的時間，克服了原來高頻段采用測頻模式而低頻段采用測周期模式的測量方法存在換擋速度慢的缺點。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。測量頻率的方法有多種 ,其中電子計數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。直接測頻法適用于高頻信號的頻率測量，間接測頻法適用于低頻信號的頻率測量。數(shù)字集成電路廣泛用于計算機、控制與測量系統(tǒng)，以及其它電子設(shè)備中。 本文 講述了數(shù)字頻率計的工作原理以及其各個組成部分 ，記述了我在整個設(shè)計過程中對各部分電路設(shè)計方案的選擇、對各個部分的設(shè)計思路、元器件的篩選、以及對2 它們的調(diào)試、對調(diào)試結(jié)果的分析，到 最后得到比較滿意的實驗結(jié)果的 過程。以物理學諾貝爾獎金獲得者為例，百分之五十的工作是得益于新的儀器或測試手段的發(fā)明創(chuàng)造。 50 年代初期，儀器儀表取得了重大突破，數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)使各種數(shù)字儀器得以問世，把模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級，為實現(xiàn)測試自動化打下了良好的基礎(chǔ) 。 70 年代，計算機技術(shù)在儀器儀表中的進一步滲透，使電子儀器在傳統(tǒng)的時域與頻域之外，又出現(xiàn)了數(shù)據(jù)域（ Data domain）測試。測量系統(tǒng)的主要模式，是采用機柜形式，全部通過 IEEE488總線送到一個控制器上。不同于傳統(tǒng)獨立儀器模式的個人儀器（ Personal instrument）已經(jīng)得到了發(fā)展。這個進展的主要標志是儀器儀表智能化程度的提高。 單片機在智能儀器中的應(yīng)用 隨著微處理器或微計算機技術(shù)的不斷發(fā)展 ,越來越多的、功能更加完善的智能儀器儀表將應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其是在工業(yè)控制方面的應(yīng)用 ,前景將更廣大。因為它具有功能強、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、性能價格比高等優(yōu)點，因此很適 合用于智能儀器儀表中。它的應(yīng)用正在不斷地走向深入，帶動了傳統(tǒng)控制檢測日新月異的更新。在設(shè)計單片機和數(shù)字電路時經(jīng)常需要測量脈沖數(shù)量、脈沖寬度、脈沖周期、脈沖頻率等參數(shù)，雖然使用邏輯分析儀可以很好的測量這些參數(shù)，但其價格昂貴。且實現(xiàn)測量的數(shù)字化、自動化、智能化已成為各類儀器儀表設(shè)計的方向。設(shè)計要求所需外圍元件較少，擴展性能強，操作簡單，測試準確度高，有很好的開發(fā)前景。下面我將首先對這種方案的組成框圖和實現(xiàn)原理分別進行說明。其中信號預處理電路包含信號放大、波形變換和波形整形。信號預處理電路中的放大器實現(xiàn)對待測信號的放大，降低對待測信號幅度的要求；波形變換和波形整形電路將放大的信號轉(zhuǎn)變成可與單片機接口的 TTL信號；單片機通過設(shè)置使 T1引腳控制內(nèi)部計數(shù)器 T1工作，這樣能精確地測出加到 T1引腳的正脈沖的個數(shù)；頻率顯示部分采用并行 LED顯示模塊 ,精簡了外圍器件 [2]。 圖 關(guān)于 TTL信號的點滴介紹： TTL電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進制規(guī)定， +5V等價于邏輯 1， 0V等價于邏輯 0，這被稱做 TTL（晶體管 晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標準技術(shù)。 TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過 10英尺的距離就不適合了。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響；另外對于并行數(shù)據(jù)傳輸，電纜以及連接器的費用比起串行通信方式來也要高一些。用單片機計頻率通常采用兩種辦法， 1）單片機外部使用計數(shù)器對脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機讀??； 2）使用單片機自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進行計數(shù)，或者測量信號的周期。 單片機 AT89S51有兩個 16位定時 /計數(shù)器，其中 T0用作定時器，每次定時 100ms，利用中斷使它實現(xiàn) 10次定時，得到 1s定時； T1用作計數(shù)器，對輸入脈沖進行計數(shù)。單片機讀取 T1的計數(shù)值 N，存于兩個存儲器中，這是個 16位二進制數(shù)，經(jīng)十進制 BCD碼轉(zhuǎn) 換后，分別取數(shù)據(jù)的千，百，十，個位，把它們分別存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 40H— 43H中，然后用軟件將數(shù)據(jù)分別送 P2口并行輸出顯示。 信號預處理電路 頻率計的信號預處理電路如圖 ，它由兩級電路構(gòu)成，第一級為由開關(guān)三極管組成的零偏置放大器，三極管采用開關(guān)三極管，以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。當 輸入信號為正電壓時，三極管導通，輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降，這使得頻率計既可測量任意方波信號的頻率，也可以測量正弦波信號的頻率。第二級采用NE555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，把放大放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成單片機能檢測到的TTL信號 [3]。它對單片機系統(tǒng)是否正常工作起著至關(guān)重要的作用。 7805 直流穩(wěn)壓電路圖見圖 這里所有芯片都是用 5V 電壓供電。無論是7 在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復 位，所以我們必須弄清楚 MCS51型單片機復位的條件、復位電路和復位后狀態(tài)。例如，若時鐘頻率為 12MHz，每機器周期為 1μs，則只需 2μs以上時間的高電平，在 RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復位 。 圖 (a)為上電復位電路，它是利用電容充電來實現(xiàn)的。 只要保證 RESET為高電平的時間大于兩個機器周期，便能正常復位。該電路除具有上電復位功能外，若要復位，只需按圖(b)的 RESET鍵，此時電源 VCC經(jīng)電阻 R R2分壓， RESET端產(chǎn)生復位高電平。表明單片機復位期間不會有任何取指操作。段控制從 P2口輸出，用 74LS244作驅(qū)動器來驅(qū)動顯示管。 8 圖 顯示電路 主要元件介紹 AT89S51 單片機 AT89S51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，它是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4kbytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性 存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。 89C51 受到了 PIC 單片機陣營的挑戰(zhàn)， 89C51 最致命的缺陷在于不支持 ISP（在線更新程序）功能，必須加上 ISP 功能等新功能才能更好延續(xù) MCS51 的傳奇。 一、主要性能參數(shù)： 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 9 的工作電壓范圍 全靜態(tài)工作模式： 0Hz33MHz 三級程序加密鎖 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個可編程 I/O 口線 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 6 個中斷源 全雙工串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 看門（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識和快速編程特性 靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP字 節(jié)或頁寫模式） 二、功能特性概述： AT89S51 提供以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路?？臻e方式停止CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 10 圖 AT89S51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖 三、 引腳功能說明（圖 ）： Vcc：電源電壓 GND：地 11 圖 AT89S51 引腳圖 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 表 21 P1 口第二功能表 端口引腳 第二功能 MOSI（用于 ISP 編程） MISO（用于 ISP 編程） SCK（用于 ISP 編程） P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端12 口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ ILI ）。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX Ri 指令）時， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如（表 22）所示。 RST：復位輸入，當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。而且由于具有滯回特性