1、四川理工学院毕业设计基于单片机的数字频率计设计(创新的自动选当功能)四川理工学院毕业设计2基于单片机的数字频率计设计摘 要：一个基于单片机的数字频率计设计，系统硬件主要包括整形电路（由 74LS00 斯密特触发器组成） ，分频器 74LS161、多路选择器 74LS151、与非门 74LS00 组成的分频模块，控制电路（由 AT89C52 单片机组成） ， LED 数码管和显示电路。能根据输入信号自动切换量程，可以测量方波、三角波及正弦波等多种波，结构简单，操作方便，价格低廉，适用于日常生活和生产、计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域。 关键词：单片机；数字频率计；定时器；计数；测量；AT
2、89C52四川理工学院毕业设计3Design of digital frequency meter based on single chip microcomputerAbstract：The hardware system includes shaping circuit (consisting of 74LS00 Schmitt trigger), frequency module frequency divider 74LS161, 74LS151, 74LS00 MUX NAND gate, control circuit (composed of AT89C52 single chi
3、p computer), LED digital tube and display circuit. The software includes control of the main program and interrupt service subroutine, digital transformation procedures and display program. According to the input signal automatic switching range, can be measured in square wave, triangular wave and s
4、ine wave, wave, simple structure, convenient operation, low price, suitable for daily life and production, computer, communications equipment, audio video and other fields of scientific research and production.Keywords: single chip microcomputer; digital frequency meter; timer; counter; measurement;
5、 89C52四川理工学院毕业设计4目 录第 1 章 引言 .11.1 数字频率计的发展和意义 .11.2 数字频率国内外的发展形势 .11.3 本章小结 .2第 2 章 系统总体设计 .42.1 系统设计要求 .42.2 测频方法 .42.3 系统设计思路 .52.4 系统设计框图 .52.5 本章小结 .6第 3 章 系统硬件设计 .73.1 单片机模块设计 .73.1.1 AT89C52 介绍 .73.1.2 单片机引脚分配 .83.1.3 复位电路 .83.1.4 定时/计数器 .93.2 电源模块设计 .103.2.1 电源变压器 .113.2.2 整流电路 .113.2.3 滤波电路
6、 .123.2.4 稳压电路 .123.2.5 电源模块原理图 .123.3 放大整形模块设计 .133.3.1 与非门 74LS00 .133.3.2 放大整形模块原理图 .133.4 分频模块设计 .143.4.1 分频器 74LS161 芯片 .153.4.2 多路选择器 74LS151 芯片 .153.4.3 分频模块原理图 .163.5 显示电路设计 .173.5.1 频率数值显示电路 .183.5.2 频率数值单位显示电路 .183.6 整机电路流程 .193.7 本章小结 .19第 4 章 系统软件设计 .204.1 系统流程图 .214.2 初始化 .224.3 频率测量模块和
7、量程自动切换模块设计 .224.4 显示模块设计 .25四川理工学院毕业设计54.5 延时模块设计 .284.6 本章小结 .28第 5 章 系统仿真及数据分析 .295.1 电源模块仿真 .295.2 放大整形电路仿真 .295.2.1 仿真软件 MULTISIM 10.0 仿真整形电路 .295.2.2 仿真放大整形电路 .305.3 频率计仿真 .325.3.1 使用 KEIL 软件编程 .325.3.2 使用软件 Proteus 仿真频率计 .325.4 本章小结 .38第六章、结论 .39致谢 .40参考文献 .41附录 1 原理图 .42附录 2 Pcb 电路图 .43附录 3 元
8、件清单 .44附录 4 程序源代码 .45附录 5 仿真效果图 .53四川理工学院毕业设计1第 1 章 引言1.1 数字频率计的发展和意义随着电子信息技术的飞速发展，各种离散的电子元器件及其相关的功能单位。正逐渐使用功能更强大，性能更稳定，更方便的集成芯片来替代。由集成芯片和一些外围电路组成的各种自动控制，自动测量，自动显示电路工作在各种电子产品和设备中。他们已被广泛用于各种领域中，更新的速度之迅猛！在广泛的电子系统领域中，处理离散信息的数字电路无处不有。比如消费者使用的冰箱和电视，航空通信系统，交通管制雷达系统，院前急救系统等等设计过程中都采用数字技术。数字频率计是测量设备系统测量仪器中不可
