单片机课程设计量程自动转换测量仪

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1、湖南人文科技学院课程设计报告课程名称:单片机原理及应用课程设计设计题目：量程自动转换频率计系别：通信与控制工程系专业：通信工程班级：学生姓名:朱飞宇学号:06416129起止日期:2009年6月8日~2009年6月19日指导教师:教研室主任：谢四莲指导教师评语：指导教师签名：年月日成绩评定项目权重成绩1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总成绩教研室审核意见：教研室主任签字：年月日教学系审核意见：主任签字：年月日摘要本设计是一种基于STC89C5

2、2单片机开发的频率自动转换测量仪的设计。系统以单片机STC89C52及可编程逻辑器件为核心，构成完备的测量系统。可以对20Hz～20kHz频率范围的信号进行频率、相位等参数的精确测量，测相绝对误差不大于1°；采用数码管显示被测信号的频率、相位差。硬件结构简单，软件采用汇编语言实现，程序简单可读写性强，效率高。与传统的电路系统相比，其有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。关键词：STC80C52自动转换可编程逻辑器件单片机目录设计要求21方案论证与对比21.1方案一21.2方案二31.3方案对比与选择32单元电

3、路设计与计算42.1放大电路的设计42.2整形电路的设计42.3分频电路的设计52.4分频控制电路设计53系统软件工作流程图63.1系统工作流程64系统功能测试与整体指标85详细仪器清单86总结与思考及致谢10参考文献11附录一：放大整形分频控制电路PCB板12附录二：74HC390分频电路PCB板图13附录三：程序14量程自动转换频率计设计要求利用单片机作为控制核心，完成一个量控可以自动转换得频率计。具体要求如下：基本部分：(1)检测输入信号的频率，自动选择量程进行测量。(2)测量精度达到0.1HZ，频率测量

4、范围为20KZ~20KHZ。(3)可以测量的信号在0.1V~5V。(4)在数码管上显示测量的频率值。扩展部分：被测频率测量范围为20HZ~10MHZ，检测输入信号的频率，自动选择量程进行测量。1方案论证与对比1.1方案一系统如图1所示。17图1方案一系统方框图该方案。。。。。。。。。缺点。1.1方案二本设计以89C52单片机和可编程逻辑器件（CPLD）为核心，构成低频信号频率相位测量仪；频率、相位测量电路由阻抗变换电路、整形电路、分频电路、计数器电路、锁存器、数据处理和显示电路等组成，可对20Hz~20kHz信

5、号进行频率和相位测量。单片机系统是整个硬件系统的核心，他既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器，并完成对最终显示的控制。原理框图如图2所示：图2方案二系统方框图1.2方案对比与选择以上方案。。。。。。。。。。。。显然采用方案二比较便于设计，并且精确度也高些。171单元电路设计与计算2.1放大电路的设计根据设计要求芯片特点：电流反馈型宽带运放，其单位增益带宽很宽，高达140MHZ。注意要点：应注意电路中各电阻电容应紧密靠近AD811的相应引脚，去耦电容必不可少。特意加了两个隔直电容，以便滤除直流的影响。整个系统

6、单电源供电，提高稳定性。放大倍数计算公式：Vin=Vout*R4/(R13+R4)即Vout/Vin=(R13+R4)/R4=(510+51)/51=11。如图4所示：图3放大电路原路图我们采用。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。Vin=Vout*R4/(R13+R4)即Vout/Vin=(R13+R4)/R4=(510+51)/51=11。2.2整形电路的设计17单片机只能检测到方波信号，为了能测量方波以外的信号。我们设计了整形电路，通过比较器LM339对信号进行整形编程方波信号。整形电路的原理图

7、如图5所示：注意要点：加入正反馈电阻构成迟滞比较器。如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。原理图如图5所示图4整形电路原理图2.1分频电路的设计为了能达到扩展部分的要求被测频率要达到10MHZ,故要对其进行分频，SN74HC390是高速分频器件，最高分频频率为50MHz。每片SN74HC390可实现100分频，采用两片串联，可实现对信号的1000分频，经分频后的数字信号频率较低，约8kHz以下，可由单片机直接计数。分频电路如图6示。

8、电路如图6示：图574C390分频电路2.2分频控制电路设计17单片机不能检测高频信号，为了满足设计要求中的能测量10MHZ的信号，我们设计了分频电路。并且为了满足自动换挡的要求，我们选用模拟开关CD4051对信号进行分频的倍数的控制。CD4051真值表如左图示，分频控制电路如右图示。电路如图7示：图6CD4051分频控制电路2系统软件工作流程图3.1系统工作流程频率计由单片机89C5