基于51单片机的频率计设计报告

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1、频率计实验报告班级：电子 094 姓名：刘洋 学号：0910910408 班级：电子 094 姓名：王铁柱 学号：0910910414实验日期：2011-11-14 至 2011-12-14一设计要求一设计要求1.11.1 实验目的及原理实验目的及原理（1）利用单片机计数器功能实现正弦波频率的检测。 （2） ，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。1.21.2 实验要求实验要求（1）输入信号为峰峰值为 5V 的正弦信号，信号频率为 160KHz，设计整形电路将正弦信号整形为方波。（2）利用单片机定时/计数器的计数功能对整形后方波进行计数从而实现频率的测量。（2

2、）在数码管或 LCD 实时显示输入信号的频率。1.31.3 实现部分实现部分（1）输入信号峰峰值可在 1V10V 范围变化。（2）实现了方波和正弦波的频率检测，通过按键进行方波或正弦波检测模式的改变，在数码管或 LCD 进行检测模式的显示。（3）正弦波测量范围达到 1Hz3.8MHz，正弦波测量范围达到1Hz4.7MHz，测量精度达到 10Hz 单位，高于实验要求。二总体设计二总体设计2.12.1 频率计测频原理概论：频率计测频原理概论：简而言之就是：“通过测量单位时间内出现的方波个数，进行频率计算” 。 将输入的正弦波信号经波形转换模块转换为方波，高频信号再经过分频模块进 行分频。由晶体振荡

3、器产生的基频，按十六进制分频得出的分频脉冲，经过驱 动电路增加带载能力。在时间间隔 T 内累计周期性的重复变化次数 N，则频率的表达式为式： 数字频率计的原理框图如下:电路总设计图2.22.2 系统组成及工作原理系统组成及工作原理数字频率计由以下模块组成：单片机控制模块、驱动模块、施密特电路波形 转换模块、按键模块、分频模块和显示模块。（1 1）S ST TC C8 89 9C C5 52 2 单单片片机机简简介介TN清零信号清零信号锁存信号锁存信号IIIIIIIVVSTC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统 可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有

4、灵巧的8 位 CPU 和在系统可编 程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效 的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器 ，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空 闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机

5、一切工作停 止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T 可选。单片机控制模块：以 STC89C52 单片机为核心，进行待测信号的计数、译码、 结果显示以及对分频和信号种类的控制。 STC89C52 单片机: 8K 字节程序存储空间； 512 字节数据存储空间； 内带 4K 字节 EEPROM 存储空间; 可直接使用串口下载；（2 2）驱动模块：）驱动模块：18,19 引脚提供原始时钟振荡（12M）；晶晶振振 振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟 计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器的作 用是产生时间标准信号。（3

6、3）波形转换模块：）波形转换模块： 通过施密特电路，将输入信号转换为正弦波，用于测量。74LS14 是一个 6 反向器， 引脚定义如下图：6 非门芯片 74LS14 引脚图A 端为输入端，Y 端为输出端，一片芯片一共 6 路，即 1，3，5，9，11，13 为输入端， 2，4，6，8，10，12 为输出端，输出结果与输入结果反向。 即如果输入端为高电平， 那么输出为低电平。 如果输入低电平，输出为高电平。施密特 触发电路是一种比较器，从输出向输入进行正反馈，把正弦波整形成为脉冲波。它具有滞 后电压，可用作抗噪声能力强的波形处理。本电路进行零交比较，把正弦波等转换成方波。 电路工作原理本电路起到

7、零交比较器的作用，若把信号从反相输入端输入进行零交比较， 输入信号中的噪声有时会引起振荡。 施密特触发电路是一种比较器，从输出向输入进行正反馈，把正弦波或三角波整形成为脉 冲波。它具有滞后电压，可用作抗噪声能力强的波形处理。本电路进行零交比较，把正弦 波等转换成方波。（4 4）按键模块：）按键模块： 按键-波形选择，选择是否允许让输入信号经过波形转换模块，如果输 1 入波形是正弦或三角信号则通过整形模块，如果是方波则绕过整形模块进 入下一模块； 按键-分频按键，是否允许信号经过分频模块，如果信号频率很高则通 2 过整形模块，如果频率较低则绕过整形模块进入单片机控制模块 按键-复位按键，使CPU

8、及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并 3 从这个状态开始工作，单片机应用程序必须以此为设计前提。另外，单片 机工作工程中，如果出现死机，也必须对单片机进行复位，使其重新开始 工作。（5 5）分频模块：）分频模块： 以 74LS161 单片机为基础，当频率=400KHz,选择分频按键，进行分频， 将频率减小以达到单片机工作频率范围。74ls16174ls161 引脚图与管脚功能表资料引脚图与管脚功能表资料74LS161 是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：管脚图介绍：时钟 CP 和四个数据输入端 P0P3清零

9、/MR使能 CEP，CET置数 PE数据输出端 Q0Q3以及进位输出 TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)输 入 输 出 CR CPCPLD EPEPETETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加 1从 74LS161 功能表功能表中可以知道，当清零端 CR=“0”，计数器输出 Q3、Q2、Q1、Q0 立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当 CR=“1”且 LD=“0”时，在 CP 信号上升沿作用后，74LS161 输出端

10、 Q3、Q2、Q1、Q0 的状态分别与并行数据输入端 D3，D2，D1，D0 的状态一样，为同步置数功能。而只有当 CR=LD=EP=ET=“1”、CP 脉冲上升沿作用后，计数器加 1。74LS161 还有一个进位输出端 CO，其逻辑关系是 CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片 74LS161 可以组成 16 进制以下的任意进制分频器。（6 6）显显示示电路电路1602 液晶显示模块和单片机 AT89C51 直接接口，电路如下。P0 口接 LCD，P0 口本身无上拉电阻，所以选择焊接排阻以提高驱动能力。模块引脚功能表1602LCD1602LCD 的基本参数及

11、引脚功能的基本参数及引脚功能1602LCD1602LCD 主要技术参数：主要技术参数：显示容量:162 个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm 引脚功能说明1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 10- 13 所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数

12、据16BLK背光源负极表 10-13：引脚接口说明表 第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高， 对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信 号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可

13、以写入数据。 第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。三电路实物及调试过程三电路实物及调试过程主要进行电路图调 protus 软件调试，仿真调试和实验室调试。3.13.1 对于波形转化模块的调试对于波形转化模块的调试之前波形转换模块运用的是运放电路，性能较差，导致实验结果误差较大。 后经查资料发现，施密特电路，性能较好，就换用施密特电路，实验精度得以 提升。而且，在试验中发现，不同的芯片，组成的施密特电路精度也有所不同。调试前用的运放电路作为波形准换

14、模块3.23.2 调试过程图调试过程图电路实物图四心得体会心得体会本次设计我收获比较大。我们是电子专业的学生，设计是必需的技能，这 次设计给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从上网查找资料到对电路 的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。可 以说，本次实习有苦也有甜。 设计思路是最重要的，设计思路是成功的，责已经成功了一半。因此我们 在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的 基础。 制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的 调试要一步一步来，不能急躁，在实验室上调试，人很多，要排队，比较慢， 又要求我们有一个比较正确的调试方法，像把频率调快等等。这又要我们要灵 活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度。 要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。 通这次实验也发现自己能力的不足，以后要多参加实践，在动手中增强知识理 解。