单片机课程设计报告---频率计

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1、单片机系统课程设计报告专业：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：2011年11月10日目录1设计任务和性能指标11.1设计任务11.2性能指标12设计方案12.1任务分析12.2方案设计13系统硬件设计23.1单片机的最小系统23.2信号整形电路设计33.3分频电路设计43.4LCD液晶显示54系统软件设计64.1主程序设计65调试及性能分析85.1调试分析85.1.1软件调试85.1.2硬件调试85.1.3系统功能调试85.2性能分析96心得体会9参考文献11附录1系统原理图12附录2程序清单131设计任务和性能指标1.1设计任务频率计是我们经常会用到的仪器之一，通

2、常用来测量信号的频率或周期，与编码器配合也可用来测量旋转机械设备的转速。用单片机的定时/计数器功能可以实现频率计的数字化、智能化，通过合理的硬件设计和软件编程使测量精度达到实用化要求。1.2性能指标（1）测量频率范围10Hz～1MHz，量程可自己选择。（2）精度：1%。（3）被测信号可以是方波。（4）显示方式为4位十进制数显示。2设计方案2.1任务分析频率的测量实际上就是在1秒时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。用单片机设计频率计通常可采用两种方法：一是使用单片机自身的计数器对输入脉冲进行计数即得到频率值，或对输入脉冲进行周期测量，这种方法只能测量频率低于单片机

3、时钟频率1/24以下的信号；二是在单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取，这种方法适合于测量频率较高的场合。由于本设计中的频率范围较大，这时可结合分频电路等实现。2.2方案设计15按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由信号预处理模块，分频模块，测频模块和显示模块共四个模块组成，电路系统构成框图如图2。主控芯片使用51系列AT89C51单片机⑴信号预处理电路信号预处理电路中的放大器三极管实现对待测信号的放大，降低对待信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路带有施密特触发器的反向器7414把放大器生成的单向脉冲变换成与TTL/CMOS电平相兼容的

4、方波⑵分频电路分频电路的作用是将高频率通过级联的计数器，对高频信号分频，将分频后的频率信号通过数据选择器输出端输出，输入到测频电路的信号输入端⑶测频电路分频电路的信号输入到以单片机89C51为核心的测频电路中，通过单片机的2个16位定时器/计数器，测量频率信号的频率⑷测频电路的设计方案待测信号频率较低时，可以选择定时的方式测量频率，定时器/计数器T0设置成计数方式，测量待测信号两个高电平之间的占空比，即半个周期的大小，计算得f=1000000/(2*计数器值)待测信号频率较高时，可以选择计数的方式测量频率，将定时器/计数器T0设为定时器方式，定时器/计数器T1设为计数

5、方式，T0为闸门时间，记录T0所设定时间内，计数器T1记录的数值。如T0定时1秒，T1计数值为M，则所测频率为f=M3系统硬件设计3.1单片机的最小系统ATMEL公司生产的AT89C51单片机它是硬件电路的核心部分，时钟电路晶振使用12MHz，复位电路采取按键复位方式。具体连接图3.1和图3.2。图3.1单片机系统的时钟电路15图3.2单片机系统的复位电路3.2信号整形电路设计信号整形电路如图所示，主要由含有施密特触发器的反相器7414和放大器构成，当输入信号为零或负电压时，三极管截止，输出高电平；当输入信号为正电压时，三极管导通，输出电压随着输入电压的上升而下降。零

6、偏置放大器把如正弦波这样的正负交替波形变化为单向脉冲，这使得频率计既可以测量方波的频率，也可以测量正弦波的频率。放大器实现了对小信号的测量。带施密特触发器的方向器7414用于把放大器生成的单向脉冲变换成与TTL/CMOS电平相容的方波。电路接线图如图3.3。图3.3信号整形电路原理图3.3信号分频电路设计分频电路主要由3块74HC4017和数据选择器74151构成.1574HC4017是十进制同步计数器，上一级输出的方波加到4017的CLK，当从4017的CO输出可以实现十分频，多个4017级联可以扩展分频范围，输出为对称方波，方波宽度等于待测信号的周期，从而为测量信

7、号周期提供基础。接线图如3.4图3.4信号分频电路图3.4频率测量电路频率测量电路由89C51作为信号的处理核心，如图所示：15图3.5频率测量电路3.5LCD液晶显示显示采用字符/图形点阵LCD模组——SMC1062A系列SMC1062A的特性：电参数(VDD=5.0V10%,VSS=0V,Ta=25)显示内容16字符x2行字符点阵5x8点驱动方式1/16DJHD162A模块的管脚：12345678910111213141516VSSVCCVEERSR/WED0D1D2D3D4D5D6D7BLABLK工作时序：图3.6SMC1062A的工作时序图1