數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＿畢業(yè)論文-在線瀏覽
2025-01-06 00:38本頁(yè)面
【正文】 單穩(wěn) 1 的暫態(tài)送入鎖存器的使能端，鎖存器將計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并被單穩(wěn)態(tài)清零，在整個(gè)電路中，時(shí)基電路是關(guān)鍵，閘門信號(hào)脈沖寬度是否精確直 接決定了測(cè)量結(jié)果是否精確。而計(jì)數(shù)法實(shí)質(zhì)上屬于比較法，其中最常用的方法是電子計(jì)數(shù)器法，它是一種最常見(jiàn)、最基本的數(shù)字化測(cè)量?jī)x器。 方案一：該方案采用頻率測(cè)量法，它以單片機(jī)為內(nèi)核，通過(guò)單片機(jī)的計(jì)數(shù)定時(shí)功能來(lái)完成頻率的計(jì)數(shù)然后通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描將測(cè)出的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)字顯示電 路進(jìn)行顯示。 計(jì)數(shù)器待測(cè)脈沖信號(hào) fx閘門時(shí)間t計(jì)數(shù)值 N 圖 22 頻率測(cè)量法原理框圖 3 方案二：該方案采用周期測(cè)頻法，它將被測(cè)信號(hào)加在閘門形成電路的閘門時(shí)間 t，然后在計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入端送上周期 T0 的計(jì)數(shù)脈沖，即可計(jì)算出被測(cè)信號(hào)的周期 Tx=N*T0。其原理框圖如圖 23 所示： 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖 T0 計(jì)數(shù)值 N閘門形成電路待測(cè)脈沖信號(hào) Tx 23 周期測(cè)頻法原理框圖 方案一：測(cè)量誤差 : ???????? ??? t△tfx△fx fxt *1(1) 其中技術(shù)誤差為fxt*1；閘門時(shí)間相對(duì)誤差為 t△t 。若測(cè)量多個(gè)周期的，則誤差會(huì)更小。因此本設(shè)計(jì)采用方案一直接測(cè)頻法。系統(tǒng)模塊有：主芯片控制模塊、放大整形模塊以及可控 4 制的數(shù)字顯示電路。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以 AT89S52 單片機(jī)作為核心部件。 主芯片控制模塊基于 AT89S52 單片機(jī)來(lái)完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，譯碼以及顯示控制，利用它內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率以及周期。整形電路即是將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)，使得單片機(jī)更好的測(cè)量。 系統(tǒng)框圖如圖 31。這種 單片機(jī) 屬于 八位單片機(jī)， 內(nèi)部采用 CMOS 門電路 。擁有 32 個(gè)并行 IO 口， 2 個(gè) 中端口， 3個(gè) 16 位 的定時(shí) /計(jì)數(shù) 器 ，一個(gè)全雙工串行口， 2 個(gè)地址口 。 在此設(shè)計(jì)方案中， AT89S52 單片機(jī)的 P0 口和 P2 作為接收數(shù)據(jù)端口，將 RP1 的輸入端與 P0 口的各引腳連接起來(lái)，作為段驅(qū)動(dòng)；而 P2 口與數(shù)碼管連接作為位驅(qū)動(dòng)。 信號(hào)放大電路 信號(hào)整形 單片機(jī)AT89S52 電路 數(shù)字顯示 電路 5 AT89S52主要功能特性 （ 1）與 MCS51指令系統(tǒng)兼容 （ 2）具備 8K的 Flash 閃速存儲(chǔ)器 （ 3）擁有 32個(gè)準(zhǔn)雙向的輸入 /輸出接口 （ 4） 256字節(jié)的內(nèi)部 RAM （ 5） 3個(gè) 16位定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 （ 6）全靜態(tài)操作可接受頻率為 033MHz （ 7） 8個(gè)中斷源 （ 8）擁有全雙工 UART串行通道 （ 9）掉電模式和低功耗空閑 （ 10）看門狗定時(shí)器 引腳功能 （ 1） 主電源 及 地 引腳 Vcc：電源電壓 GND：地 （ 2） 晶振 引腳 XTAL1(19腳 )： 內(nèi)部反相放大器輸入端。 （ 3） 并行 輸入 /輸出引腳 ~(32~39腳 )： 8位 漏極開路的三態(tài)雙向輸入 /輸入 口 。 具有第二功能。 ~(10~17腳 ):8位 帶有內(nèi)部上拉 電阻 的準(zhǔn)雙向輸入 /輸入 口 。 放大整形模塊 信號(hào)放大電路 本次信號(hào)放大電路選用 OP37 芯片為核心的反相放大電路，如圖 32 所示。它的增益帶寬拓寬到 63MHZ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)要求。如圖 33 所 示： 圖 33 整形電路 通過(guò) 74HC00 和 74HC05 串聯(lián)將經(jīng)過(guò)放大電路后的脈沖直流信號(hào)整形成矩形脈沖。 74HC05 由六組反相器組成。斯密特觸發(fā)器是一種閥值開關(guān)電路，具有突變輸入 輸出特性。其工作原理為：當(dāng)輸入電壓由低增加，到達(dá)正向閥值電壓 vT? ，輸出電壓發(fā)生突變；當(dāng)輸入電壓由高減少，到達(dá)負(fù)向反向閥值電壓 vT 時(shí)，輸出電壓發(fā)生突變。原理為：當(dāng)輸入電壓 Vi 上升到正向閥值電壓 vT? 時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出負(fù)跳變（低電平）；過(guò)了一段時(shí)間電壓降到 vT? 時(shí)，輸出電壓并不回到初始狀態(tài)而需輸入電壓繼續(xù)降到 vT 時(shí)，輸出電壓才翻轉(zhuǎn)至高電平。如圖 35 所示： 圖 35 數(shù)字顯示模塊 顯示的數(shù)據(jù)以 BCD 碼的方式存放在單片機(jī) RAM 存儲(chǔ)器中。其 LED 動(dòng)態(tài)顯示流程圖如圖 36 所示。 7段 LED 數(shù)碼管是由 7 個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)構(gòu)成的 ，實(shí)物如圖 所示。因此，這種數(shù)碼管有時(shí)也被稱 8 段 LED 數(shù)碼管顯示器。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，該字段導(dǎo)通；反之，發(fā)光二極管截止，該字段不發(fā)光。 9 圖 38 數(shù)碼管引腳結(jié)構(gòu)圖 7 段共陰極 LED 數(shù)碼管中，發(fā)光二極管的陰極為公共端，接 GND。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 39所示。當(dāng) I/O 口不夠用的時(shí)候，我們就需要設(shè)計(jì)顯示電路來(lái)顯示數(shù)碼管的各個(gè)段碼，然后經(jīng)程序的控制，顯示我們想要的字符。 （ 1）靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示是 通過(guò) 發(fā)光二極管 恒定不變的導(dǎo)通或截止 在 數(shù)碼管上顯示 想要 的字符 ，它的亮 與滅是恒定不變的。該驅(qū)動(dòng)方式接口操作簡(jiǎn)單，而且較小的驅(qū)動(dòng)電流即可獲得很強(qiáng)的顯示亮度；但是當(dāng)數(shù)碼管多的時(shí)候，相應(yīng)的就需要更多的Ｉ /O線。點(diǎn)亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余暉和人眼視覺(jué)暫留作用，使人感覺(jué)好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。 因此本設(shè)計(jì)選用動(dòng)態(tài)掃描方法驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。整體系統(tǒng)原理如圖 310所示。它用于初始化以及單片機(jī)死機(jī)時(shí)的重新運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路，如圖 311 所示。 圖 311 復(fù)位電路 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件框圖 本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法。 T1 作為定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為 1s；而 T0 作為計(jì)數(shù)器， T0 中斷每溢出一次， n 加 1。
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