数字频率计课程设计_单片机

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1、各专业全套优秀毕业设计图纸数字频率计摘要：随着电子信息产业的不断发展，信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行较慢，而且测量频率的范围较小。考虑到上述问题，本论文设计一基于单片机设计频率计。首先，我们把待测信号经过放大整形，然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数，获的频率值，最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的频率计的设计方案，选择了实现系统的各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。关键字：单片机；频率计；测量；脉冲定时测频法1.总

2、体方案设计1.1方案介绍方案1：本方案以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数，利用数码动态扫描进行频率显示，其实现原理框图如1-1所示。图1-1方案1原理框图方案2：本方案主要以数字器件为核心，主要由时基电路、逻辑控制电路、放大整形电路、闸门电路、计数电路、锁存电路和译码显示电路七大部分组成。其原理框图如图1-2所示。117图1-2方案2原理框设计思路：利用施密特触发器将边缘缓慢变化的周期性信号如正弦波、三角波或任意形状的模拟信号变换成同频率的矩形脉冲。通过MCS-51系列单片机内部的两个十六位定时/计数器测量某段时间内的外加脉冲数，经过处理并通过

3、数码管直接显示出所加信号的频率。单片机内部的T0用来定时，T1用来计数（下降沿触发）。当来一个计数脉冲则计数一次。在T0开始定时的同时，T1开始计数；T0定时1s时间到时，T1停止计数。数字频率计系统设计共包括五大模块：放大整形模块、分频模块、多路数据选择模块、单片机控制模块、数码管显示模块电路设计：17原理图：1.2方案论证和选择17方案1：本方案主要以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测得正弦波或者三角波为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出

4、的频率数据送到显示电路显示。方案2：本方案使用大量的数字器件，被测量信号放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率于被测信号的频率相同。同时时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率FX=NHZ。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，是显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。比较以上两种方案可以知道，方案1得核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，调试简单只

5、要改变程序的设定值则可以实现不同频率范围的测试能自动选择测试的量程。与方案1相比较方案2则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。如要测量高频的信号还需要加上分频电路，价格相对高了点。基于上述，所以选择了方案1。2.系统硬件设计2.1一般数字式频率计的原理数字式频率计是测量频率最常用的仪器之一，其基本设计原理是首先把待测信号通过放大整形，变成一个脉冲信号，然后通过控制电路控制计数器计数，最后送到译码显示电路里进行显示，其基本构成框图如图2-1所示。图2-1频率计原理框图172.2频率计方案的概述本频率计的设计以STC89C52单片机为核心，利用它内部的定

6、时/计数器完成待测信号周期/频率的测量，单片机STC89C51内部具有2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。在定时器工作方式下，在被测时间间隔内，每来一个机器周期，计数器自动加1，这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在计数器工作方式下，加至外部引脚的待测信号发生从1到0的跳变计数器加1，这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入在每个机器周期被采用一次，这样查测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期，所以最大计数速率为时钟频率1/24。定时/计数器的工作有运行控制位TR控制，当TR置

7、，定时/计数器开始计数：当TR清0，停止计数。本设计终合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。例如打要求频率测量结果为3位有效数字，这时如果待测信号的频率为1HZ，则计数闸门宽度必须大于1000S。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求，把测量工作分为两种方法：（1）当待测信号的频率>100HZ时，定时/计数器构成为计数器，以机器周期为基准，由软件产生计数闸门，计数闸门宽度>1S时，即可满足频率测量结果为3位有效数字。（2）当待测信号的频率<100HZ时，定时/计数器构成为定时器，由频率计的处理电路把待测信号变成方波，方波宽度等于待测信号的周期。这时用方波做