9、缺少的现代化的仪器。不仅要求电路产生高频信号的准确和稳定性，还要求可以方便地改变频率。与传统测量方法相比，使用单片机的频率计具有体积更小，更快的计算速度快，测量范围宽，和生产成本较低的优势。由于传统的频率计的众多功能是依靠硬件实现，而使用单片机的频率测量。以前很多需要使用硬件实现功能的地方，现在依靠软件编程可以做到。用不同的软件编程代码来实现不同的功能，这会大大降低生产成本。数字频率计的实现方法主要有直接式，锁相式，直接数字和混合式四个。直接式的优点是速度快，低相位噪声，但结构复杂，更杂散，一般只用在地面雷达。直接数字和锁相式类型都容易实现产品的系列化，小型化，模块化和工程化特点。其中的相位锁
10、定类型以它容易实现全自动控制的相位同步和低功耗的特点成为行业的第一选择，使用最广泛。1.2 数字频率国内外的发展形势数字频率计在国际上的分类很多。在按照功能的分类中，可以被划分成一般的和特殊的电子计数器。一般用途的的计数器意思是一钟有多种测量功能和多钟用途的普遍计数器，他可以可以测量周期、多-周期的平均值、时间间隔、累加的计数、计时和频率等。专用的计数王起槐：基于单片机的数字频率计2器被设计用来衡量某一钟单一功能的计数器。按照频段分类，有低速的频率计数器，中速的频计数器，高速的频率计数器及微波频率计数器 12。其中，低速频率计数器的计数频率最高是低于 10MHz的。中速频率计数器频率计数的最高
11、频率是 10 至 100MHZ。高速频率计数器频率的最高计数的是大于 100MHz 的。微波频率计数器测量的频率范围是 1 至80GHz 的或更高。在“数字体电路制造业”的快速发展下，系统设计人员能够实现在一个较小的的空间内的更多的功能。大大提高系统的可靠性和速度。时至今日，数字频率计可以测量信号的频率，也可以测量的方波的脉冲宽度。在人们的日常的生活和生产中，数字频率计的还起着更重要的的作用。如用数字频率计来监察生产过程，在这种情况下你可以及时发现操作系统的异常现象，以争取时间来处理问题。此外，它可以应用于工业控制等领域。常规的电子频率测量仪，比如示波器，它的测量精度是比较低的，误差是比较大的
12、。比如频谱分析仪，它可以准确测量信号的频率然后显示信号的频谱，但是量测速度缓慢，无法是实时的快速的捕捉信号的变化。然而频率计却能够快速和准确地捕捉被测信号的频率的所有变化，频率计可以被应用在很多地方。在目前的市场，频率计制造商可以被划分为三类：中国大陆生产商、中国台湾生产商、欧美生产商，其中频率计最大的制造商在欧美。频率计制造商在欧洲和美国的主要有摆锤仪器和安捷伦科技公司。如今，频率计的设计在专用的芯片上可以被实现，如使用 MAXIM 封装内的ICM7240 频率计数器。但是该芯片的计数频率是非常低的，远远不能达到在某些情况下的高频率的要求，而且精确度也受芯片本身的局限。因此本文提出用AT89
13、C52 微控制器设计频率计，作为解决这些问题的办法，设计出高精度、测量频率广泛的频率计1.3 本章小结使用单片机的频率计具有体积更小，更快的计算速度快，测量范围宽，和生产成本较低的优势。由于传统的频率计的众多功能是依靠硬件实现，而使用单片四川理工学院毕业设计3机的频率测量。以前很多需要使用硬件实现功能的地方，现在依靠软件编程可以做到。用不同的软件编程代码来实现不同的功能，这会大大降低生产成本。在现在和未来这种频率计都是社会上的主流频率计。王起槐：基于单片机的数字频率计4第 2 章 系统总体设计2.1 系统设计要求本课题设计技术要求：1.测量范围 1HZ2MHZ；2.用四位数码管显示测量值；3.
14、能根据输入信号自动切换量程；4.可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形。2.2 测频方法在测量速度、频率等脉冲类信号的脉冲数时，与过程的时间比来确定频率、速度，这种采样方式称为定数采样或固定脉冲采样。事实上，这种方法是一种单脉冲周期或指定数量的脉冲周期的测量方法，也被称为测周法。测量过程中，在指定时间内的脉冲个数，使脉冲个数和指定的时间比较测量的频率、速度。这样的采样方式就是定时采样。事实上，这种方法是测量单位时间内的脉冲数，此测量脉冲的方法也被称为测频法。测量频率的方法有以下几种：（1）脉冲数定时测频法（M 法）：记录在确定时间里待测信号的脉冲个数。其特点是：测量方法简单；测量精度与待测信号频率和门控时间有关，当待测信号频率较低时，误差较大。 （2）脉冲周期测频法（T 法）：在待测信号的一个周期里记录标准频率信号变化次数。此法低频检测时精度高，但高频检测时误差较大。 （3）脉冲数倍频测频法（AM 法）：此法是为克服 M 法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过 A 倍频，把待测信号频率放大 A 倍，以提高测量精度。其特点是待测信号脉冲间隔减小，间隔误差降低；低频测量精度比 M 法高A 倍，但控制电路较复杂。 （4）脉冲数分频测频法（AT 法）：此法是为了提高 TC 法高频测量时的精度而发展起来的。由于 TC 法测量时要求待测信号的周期不能太短，所以可通过
