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1、单片机课程设计题 目 基于单片机简易的频率计 专业班级 11级电子科学与技术 2班院 （系） 电气工程 完成时间 2015 年 1 月 9 日 单片机课程设计任务书一、设计题目 基于单片机简易的频率计 二、设计任务与要求1.本品主要由信号输入、放大整形、分频、单片机控制模块、驱动显示电路等组成2.设计过程中，频率计采用外部 10 分频，以便测量 1Hz1MHz 的信号频率，并且实现量程自动切换。3、参考文献1 吴钟珍 .最新实用电子电工技术手册.徐氏基金会出版社 2010,23(3):97982 深圳市中源单片机发展有限公司 STC89C52 3 张友德.单片微型机原理、应用和实验. 复旦大学
2、出版社 2009.3423444 陈大钦.电子技术基础 .（第二版）高等教育出版社 2009,13:2526 5 曾建唐.电工电子基础实践设计.机械工业出版社 2007,10(4)：2782806 马淑华.单片机原理与接口技术.北京邮电大学出版社 2004.4977.4、设计时间2014 年 12 月 29 日 至 2015 年 1 月 9 日指导教师签名： 年 月 日目 录1 总体方案设计 .11.1 设计要点 .11.2 系统方案 .12 理论分析与计算 .22.1 频率计概述 .22.2 频率测量原理 .22.3 精度保证 .33 电路与程序 .33.1 电路设计 .33.2 程序设计
3、.44 测试与调整 .54.1 测试方案及测试条件 .54.2 测试结果完整性 .65 总结与体会 .6参考文献 .8附录 1：总体电路原理图 .9附录 2：实物图 .10附录 3：元器件清单 .11附录 4：C 语言程序 .1211 总体方案设计 1.1 设计要点 本次课程设计有以下要点： 设计一个频率计。要求用 4 位 7 段数码管显示待测频率，格式为 0000Hz。 测量频率范围：109999Hz 。 测量信号类型：正弦波、方波和三角波。 测量信号幅值：0.55V。 设计的脉冲信号发生器，以此产生闸门信号，闸门信号宽度为1S。 确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路
4、，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 1.2 系统方案 简易数字频率计可以用中规模集成芯片构建而成，但与用 51 单片机实现相比，其电路复杂程度要大得多，而且远远不及用单片机实现灵活，其精度也不及用单片机实现的高。所以我采用用 STC89C52 单片机去实现。 我采用单片机 89S52 作为控制核心，用数码管显示所输入信号的频率，具体的系统框图如图 1-1 所示：2图 1-1 简易频率计的系统总体框图其中，信号通过整形放大后，输入单片机中的计数器，运用单片机中的定时器设置每隔一秒钟将计数器中死亡数据输出，通过数码管显示。单片机作为控制中心，随时检测和计录输入信号的频率，并控制输出显
5、示和输入是否超载。而显示电路用一个四位一体的数码管实现。为简化硬件电路，用动态显示的方式，依次点亮个数码管,这样不仅仅是简化了电路，而且每一时刻四位数码管只相当于一位数码管的功耗，大大减少了功耗。2 理论分析与计算2.1 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
6、1602A LCD 显示器动态显示四位数。测量范围从 100Hz9999Hz 的正弦波、方波、三角波。用单片机实现自动测量功能。 此频率计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2.2 频率测量原理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3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 2-1 所示。 若被测量信号的周期为，分频数 m1，分频后信号的 周期为 T，则：T=m1Tx 。由图可知： T=NTo （注：To 为标准信号的周期，所以 T 为分频后信号的周期，则可以算
7、出被测量信号的频率 f。）图 2-1 频率测量原理图2.3 精度保证单片机系统的标准频率比较稳定，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=NTo 可知，频率测量的误差主要取决于 N 值的大小，N 值越大，误差越小，测量的精度还有 C 语言自校程序，对测量仪经行自校。3 电路与程序3.1 电路设计实际电路如下图所示：4图 3-1 实际硬件电路接线图我们按此电路连接器件，然后在 IN 口输入待测信号，再有施密特输出至单片机输入口。3.2 程序设计我们采用 C 语言来编写控制测试程序。其结构如下：5图 3-2 C 语言程序设计图程序见附录 44 测试与调整
8、4.1 测试方案及测试条件测试方案： 我们在测试过程的测试方案如下：图 4-1 测试流程框架图合成函数信号发生器 发出待测信号，信号经过放大整形电路被放大、整理成为 TTL 波形，然后输入单片机，经程序控制，显示在 LCD屏上。测试条件： 对单片机提供+5V 电压，数字示波器64.2 测试结果完整性待测信号经放大整形后输出为 TTL 波形，经单片机程序控制，LCD 可显示测得的信号频率大小，范围为 1009999Hz，测量误差为 1Hz，测量时间 1s ，可连续测量。 调试过程： 在连接测试过程中第一次测试的时候输出波形、所测电压范围都不是很稳定。后来发现是外接电路以及电路中的接线都太长了，导
9、致干扰较大。我们截短了电线，再次测量，就可以得到稳定的频率、电压了。 然后，在初步成功的基础上，我们对其经行工艺加工，使其能更为美观大方。我们使用了底座，将板子都布置在底座上，使其看起来非常好看。但是，这样连接后，由于接触不够好，使得测试时 0.1V 时，低频测试只能达到 1KHz，无法继续下降了，其他电压时均可以。 实际测试： 由于 AD8039 高速的时候能达到 350MHZ，能满足我们的要求即使最高频率为 3MHZ。我们用它做一个过零比较器进行电压的整形。由于我们接的是双电源，所以输出波形会有负电压，为避免对芯片的损坏，我们接一个 74LS14（6 反相施密特触发器）。为了避免 8039 输出电压过大对芯片造成损坏，我们接了一个保护电阻即 R1（359）。5 总结与体会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。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，会被经常使用到。本次课程设计刚开始的时候，由于控制电路这部分比较难搞定，所以在数电模电实验箱上反复连接电路的时候，就会停下来设计控制电路，7为了提高效率，在实际的操作中，先连好时基电路，分频电路测试通过后，再把显示电路和计数电路连好，调测符合要求。最后搞定控制电路的连接。最后完成的一块电路板，它所实现的功能就是可以
