毕业设计]以stc12c5a3252单片机为控制核心的频率及相位测试仪

毕业设计]以stc12c5a3252单片机为控制核心的频率及相位测试仪内容摘要：

dvanced Schematic 99） ： 绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。 （ 2）印刷电路板设计系统（ Advanced PCB 99） ： 绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。 （ 3）自动布线系统（ Advanced Route 99） ： 无栅格自动布线 器，用于印刷电路板的自动布线，以实现 PCB 设计的自动化。 （ 4）电路模拟仿真系统（ Advanced SIM 99） ： 可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。 （ 5）可编程逻辑设计系统（ Advanced PLD 99） ： 对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。 利用 PLD 系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。 （ 6）高级信号完整性分析系统（ Advanced Integrity 99）分析 PCB 设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻 抗和信号谐波要求等。 Protel 99 SE 的功能特性 ： （ 1） 开放式集成化的设计管理体系。 （ 2） 超强功能的修改与编辑功能。 （ 3） 强大的设计自动化功能。 仿真软件： Proteus Proteus 的 ISIS 是一款 Labcenter 出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和 IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。 该软件的特点： （ 1） 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 （ 2） 具有模拟电路仿真、数字 电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、 I2C 调试器、 SPI 调试器、键盘和 LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 （ 3） 目前支持的单片机类型有： 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 ARM PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各种外围芯片 等。 （ 4） 支持大量的存储器和外围芯片。 总之该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真 5 AVR、 PIC、 ARM 等。 第 页 14 电气信息学院智能化电子系统设计报告 集成开发环境： Keil uVision3 Keil 软件是目前最流行开发 MCS51系列单片机的软件 ， Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C语言软件开发系统，与汇编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 Keil提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（ uVision）将这些部份组合在一起。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工 具，全 Windows界面。 另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 Keil C51 软件操作界面如下图。 图 Keil C51 软件操作界面 系统软件设计总体结构如图。 第 页 15 电气信息学院智能化电子系统设计报告 图 系统软件设计总体结构图 程序流程如图。 图 数据处理模块流程图见图。 显示部分模块流程图见图。 初始化 判 断有键 键盘扫描 Y 处理按键的键值 显示 测相 测频 键值 N 0XFEH 0XFDH 主程序 键盘扫描 数据处理 频率及相位显示 第 页 16 电气信息学院智能化电子系统设计报告 图 图 根据所得数值查表找到相应段码 调用延时函数 送入位码 调用延时函数 返回主程序 显示程序开始 判断键值 0XFE 0XFD 初始化 T0,开启 TR0,EA 调用延时函数延时一秒 关闭 TR0 提取出 TH0, TL0 返回主程序 初始化 T1，开启 TR1 INT1=1 时 T1开始工作 INT1=0 时，TR1=0 提取出 TL1 数据处理程序开始 第 页 17 电气信息学院智能化电子系统设计报告 5 系统调试 Proteus 软件仿真 Proteus 仿真总图 Proteus 仿真结果总图见附录 2 和附录 3。 