基于51单片机的频率计.docx

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1、2016年浙江理工大学电子设计大赛设计报告简易数字频率计（B题）2016年3月30日摘要：频率测量用途非常广泛，高精度，宽量程的数字频率计因而成为重要的测量仪器。本设计采用先放大整形，再分频选择，产生信号给单片机显示的原理，从而能能减少一些干扰，提高输出波形的纯净度，减小误差。放大模块采用低噪声，精密，高速运动放大器OP37芯片，整流部分采用LM311芯片，采用两个反相器，使波形更稳定，反相器用的是芯片74LS00.考虑到单片机能承受的频率达不到我们预期想要的高频率，所以采用分频模块，并采用选择器

2、进行调节分频的程度。分频模块采用三块74LS160，数据选择器用74LS153芯片。最后把信号输出到单片机，采用单片机1602显示屏的显示功能显示出所测频率的大小，实现了高精度的频率测量。关键词：高精度频率测量放大整形分频选择单片机1602显示OP37LM31174LS系列。简易数字频率计（B题）1.系统方案本系统主要由放大模块，整形模块，分频模块，控制模块，显示模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1方案论证1.1.1总体方案的论证方案：采用中小规模的数字电路构成频率计，为了提高抗干扰能力

3、，统一将万能板刻成了PCB板并调试成功。放大整形反向模块为了得到纯净的方波信号，分频模块采用与数据选择器结合达到调节十分频，百分频，千分频的控制效果。方案设计简单，而且采用PCB板，比较美观，抗干扰能力高，误差不大，小于0.1%。1.1.2放大方案的论证方案：采用OP37高精度低噪声的芯片，整体上比一般的OP07新芯片有很大的优化提升。OP37不仅具有OP07的低失调电压和漂移特性，而且速度更高、噪声更低。在增益大于5的应用中用OP37可取代OP07。所以本实验适宜采用OP37。1.1.3整形方案

4、的论证方案：采用LM311电压比较器设计运行在更宽的电源电压：从标准的±15V运算放大器到单5V电源用于逻辑集成电路。1.1.4显示方案的论证方案：采用STC89C51单片机与1602显示屏结合，通过单片机的代码接受外部中断，即已经被放大整形反向并分频的信号，又通过单片机在1602显示屏将信号以频率形式呈现，达到直观的测量频率的目的。1.电路与程序设计2.1电路的设计2.1.1系统总体框图系统总体框图如下图所示，系统主要由放大电路，整形电路，分频电路和STC89C51单片机组成。放大电路负责放大信

5、号，整形电路负责把放大后的信号变换成标准的矩形波信号，使之成为单片机能够检测到的信号。被测信号放大整形反向单片机分频选择开关1602显示屏1.1.2放大电路方案放大电路采用OP37高速放大器。增益带宽积为63MHz，可以在高频下仍然保持比较平稳的放大倍数，符合题目要求的发挥部分。根据运放增益的公式Aod=(R3/R1)，可得电路的放大倍数。1.1.3整形电路方案整形电路采用基本的芯片基本电压比较器LM311。芯片基础性能强，适用性高。2.2程序的设计2.2.1程序设计思路以T0计数器计数，程序主要

6、完成对输入信号和标准号个数的测量、测量输入信号高电平和低电平。单片机主要完成对程序的控制、计算和显示相关信息及进行人机交互，并通过1602显示屏显示。3测试方案与测试结果3.1测试方案(1)软件仿真测试通过multisim和AD等仿真软件进行仿真并搭建电路，设计PCB电路板，然后进行实际电路搭建和焊接。(2)硬件测试依次进行放大电路和整形电路测试，然后进行分频和选择测试，最后和单片机连接进行显示测试，最后整体测试。确保放大模块整形模块以及分频模块都能够满足使用需求。3.2测试条件和仪器测试条件：检

7、查多次，仿真电路和硬件电路必须和系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路确认无虚焊等问题，能正常工作。测试仪器：高精度万能表，信号源，示波器，数字直流稳压源。3.3测试结果与分析3.3.1频率和周期测量被测信号频率（HZ）实际测得频率（HZ）实际测得周期（us）20k20.13k50.0030k30.21k33.3340k40.18k25.0050k50.45k20.0082k82.30k12.50100k100.10k10.00150k150.10k6.66200k200.10k5.00230

8、k230.20k4.34270k270.20k3.70300k300.20k3.33400k400.20k2.50500k500.30k2.00600k600.40k1.66700k700.50k1.42800k800.60k1.24900k900.60k1.101M1001k0.992M2001k0.493M3002k0.334M3998k0.245M4997k0.20通过以上数据可得，放输入信号频率有效值为1HZ~5MHZ，实际测量值与测量值的相对误差都是<0.1%，符合题目要