基于单片机的弱信号过零检测测频系统仿真设计

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1、....摘要本文主要论述了基于单片机的微弱信号的过零检测的实现。随着无线电技术的发展与普及，频率已经成为广大群众所熟悉的物理量。传统的频率计通采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。频率信号抗干扰性强、易于传输,可以获得较高的测量精度。同时频率测量方法的优化也越来越受到重视。并采用单片机和相关硬软件实现。而单片机的出现，更是对包括测频在内的各种测量技术带来了许多重大的飞跃，然而，小体积、价廉、功能强等优势也在电子领域占有非常重要的地位。为此，本文给出了一种以单片机为核心的频率测量系统的设计方法，实现了

2、在一定误差范围内利用过零检测实现对给定信号频率的测量。过零检测法即利用信号的数学特性(信号在一个周期内有两个零点)和利用模拟元器件的物理特性(信号过零时产生不同于非过零时的电平)从而通过单片机记录这个信号，并由单片机计算出信号的频率输出给显示设备。关键词：过零检测；测频系统；单片机系统学习参考....目录1绪论12设计任务22.1课程设计的目的及意义22.2课程设计任务与要求22.3实验器材22.4课程设计技术指标23低频弱信号测频系统工作原理33.1低频弱信号测频系统概述33.2低频弱信号测频系统原理33.2.1原理基本构造图33.2.2电路仿真原理图33.3三极

3、管放大原理43.4三极管电子电子开关53.5改良型电子开关64低频弱信号测频系统参数计算和器件选择84.1参数计算84.2元器件清单84.3单片机最小系统94.3.1晶振电路94.3.2AT89C51单片机复位电路105低频弱信号测频系统源程序115.1程序流程图设计115.2源程序设计125.2.1程序总体分析125.2.2TCON寄存器初值设定125.2.3TMOD寄存器初值设定125.2.4IE寄存器初值设定135.2.5程序源代码14学习参考....6低频弱信号测频系统调试及测试结果与分析176.1实验调试176.2实验结果17总结18致谢19参考文献20学

4、习参考....1绪论微弱信号（无噪声）的单片机测频系统分为三部分。第一为信号放大部分，第二为信号转换部分，第三为信号处理部分。信号放大部分对输入信号进行放大，使得信号能被后续电路所识别和处理，此部分由两个三极管作为放大电路，一个三极管的放大倍数β=5，经过两级放大继而推动后续处理电路。信号转换部分对前级放大的信号进行转换为后级单片机能处理的信号。此部分由一个桥式整流电路连接一个三极管组成。桥式整流电路对信号进行整流使信号没有负向电流（电压），全为正向电流（电压），当信号出现不出现零点时，使得三极管导通，三极管输出低电平，当信号产生零点时，三极管输出高电平。此高低电平

5、即为单片机能处理的信号。信号处理部分即为单片机最小系统加数码显示屏组成。单片机对前级输出的高低电频进行处理，频率即为1S内信号周期变化的次数，据此可在1S内测定信号的过零点即为信号的频率。之后由单片机计算并查表输出所得数据的百十个位和小数点给数码显示屏，数码显示屏利用动态扫描的方式显示频率。动态显示方法输出数码，利用人眼的停留效果和数码管的“余辉”作用实现功能。轮流点亮数码管（一个时刻内只有一个数码管是亮的），利用人眼的视觉暂留现象（也叫余辉效应），就可以做到看起来是所有数码管都同时亮了，这就是动态显示，也叫做动态扫描。只要刷新率大100Hz，即刷新时间小于 10m

6、s，就可以做到无闪烁，这也就是我们的动态扫描的硬性指标。学习参考....2设计任务2.1课程设计的目的及意义（1）了解过零检测方法及原理；（2）熟练掌握单片机的基础工程应用；（3）培养自我学习和设计的能力。2.2课程设计任务与要求（1）认真分析和领会课程设计题目含意，查阅和运用相关技术资料，提倡独立思考，锻炼动手能力；（2）仔细观察实验现象，认真做好实验记录，要准确、规范、独立地完成实验内容,自觉培养严谨求实的科学作风；（3）认真完成课程设计论文（应包含电路图、元器件清单、仿真调试及验证结论、设计总结等内容）。2.3实验器材1.PC；2.Proteus仿真软件。2.

7、4课程设计技术指标输入信号幅度：27mV,测频范围：0～27×10Hz，显示精度为小数点1位。学习参考....3低频弱信号测频系统工作原理3.1低频弱信号测频系统概述对于低频弱信号的测频首先对弱信号进行放大，使信号能推动后级电路并且能被单片机系统处理。进而利用三极管作为一个电子开关（三极管导通时集电极为低电平，当三极管截止时，可把三极管看做一个大电阻，集电极输出高电平），输出单片机能识别的高低电平，此高低电平的输出跟信号的过零点成正比关系，即信号非过零时就输出低电平，当信号过零时输出高电平。单片机对高电平的次数进行统计得到信号的变化频率从而得到信号的频率。3.2