Proteus 仿真的元件参数 Proteus 仿真元件参数见表 所示。 表 Protues仿真元件参数表 元件编号 元件型号 元件编号 元件型号 电阻 R1 510 电阻 R18 100 电阻 R2 10K 电阻 R19 30K 电阻 R3 10K 电阻 R20 30K 电阻 R4 100 排阻 RP1 1K 电阻 R5 510 排阻 RP2 1K 电阻 R6 10K 无极性电容 C1 电阻 R7 10K U1 AT89C52 电阻 R8 100 U2:A LM324 电阻 R9 510 U2:B LM324 电阻 R10 510 U3:A 74HC02 电阻 R11 100 U3:B 74HC02 电阻 R12 100 U4 74HC573 电阻 R13 100 U5 ULN2803 电阻 R14 100 U6 74HC573 电阻 R15 100 U7 74HC138 电阻 R16 100 U8 741 电阻 R17 100 U9 7408 Proteus 仿真的具体操作 软件仿真是设计的一个重要部分，一般来说，如果能够在软件仿真获得成功，下一步的硬件调试就不会出多大的问题。 我们运 用的软件仿真平台式 Proteus 的 ISIS 仿真工具。 首先按硬件调试平台或者是根据设计的原理图绘制出仿真的原理总图，然后根据需要一部分一部分的进行调试。 在进行软件调试的时候，特别是对移相及整形电路进行调试的时候，为了看它的时序是否符合技术资料上的时序要求，最好单步进行调试。 这里提供了一个比较好的解决方案。 通过 KEIL C 和 Proteus （及以上版本），可以通过驱动让 Proteus 和 KEIL C联合调试，并通过 ISIS 的数字示波器实时监视单总线的时序。 连接图如图 所示。 第 页 18 电气信息学院智能化电子系统设计报告 频率及相位测试仪部分的 仿真连接见图。 图 频率及相位测试仪部分的仿真连接图 第 页 19 电气信息学院智能化电子系统设计报告 移相信号波形如图 所示。 图 频率及相位测试仪移相后的波形 从图 可以得出结论，正弦信号经过 741 后，成功的将正弦信号进行了移相。 图 频率及相位测试仪整形后的波形 从图 可以得出结论，原正弦信号和移相后的正弦信号经过 LM324 后成功的原正黄色：原始信号 蓝色：移相后的信号 黄色：原始信号整形后的方波信号 蓝色：移相后整形后的方波信号 第 页 20 电气信息学院智能化电子系统设计报告 弦信号整形为矩形波信号，满足了我们对信号的需要。 通过将原信号整形后得到的矩形波接入 T0。 图。 将信号引入到 T1。 两信号相与后得 到的波形如图。 图 频率及相位测试仪信号相与后的波形 信号输入与信号显示对比如图。 黄色：原始信号整形后的方波信号 蓝色：移相后整形后的方波信号 红色：两信号相与后的波形 第 页 21 电气信息学院智能化电子系统设计报告 图 电源部分调试 电源模块按照原理图接好后，先用万用表测量电源正极开始点与结束点的电阻，其阻值接近 0，则说明电源正极接线正确。 同理检验地线。 两者检验都正常后，再检查地线与正极之间的电阻，阻值为几 K 至无穷，则电源接线正确。 第一次上电时，出现意外立即断掉电源。 至电源正常稳定时，用万用表测量正极与地线之间的电压，为。 电源调试成功。 串口调试 检查电路是否正常，确认无误后，通电。 同时检查该模块电源与地之间的电压，为 时通电正常。 插入 MAX232 芯片。 与电脑串口相连。 通过程序下载软件调试串口 通信（注意选择相应的串口与芯片），直至程序下载成功。 数码管调试 检查接线正确后，通电。 先检查位 / 段锁存器 74HC573 插座的 VCC 与 GND。 显示为5V 时通电成功。 然后插上 74HC573 芯片，单片机中下载相应的数码管显示程序。 观察上电后数码管的导通情况。 第一次由于位选上加了 100Ω的限流电阻，所以数码管显示较暗。 后来将电组端 接后，数码管正常显示。 移相整形电路的调试 检查接线正确后，通电。 先检查 74HC08 和 UA741CN 插座的 VCC 与 GND，是否正确连接。 然后分别插上 74HC08 与 UA741CN 芯片，用示波器检查 UA741CN 芯片的第二管脚和第六管脚是否有输入（正弦波）、输出波形（矩形波），如果有则移相整形正确。 最后在用示波器检测 74HC08 芯片的第一二管脚是否有相位不同平率相同的矩形波，另外在测第三管脚是否有与门输出后的矩形波。 如果有则说明此系统工作正常。 第 页 22 电气信息学院智能化电子系统设计报告 6 系统功能指标参数 本系统可完成对信号频 率的频率测量和相位差测量。 可实现测量频率的范围为 20Hz到 20KHz，相位的范围为 0176。 到 360176。 可通过按键实现测频或测相，用 LED数码管直接显示读数，显示清晰直观。 通过与现实温度的对比，可以粗略的测得该设计的准确度，从而对比该设计的指标。 我们用标准的温度计对一杯温水的温度进行测量，并且将测量结果同本系统所测得结果作对比，得出如表 所示的结果。 通过与现实频率相位的对比，可以粗略的测得该设计的准确度，从而对比该设计的指标。 我们用标准的频率相位计对一信号的频率相位进行测量，并且将 测量结果同本系统所测得结果作对比，得出如表 所示的结果。 系统性能参数测试表 频率相位计测得频率（ HZ） 频率相位计测得相位 (176。 ) 系统测得。