基于单片机的电子频率计的设计毕业设计.doc
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1、 毕业设计(论文) 题目: 基于单片机的电子频率计的设计 专业: 应用电子技术 班级: 09223 学号: 姓名: 指导老师: 成都工业学院二一二年五月 论文摘要 本文介绍了一种基于单片机的电子频率计的设计方法。此电子频率计以AT89C51单片机为控制核心,可将外部的频率脉冲信号通过单片机计数端输入,由定时器/计数器T0负责定时,定时器/计数器T1负责对被测信号计数,一旦T0定时时间到,立刻终止T1的计数,此时T1的计数值便是单位时间内的脉冲个数,我们将T0的定时时间设为1s,当T0定时满1s后,立即停止T1计数,此时T1的计数值即为被测信号的频率。该频率计的测量范围为1Hz65534Hz,被
2、测脉冲信号的频率可以随时进行调整,通过LCD液晶显示模块对被测信号的频率进行实时显示。该系统包括被测频率脉冲信号、单片机晶振电路、以AT89C51单片机为核心的频率测量模块、LCD液晶显示模块。关键词:频率计;AT89C51;脉冲信号;LCD显示模块 AbstractThis article tells the story of a kind of based on SCM electronic frequency meter design method.The electronic frequency plan to AT89C51 as control core, But will the
3、 frequency of the external pulse signal through the single-chip microcomputer count the input ,The timer/counter T0 prearcing responsible for timing,The timer/counter T1 is responsible to the measured signal count,Once the prearcing time to time ,Immediately terminate the T1 count ,At this time the
4、count value T1 unit of time is the number of the pulse ,We will regularly to set a time of the prearcing 1 s , When prearcing time full 1 s , Stop immediately T1 count ,At this time the count value which is T1 tested the frequency of the signal. The frequency of measurement of the indicator a range
5、of 1 Hz 65534 Hz, tested pulse the frequency of the signal can be adjusted at any time, through the LCD display modules to be measured the frequency of the signal for real-time display. The system includes tested frequency pulse signal and single-chip microcomputer crystals circuit, AT89C51 frequenc
6、y measurement modules, LCD module. Key Words:The frequency meter;AT89C51; pulse signal;LCD display module 目录论文摘要IAbstractII第1章 引言11.1频率计的概述11.2频率计的基本原理21.3频率计的应用范围21.4本频率计设计任务的主要内容3第2章 系统的总体方案设计42.1测频的原理42.2总体思路42.3具体模块5第3章 硬件电路设计63.1 AT89C51主控制器模块63.2 晶振电路103.3 频率脉冲信号113.4 LCD液晶显示模块11第4章 系统的软件设计154
7、.1 频率测量模块154.2 液晶显示模块18第5章 频率计的系统调试与仿真215.1 KEIL中对程序的调试215.2 Protues中对系统的仿真21总结25参考文献26附录1 硬件电路27附录2 系统程序28第1章 引言 频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强,易于传输,因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展,频率测量成为一项越来越普遍的工作,测频原理和测量方法的研究正受到越来越多的关注。1.1频率计的概述图 1-1 多用频率计 频率计又称为频率计数器,是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。频率计主要由四个部分构成:时基(T)电路、输入电路
8、、计数显示电路以及控制电路。频率计也是计算机、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。单片机对频率量有两种测量方法:测量频率法和测量周期法。测量频率法是在单位定时时间内,对被测信号脉冲进行计数;测量周期法是在被测信号周期时间内,对某一基准脉冲进行计数。本次设计采用测量频率法对被测脉冲信号进行频率测量,并且通过LCD液晶显示模块进行实时显示。1.2
9、频率计的基本原理 频率计最基本的工作原理为:当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时,则被测信号的频率f=N/T(如图1-2所示)。在一个测量周期过程中,被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲,送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间,特定周期的窄脉冲才能通过主门,从而进入计数器进行计数,计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值,内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。 图 1-2 频率测量基本原理1.3频率计的应用范围在传统的电子测量仪器中,示波器在进行频率测量时测量精度较低
