毕业设计论文：数字频率计数器

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1、武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）毕业设计说明书课题名称：_数 字 频 率 计 数 器 _学生姓名 雷名钦 专 业 电子信息工程技术 班 级 2008 级 时 间 2010.102011.4 指导教师 游家发 电子信息与自动化工程系武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）内容摘要电子计数器是一种多功能的电子测量仪器。它利用电子学的方法测出一定时间内输入的脉冲数目，并将结果以数字形式显示出来。本次课题是设计 4 位频率计数器，利用 STC89C52 单片机的 T0、T1 的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过

2、 8位动态数码管显示出来。要求能够对 0250KHZ 的信号频率进行准确计数，计数误差不超过1HZ。关键字：计数器 信号 单片机 频率武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）目 录第一章前言.31-1毕业设计总概述1-2任务要求及安排第二章总体方案设计.32-1方案选择2-2总体方案设计2-3设计流程第三章单元电路设计.63-1单元电路3-2元件及工具清单第四章总体电路图114-1电路原理图4-2单片机程序第五章电路调试15第六章问题及解决方法17第七章分析和总结. .17第八章附录. .188-1. 参考文献8-2. 致谢词武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕

3、业设计（电信 0802）第一章前言1-1毕业设计总概述毕业设计是对即将步入社会的毕业班同学设计能力的一次全面考核，是教学计划中最后一个综合性实践教学环节，是学生在教师的指导下，独立从事电子设计工作的初步尝试，其基本目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识、基本技能应对和处理问题的能力。是学生对三年所学知识和技能进行系统化、综合化运用、总结和深化的过程。通过立题、收集素材、设计方案、工艺制作等过程，检查学生的思维能力、创造能力、实践能力和掌握技艺的深度及提高人才培养工作水平具有重要的意义。本课题是基于单片机系列的数字频率计设计，因为单片机已广泛地应用于各行各业的电子设计中，使频率计智能化水

4、平在广度和深度上产生了质的飞跃,数字化也成为了电子设计的必由之路. 运用单片机和高速计数器的组合设计频率计, 并采用适当的算法取代传统电路，次方法不仅能解决传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端，而且性能也将大有提高,可实现精度较高、等精度和宽范围频率计的要求;随着单片机技术的不断发展，可以用单片机通过软件设计直接用十进制数字显示被测信号频率。1-2任务要求及安排频率计数器要求利用 STC89C52 单片机计数控制，要求能够对 0250KHZ 的脉冲信号频率进行准确计数，计数误差不超过1HZ 。任务的安排是采用小组共同完成的，每个小组 4 名成员。共同对该课题的研究、设计、安装与调试。第

5、二章总体方案设计2-1方案选择本频率计的设计以 STC89C52 单片机为核心，利用他内部的定时计数器完成待测信号周期频率的测量。单片机 STC89C52 内部具有 2 个 16 位定时计数器，定时计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。在定时器工作方式下，在被测时间间隔内，每来一个机器周期，计数器自动加1（使用 12 MHz 时钟时，每 1s加 1） ，这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在计数器工作方式下，加至外部引脚的待测信号发生从 1 到 0 的跳变时计数器加 1，这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入在每个机器周期被采样一次，这

6、样检测一次从 1 到 0 的跳变至少需要 2 个机器周期（24 个振荡周期） ，所以最大计数速率为时钟频率的 124（使用 12 MHz 时钟时，最大计数速率为 500 kHz） 。定时计数器的工作由运行控制位 TR 控制，当 TR 置 1，定时计数器开始计数；当 TR 清 0，停止计数。本设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。例如当要求频率测量结果为 3 位有效数字，这时如果待测信号的频率为 1 Hz，则计数闸门宽度必须大于1 000 s。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求，把测量工作分为两种方法：武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）（1）当待测

7、信号的频率100 Hz 时，定时计数器构成为计数器，以机器周期为基准，由软件产生计数闸门，计数闸门宽度1 s 时，即可满足频率测量结果为3 位有效数字；（2）当待测信号的频率100 Hz 时，定时计数器构成为定时器，由频率计的予处理电路把待测信号变成方波，方波宽度等于待测信号的周期。这时用方波作计数闸门，当待测信号的频率100 Hz，使用 12 MHz 时钟时的最小计数值为 10 000，完全满足测量精度的要求。2-2总体方案设计1信号预处理电路2系统软件设计3硬件组成4实测结果分析本次设计的基本模块是由 4 部分构成：信号预处理电路、系统软件设计、硬件组成和实验结果分析。信号预处理电路：对输

8、入的波形信号进行整形成方波信号。主要是通过一个电阻把输入信号进行衰减，经处于开关状态的三极管和反相器，将信号输入分频系统。系统软件设计：系统软件设计主要是对单片机模块程序处理。用程序控制信号所流过的通道，也就是通过单片机进行通道选择。硬件组成：主要由反相器 74LS14、74LS160、单片机 STC89C52 和数码管组成，加上其他配件构建产品。实验结果分析：根据电路设计，用仿真软件进行实验，并对输入的波形通过仿真演示分析。设计包含有 4 个部分武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）2-3设计流程检修确定设计对象收集资料整理资料元器件准备电路及程序设计产品工艺设计

