基于单片机的数字频率计的课程设计 1HZ-10MHZ

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1、物理与电子信息系课程设计报告课程名称： 单片机课程设计 题 目： 基于单片机数字频率计的设计 学生姓名： 谢叮咚 学 号：11417222 系 部： 物理与电子信息系 2011级 指导教师： 余 胜 职 称： 讲 师 湖南人文科技学院物理与电子信息系制目 录1.引言. . . .1 1.1 数字频率计的发展与意义. . .1 1.2 数字频率计的分类. . .21.3 频率计国内外的发展趋势. .22. 系统总体设计. . .2 2.1系统设计要求. . . .2 2.2测频方法. . . .3 2.3系统设计思路. . .3 2.4系统设计框图. . .33. 系统设计. . . .43.1

2、单片机模块. . .43.2放大整形模块. .83.3分频模块. . . .93.4显示电路. . .104. 系统软件设计. .12 4.1开始. . . .124.2初始化模块.124.3 频率测量模块和量程自动切换模块. . .134.4显示模块. . . . . . 144.5延时模块. . . . . .144.6频率计仿真. . . . .155. 总结与体会. . . .196. 参考文献. . . .207.附录A程序源代码. . . .208.附录B仿真效果图. . . .269.附录C DXP模块原理图与PCB板. . . .2710.附录D 实物调试图. . . . .2

3、8一、引言1.1 数字频率计的发展和意义随着电子技术的飞速发展，各类分立电子元件及其所构成的相关功能单元，已逐步被功能更强大、性能更稳定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外围电路构成的各种自动控制、自动测量、自动显示电路遍及各种电子产品和设备已广泛应用于各个领域，更新换代速度可谓日新月异。与传统的测量方式相比，运用了单片机频率计有着体积更小，运算速度更快，测量范围更宽和制作成本更低的优点。由于传统的频率计中有许多功能是依靠硬件来实现的，而采用单片机测量频率之后，有许多以前需要用硬件才能实现的功能现在仅仅依靠软件编程就能实现，而且不同的软件编程代码能够实现不同的功能，从而大大降低了制

4、作成本。数字频率计主要实现方法有直接式、锁相式、直接数字式和混合式四种。直接式的优点是速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。锁相式和直接数字式都同时具有容易实现产品系列化、小型化、模块化和工程化的特点，其中，锁相式更是以其容易实现相位同步的自动控制且低功耗的特点成为众多业内人士的首选，应用最为广泛。1.2数字频率计的分类按功能分类，电子计数器有通用和专用之分。通用型计数器是一种具有多种测量功能、多种用途的万能计数器，它可测量频率、周期、多周期平均值、时间间隔、累加计数、计时等。专用计数器指专门用来测量某种单一功能的计数器。 按频段分类有低速频率计数器、中速频率计数器、

5、高速频率计数器和微波频率计数器之分。其中低速频率计数器最高计数频率小于10MHZ；中速频率计数器最高频率计数频率为10到100MHZ；高速频率计数器最高计数频率大于100MHZ；微波频率计数器的测频范围为1到80GHZ或更高。1.3 数字频率国内外的发展形势数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。现如今，数字频率计已经不仅仅是测量信号频率的装置了，还可以测量方波的脉宽。在人们的生产生活中数字频率计也发挥着越来越重要的作用，比如有数字频率计来监控生产过程，这样可以及时发现系统运行中的异常情况，以便给人们争取时间处理。 除此之外，它还可以应

6、用于工业控制等其它领域。在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速地跟踪捕捉到被测信号的频率变化。正是由于频率计能够快速准确地捕捉到被测信号频率的变化，因此频率计拥有非常广泛的应用范围。目前，市场上的频率计厂家可分为三类：中国大陆厂家、中国台湾厂家、欧美厂家。其中，欧美频率计厂家所占有的市场份额最大。欧美频率计厂家主要有：Pendulum Instruments 和 Agilent科技。 现如今，对于频率计的设计目前也有专用芯片可以实现，如利用MAXIM公司的ICM7240来设计频率计，但由于

7、这种芯片的计数频率比较低，远不能达到在一些场合而要测量很高的频率要求，而且测量精度也受到芯片本身的限制，因此提出用AT89C52单片机设计频率计来解决这些问题，从而实现高精度，宽范围测量的频率计的设计。二、系统总体设计2.1 系统设计要求本课题设计技术要求： 1、用十进制数字显示被测信号的频率，能测量正弦信号、方波信号、尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。2、能测量周期性正弦方波信号.测量范围100Hz100kHz。测量正弦信号、方波信号,测量范围100Hz100kHz。 3、应用单片机为主控芯片，完成算术运算和控制功能，并采用LED数码管显示所测频率。2.2 测频方法本次课程设计采

8、用脉冲定时测频法和脉冲分频测频法测周法:在频率、速度等脉冲类测量过程中，采集指定的脉冲个数，与过程时间比较来测定频率、速度。这样的采样方式就是定数采样或定脉冲采样。这种方法其实是测量单个脉冲的周期或指定个数脉冲的总周期。测频法:在频率、速度等脉冲类测量过程中，在指定的时间内，计量脉冲个数，让脉冲个数与指定的时间比较来测定频率、速度。这样的采样方式就是定时采样。这种方法其实是测量单位时间的脉冲个数。2.3 系统设计思路以单片机AT89C52单片机为核心，设计一种数字频率计，它由放大整形电路、分频电路、多路选择器、单片机、显示电路等组成，应用单片机中的定时/计数器和中断系统等完成频率的测量。在整个

9、设计过程中，放大整形电路是把非矩形波转化成矩形波，这样单片机才能识别；分频电路是为了测量更高频率的信号，多路数据选择器是用来选择输入信号的；单片机用来测量频率和切换量程等；显示电路用来显示频率值。所制作的频率计采用外部十分频，实现1Hz10MHz的频率测量，而且可以实现量程自动切换，通过四位数码管显示频率值，再用不同的LED发光二极管显示频率值的单位。2.4 系统设计框图本课题设计以单片机为核心，设计一种数字频率计，应用单片机中的定时器/计数器和中断系统等完成频率的测量。其中包括放大整形模块、分频模块、单片机模块、显示模块等。图1 频率计总体设计框图三、系统硬件设计根据系统设计的要求，频率计实

10、际需要设计的硬件系统主要包括以下几个部分：单片机模块、放大整形模块、分频模块及显示模块，下面将分别给予介绍。3.1 单片机模块以AT89C52单片机为控制核心，来完成对待测信号的计数、译码和显示以及对分频比的控制，利用其内部的定时计数器完成待测信号频率的测量。单片机AT89C52内部具有3个16位定时计数器，定时计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。3.1.1 AT89C52介绍AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL

11、公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。图2 PDIP封装的AT89C52引脚图3.1.2 单片机引脚分配根据系统设计及各模块的分析得出，单片机的引脚分配如下表所示。表1 单片机端口分配表模 块端口功能显示模块P1.0-P1.3、P0.0-P0.7数码管频率值显示P2.4-P2.6LED单位显示分频模块P3.4、P3.5通道选择P2.3清零复位模块RST、EA复位3.1.3 复位电路有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，因此在程序开发过程中需要复位。本次设计采用手动复位，通