【正文】 12 標頻發(fā)生電路和信號處理部分 13 單片機模塊 17 復位電路 22 單元程序的設計 1s 定時 24 頻率數(shù)據(jù)采集 25 進制轉(zhuǎn)換 26 第 五 章 總結(jié) 28 致 謝 29 參考文獻 它的應用遍及各個領域單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。 頻率測量在科技研究和實際應用中的作用日益重要。頻率信號抗干擾性強、易于傳輸 ,可以獲得較高的測量精度。 MCS— 51 單片機具有體積小，功能強，性能 價格比較高等特點，因此被廣泛應用于工業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領域。 實現(xiàn)一個寬頻域，高精度的頻率計，一種有效的方法是：在高頻段直接采用頻率法，低頻段采用測周法。對高頻段和低頻段的劃分，會直接影響測量精度及速度。為了提高測量精度，我們又對高低頻再進行分段。最終實現(xiàn)多功能數(shù)字頻率計的設計方案，根據(jù)頻率計的特點，可廣泛應用于各種測試場所。以精確迅速的特點測量信號頻率，在本設計在實踐理論上鍛煉提高了自己的綜合運用知識水平，為以后的開發(fā)及科研工作打下基礎。比較法 是將被測頻率信號與已知頻率信號相比較 ,通過觀、聽比較結(jié)果 ,獲得被測信號的頻率 。電子計數(shù)法是根據(jù)頻率定義進行測量的一種方法 ,它是用電子計數(shù)器顯示單位時間內(nèi)通過被測信號的周期個數(shù)來實現(xiàn)頻率的測量。然后， N 將它 加到閘門的一個輸入端，閘門由門控信號來控制其關閉時間。而由晶振產(chǎn)生的 1MHz 的振蕩信號經(jīng)放大整形，形成方波，經(jīng)多個 10 分頻10s， 1s， ， ， 1ms，那么有 fx=N／ T 符合測頻定義。不難看出，采用計數(shù)器測頻的測量誤差，一方面決定于閘門時間 T準不準確，即由晶振提供的標準頻率的準確度 △ T／ T=(△ fo／ fo)；另一方面 決定于計數(shù)器計得的數(shù)準不準，即 177。1 ／ N=177。所以，計數(shù)器直接測頻的誤差主要有兩 項，即 177。測低頻時，由于 177。由于 fX 較低時，利用計數(shù)器直接測頻，由 177。所以，為了提高測量低頻時的準確度，即減少 177。 設計方案 系統(tǒng)采用 MCS—— 51單片機 8032 作為控制核心，門控信號由 8032 內(nèi)部的計數(shù)定時器產(chǎn)生，單位為 1 181。由于單片機的計數(shù)頻率上限較低 (12MhZ 晶振時約500khz)，所以需對高頻被測信號進行硬件欲分頻處 理， 8032 則完成運算、控制及顯示功能。 頻率測量模塊 高精度恒誤差測頻法 通過對傳統(tǒng)的測量方法的與研究，結(jié)合高精度恒誤差測量原理，我們設計里一種測量精度與被測頻率無關的硬件測頻電路。 頻率測量模塊 對頻率測量模塊有以下四種實現(xiàn)方法： 11 （ 1）直接測頻法 直接測頻法是把被測頻率信號經(jīng)脈沖形成電路后加到閘門的一個輸入端，只有在閘門開通時間 T（以秒計）內(nèi)，被計數(shù)的脈沖 被送到十進制計數(shù)器進行計數(shù)。增大 T 可以提高測量精度，但在低頻段仍不能滿足該題發(fā)揮部分的要求。組合測頻法是指在低頻時采用直接測量周期法測信號周期，然后換算成頻率。 （ 3）倍頻法 直接測頻法在高頻段有著很高的精度。 （ 4）高精度恒誤差測頻法 通過對傳統(tǒng)的測量方法的與研究，結(jié)合高精度恒誤差測量原理，我們設計里一種測量精度與被測頻率無關的硬件測頻電路。 以上四種方法中，倍頻法雖然在理論上可以達到很高的精度，但在低頻段，就目前常規(guī)的鎖相器件而言，鎖相電路工作性能不理想，頻率小于 looHz 時甚至不能工作 . 前三種方法本質(zhì)上都是立足于頻率基本定義，沒有擺脫傳統(tǒng)的測量方法的局限。 基于上述論證及第二部分中詳細的理論分析，我們擬選擇方法 (4)。設 T為被測周期， Ts 為時標，在 Ts期間計數(shù)值為 N，可以根據(jù)以下公式來算得被測信號周期 Tx=NTs 經(jīng)誤差分析表明，被測信號頻率越高，測量誤差越大。 (2)高料度恒誤差周期測量方法 本方法在測量電路和測量精度上與高精度恒誤差頻率測量完全相同，只是在進行計算時公式不同，用周期 T代換高精度 12 恒誤差頻率測量公式中的頻率因數(shù)即可 ,計算公式為 : Tx=(Ts 從降低電路的復雜度及提高招度上考慮、顯然方法 (2)遠好于方法 (1)，方法(2)的測量 電路完全可以使用高精度恒誤差頻率測量電路 o 脈沖信號占空比測量模塊 在進行脈沖寬度的測量時，首先經(jīng)信號處理電路進行處理，限制只有信號的 50％幅度及其以上部分才能輸入數(shù)字測量部分。 測量電路在檢測到脈沖的上升沿時打開計數(shù)器，在下降沿時關掉計數(shù)器。 測一個脈沖信號的脈寬，記其值為 Twx1；信號反相后 ,再測一次脈寬并記錄其值 Twx2,通過以下公式汁算： 占空比 =[Twx1/(Twx1+Twx2)]100% 標頻發(fā)生電路和信號處理部分 本模塊采用高頻率穩(wěn)定度和高精度的恒溫可微調(diào)的晶體振蕩器作標頻發(fā)生電路 小信號處理部分受限于寬帶放大器的性能，放大電路需要附有高速整形電路。 (1)采用分立元件 使用場效應管做輸入級，以提高輸入阻抗。由于電路復雜，要調(diào)節(jié)部分較多，且一致性差，故不采用。并且要用運放做一高速寬帶放大器，市 場上難以買到高速運放，應用受到了限制。采用高速比較器LM361 可以處理高達 10 MHz 的插入信號。 綜合考慮，本部分電路采用方案 (3)。經(jīng)最后實測，輸入靈敏度 4mV 左右，完全滿足小信號測量的需要 13 第三章 硬件電路設計 硬件的功能由總體設計所 規(guī)定，硬件設計的任務是根據(jù)總體設計要求，在選擇的機型的基礎上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設計出系統(tǒng)的電路原理圖，必要時做一些部件實驗，以確定電路圖的正確性，以及工藝結(jié)構(gòu)的設計加工、印制板的制作、樣機的組裝等。 設計單片機模塊，考慮到 單片機本身 的外圍電路較多，所以在單片機模塊方面需要極為小心。 單片機我們采用 AT89C51(其引腳圖如圖 4－ 1)，相較于 INTEL 公司的 8051它本身帶有一定的優(yōu)點。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 14 圖 41 AT89C51 引腳圖 主要特性： 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8位內(nèi)部 RAM 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明： ：供電電壓 ； 15 ：接地 ； 口： P0口為一個 8位漏 極 開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3口也可作 為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 4－ 1所示： ：復位輸入。 ：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。 16 表 41 P3口的第二功能 The second feature I P3 引 腳 第二功能 信 號 名 稱 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 串行數(shù)據(jù)接收 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 外部中斷 0請求 外部中斷 1請求 定時器 /計數(shù)器 0計數(shù)輸入 定時器 /計數(shù)器 1計數(shù)輸入 外部 RAM寫選通 外部 RAM讀選通 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。另外，該引腳被略微拉高。 9./PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時，