单片机课程设计-数字频率计

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1、目录引言-1-1．设计方案及原理-2-2．单片机选型及硬件配置-3-2.1单片机及扩展模块选择-3-2.2I/O地址分配-4-2.3系统硬件原理图-4-3.软件实现-6-3.1控制流程图-6-3.2程序调试-6-3.3设计结果-7-3.4结果分析-7-心得体会-8-参考文献-9-附录-10--14--14-引言随着电子信息产业的发展，信号作为其最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。随着单片机技术的发展和成熟，用单片机来作为一个电路系统的控制电路逐渐显示出其无与伦比的优越性。因此本论文采用单片机来作为

2、电路的控制系统，设计一个能测量高频率的数字频率计。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602ALCD显示器动态显示6位数。测量范围从1Hz—10kHz的

3、正弦波、方波、三角波，时基宽度为1us,10us,100us,1ms。用单片机实现自动测量功能。-14-1．设计方案及原理基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，通过单片机的定时与计数功能可以实现，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲

4、信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。频率测量仪的设计思路主要是：对信号分频，测量一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频率的大小。若被测量信号的周期为，分频数m1，分频后信号的周期为T，则：T=m1Tx。由图可知：T=NTo（注：To为标准信号的周期，所以T为分频后信号的周期，则可以算出被测量信号的频率f。）。由于单片机系统的标准频率比较稳定，而是系统标准信号频率的误差，通常情况下很小；而系统的量化误差小于1，所以由式T=NTo可知，频率测量的误差主要取决于N

5、值的大小，N值越大，误差越小，测量的精度越高。-14-2．单片机选型及硬件配置2.1单片机及扩展模块选择本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机80C51，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。可分为以下几个模块：放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、LCD显示模块。各模块关系图如图2.1所示：放大整形数字信号处理8051频率输出LCD显示器图2.1数字频率计功能模块1.信号调理及放大整形模块放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。它将正弦输入信号Vx整形成同频率方波Vo,幅值过

6、大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以避免波形失真。由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。同相输入的运算放大器的放大倍数为（R1+R2）/R1，改变R1的大小可以改变放大倍数。系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到闸门以便计数。由于输入的信号幅度是不确定、可能很大也有可能很小，这样对于输入信号的测量就不方便了，过大可能会把器件烧毁，过小可能器件检测不到，所以在设计中采用了信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、放大限幅和整形。2.时基信号产生电路CD4013------双上升沿D触发器，CD4013由两个相同的、相互

7、独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据置位复位时钟输入和Q及Q非输出。此器件可用作移位寄存器，且通过将Q非输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位或复位线上的高电平完成。3.显示模块-14-1602基本技术的主要功能：（1）40通道点阵LCD驱动；（2）可选择当作行驱动或列驱动；（3）输入/输出信号:输出,能产生20×2个LCD驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1∽V6)；（4）通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。2.2I/O地址分配程序开始0

8、000HT0中断入口000BHT1中断入口001BH程序入口0030H2.3系统