基于51单片机的数字频率计设计论文

基于51单片机的数字频率计设计论文内容摘要：

1、目 录第 1 节 引言 字频率计概述率测量仪的设计思路与频率的计算本设计原理3第 2 节 数字频率计（低频）的硬件结构设计统硬件的构成统工作原理图片机及其引脚说明 号调理及放大整形模块基信号产生电路示模块8第 3 节 软件设计时计数 程转换 换示12第 4 节 结束语 13参考文献 14附录 汇编源程序代码151基于 51 单片机的数字频率计第 1 节 引言本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。 并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。 在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到 2、的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。 全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 字频率计概述数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。 它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。 它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。 在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。 本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个 1602A 示器动 3、态显示 6 位数。 测量范围从 10正弦波、方波、三角波，时基宽度为 1000单片机实现自动测量功能。 基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。 它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。 率测量仪的设计思路与频率的计算频率测量仪的设计思路主要是：对信号分频，测量一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频率的大小，其原理如右图1所示。 图 1 频率测量原理图 2若被测量信号的周期为，分频数m 1，分频后信号的周期为T，则：T=m 1由图可知： T=NT o （注：T 以可以算出被测量信号的频率f。 ）由于单片机系统的标准频率比较稳定 4、，而是系统标准信号频率的误差，通常情况下很小；而系统的量化误差小于 1，所以由式 T=率测量的误差主要取决于 N 值的大小，N 值越大，误差越小，测量的精度越高。 本设计原理基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。 它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。 所谓“频率” ，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。 若在一定时间间隔 T 内测得这个周期性信号的重复变化次数 N，则其频率可表示为f=N/T。 其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率 间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为 1s，则门控电路的输出信号持 5、续时间亦准确地等于 1s。 闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。 秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。 由于计数器计得的脉冲数 秒时间内的累计数，所以被测频率 第2节 数字频率计（低频）统硬件的构成本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机 它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。 可分为以下几个模块：放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、示模块。 各模块关系图如图 2 所示：图 2 统工作原理图该系统工作的总原理图如图 3 所示：图 3 数字频率计系统工作原理图显 示时 基 电 路倍 6、 频 锁 相放 大 整 形 单片机被 测 信 片机及其引脚说明89一种高性能低功耗的采用 艺制造的 8 位微控制器，它提供下列标准特征：4K 字节的程序存储器，128 字节的 2 条 I/O 线，2 个16 位定时器/计数器, 一个 5 中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口 , 片上震荡器和时钟电路。 引脚说明：源电压：是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，作为输出口用时，每个引脚能驱动 8 个 辑门电路。 当对 0 端口写入 1 时，可以作为高阻抗输入端使用。 当 访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。 在这种模式下，具有内部上拉电阻。 在 程时，接收指令字 7、节，同时输出指令字节在程序校验时。 程序校验时需要外接上拉电阻。 ：是一带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 的输出缓冲能接受或输出 4 个 辑门电路。 当对 写 1 时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。 当作为输入端使用时，因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（I。 ：一带有内部上拉电阻的 8 位双向的 I/O 端口。 的输出缓冲能驱动 4 个 辑门电路。 当向 写 1 时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。 作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（I。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储 8、器（例如 ，送出高 8 位地址数据。 在这种情况下，使用强大的内部上拉电阻功能当输出 1 时。 当利用 8 位地址线访问外部数据存储器时（例输出特殊功能寄存器的内容。 当 程或校验时，同时接收高 8 位地址和一些控制信号。 ：一带有内部上拉电阻的 8 位双向的 I/O 端口。 的输出缓冲能驱动 4 个 辑门电路。 当向 写 1 时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。 作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某5个引脚被外部信号拉低时会输出电流（I。 同时具有 多种特殊功能，具体如下表 1 所示:端口引脚 串行输入口)行输出口）(外部中断 0)外部中断 1）0（定时器 0）1（定时器 1）外部数 9、据存储器写选通）外部数据存储器都选通） 的第二功能位输入。 当振荡器工作时，脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 :当访问外部存储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁 位字节。 当在 程时还可以作为编程脉冲输出（ ）。 以晶振频率的 1/6 输出，可以用作外部时钟或定时目的。 但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个 冲。 ：程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号。 当 行个机器周期 两次有效，除了当访问外部数将跳过两个信号。 /部访问允许。 为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从 元的指令， 必须同 连接。 需要主要的是，如果加密 被编程，复位时 会自动内部锁存。 当执行内部编程指令时， 10、 应该接到 荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。 荡器反相放大器的输出端。 在本次设计中，采用 89为 理器，充分利用其硬件资源，结合D 触发器 频器 拟转换开关 数器 74数字处理芯片，主要控制两大硬件模块，量程切换以及显示模块。 下面还将详细6说明。 号调理及放大整形模块放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。 它将正弦输入信号 形成同频率方波 值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以避免波形失真。 由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。 同相输入的运算放大器的放大倍数为（2）/变 统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到闸门以便计数。 由于输入的信 11、号幅度是不确定、可能很大也有可能很小，这样对于输入信号的测量就不方便了，过大可能会把器件烧毁，过小可能器件检测不到，所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、放大限幅和整形，信号调理部分电路具体实现电路原理图和参数如下图 4 所示：图 基信号产生电路： 触发器 ，引脚及功能见如下图 5：两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。 每个触发器有独立的数据置位复位时钟输入和 Q 及 Q 非输出。 此器件可用作移位寄存器，且通过将 Q 非输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。 在时钟上升沿触发时，加在 D 输入端的逻辑电平传送到 Q 输出端。 置位和复位或复位线上的高电平完6 518412 1 5+5V 14846 7图 5 片引脚用功能图 二进制串行计数器，引脚及功能见如下图 6： 一震荡器和 14 极二进制串行计数器位组成，震荡器的结构可以是 晶振电路。 高电平。