9、及安装设计结束仿真电路调试通过产品调试成功否是否是图 1武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）毕业设计流程概述：毕业设计的起点是要确定设计的对象，选定课题。当课题确定了之后要进行收集资料，这其中包括书本资料（理论基础知识、图书馆参考资料）和网上资源收集。因为资料比较多、繁杂就需要对资料整理、筛选。一切准备工作完成之后，就要开始对电路的构建设计，利用电脑电路仿真开始编辑电路、调试电路。将不同输入信号进行比较，经过不断调试，知道整个电路仿真没有任何问题的时候，确定本次设计所需要的电子元器件。在产品的安装之前，首先要对元件进行测量好坏，避免在产品调试的时候出现由于元件本身

10、损坏导致不能工作，所以这也是很重要的一步。接下来就是对元件的组装了，其中布局和焊接也是很重要的环节，布局、焊接的好与否也是直接影响产品质量的好坏，甚至导致产品无法工作。产品完成之后，要把之前写好的单片机控制程序下载进去单片机实验板，然后进行静电调试。静电调试之后再接通电源，如果出现问题了，必要要重新对产品检测，再继续调试。往复实验到产品可以正常工作为止。第三章单元电路设计3-1单元电路（1）系统硬件框图信号输入端口 整形处理电路 分频电路通道选择系统CPU 数据处理数码显示控制图 2本设计的基本工作过程是：在输入端将波形信号送到输入端口，再进入武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（

11、电信 0802）整形电路，将任意波形信号变形为方波信号，接下来将信号送到分频系统，分有 3级分频，每级为 10 倍分频。通过三级分频 1000 倍。从分频系统出来的信号输入到通道选择系统，由 CPU 控制系统对通道进行选择。最后将测得频率用数字显示在数码管上。图 1（2）输入信号处理输入信号经 R3 衰减，通过 Q1 到反相器 SN7414N 反向为 TTL 或 CMOS 电路可以识别的方波信号图 3（3）分频系统分频采用 74LS160 分频 电路进行 3 次分频， 采用与门来控制分频倍数。武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）图 4整形电路出来的方波信号经过 C

12、LK 引脚进入计数器 74LS760，设置计数器为计数模式 则 Q0 ,Q1,Q2,Q3 分别输出 2，4，8 ，10 倍分频，本次全部使用 Q3 输出，三级的分频电路让信号分频 1000 倍。（4）通道选择系统图 5此部分电路用的是与非逻辑电路，选择原理如表：武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）输入频率 分频倍数 CPU 内部带宽 计数数目 通道名称分频控制单口(高电平有效 )0100k 1 0100k 01000 IN1 P1.2100k1M 10 10K100K 1001000 IN2 P1.41M10M 100 10K100K 1001000 IN3 P1

13、.610M500M 1000 10K500K 1005000 IN4 P1.8根据图表可知 为了使计数的值在 100 到 1000 之间，将输入信号分为四个频段，然后由 CPU 进行判断设置相应的通道选择相应的分频倍数。判断方法由电路图示，例如 P1.2 口信号和 1 分频的信号一起送入与门的两端，当CET1 为高电平时 与门输出通道 IN1 的信号，关闭其它通道信号的输入即可实现通道的选择。（4）单片机控制及数码管显示系统图 6武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）首先介绍一下 LED 数码管显示字形于字段码的对应关系（如图 7）本次使用的是共阳极 LED 数码管

14、，因此，各段字码应接低电平才会亮起。如：要让该数码管显示“0 ”，则 g、dp 段应接高电平，a 、b 、c、d、e、f 接低电平。用“1、 0”表示高电平、低电平。采用倒序法将对应字段用 1、0 表示，即：1100 0000，转化 16 进制为 C0H。其他也是一样的算法。在这个单片机控制里，由 4 个三极管对数码管进行位选。CPU 输出端 p2.4，p2.5，p2.6，p2.7 分别将信号输出到 s11,s22,s33,s44 再到数码管显示部分。P0.0p0.7 分别控制数码管的 c1c8 管脚。总体工作是由 p1.0p1.3 输出端接通道选择，CPU 对数据处理，选择适当的通道，将信号

15、送到三极管中，进行位选，最后将测得信号频率显示在数码管上。三极管的还有一个作用是，因电流信号经单片机输出不足以驱动数码管显示，加上三极管可以对其放大电流信号，促使 7 段数码管亮。3-2元件及工具清单元件名称（型号） 数量 元件名称（型号） 数量74LS14 集成块 2 74LS160 集成块 3四位共阳数码管 1 排阻 1耳机插座 2 电容（30p） 5USB 方口 1 复位开关 1LS08 1 电阻（10k） 10HC02 1 三极管（9015） 1IC-40P 1 电阻（200） 10彩排线 1 STC89C52 单片机1连接导线 若干 电路板 1图 7武汉软件工程职业学院电子系 2011 届毕业设计（电信 0802）第四章总体电路图4-1电路原理图图 84-2单片机程序#includeUsigned char leddata=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09,0x71;/数