10、,误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱,但测量速度较慢,无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化,因此,频率计拥有非常广泛的应用范围。 在传统的生产制造企业中,频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化,用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品,确保产品质量。 在计量实验室中,频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。 在无线通讯测试中,频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准,还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。 1.4本频率计设计
11、任务的主要内容 利用频率脉冲信号、单片机、单片机晶振电路、LCD液晶显示等模块设计一个简易的频率计能够粗略的测量出被测信号的频率。 参数要求如下:1. 测量范围 1Hz65534Hz;2. 被测脉冲信号的频率可随时调节3. 用LCD液晶显示模块实时显示测量值4. 用单片机实现自动测量功能第2章 系统的总体方案设计2.1测频的原理 所谓“频率”就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数,测频的原理归结成一句话,就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。我们将被测的频率脉冲信号直接送到单片机的计数输入端,由定时器/计数器T0负责定时,定时器/计数器T1负责对被测信号计数,一旦T0定时时间到,立刻终
12、止T1的计数,此时T1的计数值便是单位时间内的脉冲个数。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。我们将T0的定时时间设为1s,当T0定时满1s后,立即停止T1计数,此时T1的计数值即为被测信号的频率。定时 待测信号 丢失 T 丢失 图2-1 频率测量原理图 在计数时会出现图2-1所示的丢失脉冲的情况。第一个丢失的脉冲是由于开始检测时脉冲宽度已小于机器周期T;第二个丢失的脉冲的负跳变在定时之外。定时时间内出现脉冲丢失,将引起测量精度降低。脉冲频率越低,这种误差越大。显然对于较低频率的脉冲测量不适合采用测量频率法。而我们本次设计就是采用这种测量频率法对被
13、测脉冲信号进行频率测量,为解决图一中脉冲的丢失这个问题,我们在程序设计中实现了计数开始与脉冲上升沿的同步控制。2.2总体思路频率计是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器,是我们经常会用到的实验仪器之一,频率的测量实际上就是在单位时间内对脉冲信号进行计数,计数值就是信号频率。本文介绍了一种基于单片机的电子频率计的设计方法,此电子频率以AT89C51单片机为控制核心,可将外部的频率脉冲信号通过单片机计数端输入,由定时器/计数器T0负责定时,定时器/计数器T1负责对被测信号计数,一旦T0定时时间到,立刻终止T1的计数,此时T1的计数值便是单位时间内的脉冲个数,我们将T0的定时时间设为1s,当
14、T0定时满1s后,立即停止T1计数,此时T1的计数值即为被测信号的频率。该频率计的测量范围为1Hz65534Hz,被测脉冲信号的频率可以随时进行调整,通过LCD液晶显示模块对被测信号的频率进行实时显示。2.3具体模块根据上述系统分析,该系统包括被测频率脉冲信号、单片机晶振电路、以AT89C51单片机为核心的频率测量模块、LCD液晶显示模块。各模块作用如下:1. 脉冲信号:就是被测信号,可以随时调整其频率,以便于单片机测量。2. 单片机晶振电路:由于单片机的内部时钟方式是用芯片内部振荡电路,精 度不高,温飘也较大,外部时钟,分RC振荡和石英晶振,RC精度不高, 成本低,石英晶振,精度高,稳定性好
15、,故我们采用单片机的晶振电路提 供时钟信号。3. AT89C51频率测量模块:主要负责对脉冲信号的计数,并且驱动LCD显示 模块实时显示测量值。4. LCD液晶显示模块:对单片机测量的频率进行实时显示。综上所述频率计的系统设计由被测频率脉冲信号、单片机晶振电路、以AT89C51单片机为核心的频率测量模块、LCD液晶显示模块等组成,频率计的总体设计框图如图2-2所示。AT89C51单片机单片机晶振电路 LCD液晶显示模块 被测频率脉冲信号图2-2 频率计总体设计框图第3章 硬件电路设计3.1 AT89C51主控制器模块 电子频率计以AT89C51单片机为控制核心,可将外部的频率脉冲信号通过单片机
16、计数端输入,由定时器/计数器T0负责定时,定时器/计数器T1(P3.5)负责对被测信号计数,一旦T0定时时间到,立刻终止T1的计数,此时T1的计数值便是单位时间内的脉冲个数,我们将T0的定时时间设为1s,当T0定时满1s后,立即停止T1计数,此时T1的计数值即为被测信号的频率。图 3-1 AT89C51主控模块AT89C51单片机简介 图3-2 几种单片机的展示图 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一
17、种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图3-3 AT89C51单片机1.主要特性 与MCS-51 兼容;4K字节可编程FLASH存储器;寿命:1000写/擦循环;数据保留时间:10年;全静态工作:0Hz-24MHz;三级程序存储器锁定;
18、1288位内部RAM;32可编程I/O线;两个16位定时器/计数器;5个中断源;可编程串行通道;低功耗的闲置和掉电模式;片内振荡器和时钟电路。特性概述:AT89C51 提供以下标准功能:4k 字节Flash 闪速存储器,128字节内部RAM,32 个I/O 口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬
19、件复位。2. 管脚说明 VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须接上拉电阻。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为低
20、八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口
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