智能仪器课程设计——智能频率计设计

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1、电子仪器综合课程设计报告题目智能数字频率计学院(部)信息工程学院专业电子信息工程班级学生姓名学号2012.02.20至2012.03.04共2周指导教师(签字)：王选民、郭晨-22-一、课设题目：智能频率计设计二．技术指标:测频的范围是1Hz~1MHz三．设计内容本次设计的基于单片机的数字式频率计包括波形整形电路、分频电路、多路数据选择器、单片机和显示电路等几个模块。所以本次设计的数字式频率计的电路由以下几块构成：由施密特触发器构成的波形整形放大电路、由74LS90构成的分频电路、由74LS153四选一电路构成的四选一电路、AT89C51单片机以及由74LS138译码电

2、路、74LS245上拉电路和八段数码管显示电路构成的数码显示电路构。其原理图如图1所示：放大整形电路分频电路多路数据选择器单片机显示电路待测信号图1系统框图控制电路在数字频率计中起至关重要的作用。采用什么样的控制电路，直接决定了数字频率计的性能。为了得到一个高性能的数字频率计，本次设计采用单片机来做为数字频率计的核心控制电路，辅之于少数的外部控制电路。本系统让被测信号经过放大整形后，进入单片机开始计数,利用单片机内部定时计数器定时，在把所记得的数经过相关处理后送到显示电路中显示。1.硬件设计基于单片机的数字频率计的设计，包括一个由放大整形电路、分频电路、多路数据选择器、

3、AT89C51以及显示电路，其系统总电路图如图2所示：-22-图2总电路图1.1放大整形电路因为在单片机计数中只能对脉冲波进行计数，而实际中需要测量频率的信号是多种多样的，有脉冲波、还有可能有正弦波、三角波等，所以需要一个电路。把待测信号转化为可以进行计数的脉冲波。矩形脉冲波的整形电路有两种：施密特触发器、单稳态触发器。而这两种电路都可以有门电路或是555定时器构成。由于本次设计的基于单片机的数字频率计的放大整形电路部分需求比较简单，所以我们选择由555定时器构成的施密特触发器来作为信号波形整形电路，施密特触发器常见的逻辑符号如图3所示。图3施密特触发器的逻辑符号集成施

4、密特触发器，常用TTL电路集成施密特触发器有7413等。常用CMOS电路集成施密特触发器有CC40106等。-22-1.2分频电路本次设计采用的是脉冲定时测频法，由于考虑到单片机的定时计数器得计数能力有限，无法对过高频进行测量，所以我们对待测信号进行了分频，这样能提高测量频率的范围，还能相应的提高频率测量的精度。所以我们需要把待测信号进行分频。在本次设计中，因为我们要进行的是十分频、一百分频和一千分频，所以我们选用74LS90电路，经过正确的连接后就可以进行十分频，进行三次十分频就可以得到分频一千次的信号。其引脚图和功能表分别如图4和表1所示。图474LS90引脚图表1

5、74LS90功能表信号经过分频电路74LS90，其频率将减小到原信号的十分之一。-22-1.3.四选一电路本次设计需要用到一个四选一电路，用来选择输入单片机进行计数的待测信号。74LS153就是其中比较好用和常用的一种四选一电路元件。所以这次采用很常见的74LS153集成电路,其电路图如下图5所示：图574LS153电路原理图数据选择器有多个输入，一个输出。其功能类似于单刀多掷开关，故又称为多路开关(MUX)。在控制端的作用下可从多路并行数据中选择一路送输出端。TTL中规模数据选择器是根据多位数据的编码情况将其中一路数据由输出端送出的电路，74LS153是双四选一数据选

6、择器,其中有两个四选一数据选择器，它们各有四个数据输入端：1D3、1D2、1D1、1D0和2D3、2D2、2D1、2D0。一个输出端1Y、2Y和一个控制许可端S。系统控制端S为低电平有效。当控制许可端S=1时，传输通道被封锁,芯片被禁止，Y=0，输入的数据不能传送出去；当控制许可端S=0时，传输通道打开，芯片被选中，处于工作状态，输入的数据被传送出去A1、A0是地址选择端，两路选择器共用。74LS153逻辑功能见表。从功能表可看出，当S端输入为低电平时，四选一数据选择器处于工作状态，它有4位并行数据输入D0~D3，单选择地址输入A1、A0的二进制码依次由00递增至11时

7、，4个通道的并行数据便依次传送到输出端W。-22-表274LS153的功能表A1A0/SW~~10000D0010D1100D2110D31.4.单片机单片机作为控制系统和计数器，是本次设计的最重要的部分，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存