《基于51单片机数字频率计的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机数字频率计的设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、I摘 要在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。本文阐述了基于通用集成电路设计了一个简单的数字频率计的过程。关键词：频率，信号，周期AbstractIn electronic technolog
2、y,the frequency is the most basic one of the parameters,andwith a number of electrical parameters of the measurement program,measurement more important,There are several ways of mesuring frequency,in which electronic counter the frequency with high precision,easy to use ,quick measurements,and is ea
3、sy to realize the advatages of automaion of measurement process is an important means of frequency measurement.Electronic Counter Frequency Measurement There are two ways:First,the directfrequency measurement method,thatis,the gate in a certain period of time measured the number of measured signal p
4、ulse;2is indirect frequency measurement method,such as cycle frequency measurement method.Direct frequency measurement method for high-frequency signals offrequency measurement,indirect frequency measurement method for low-frequency signald of frequency measurement.In this paper,based on a commom in
5、tegrated circuit design of a simple digital frequency meter process.Key words:frequency,signal,periodII目目 录录摘要.一、引言（一）数字频率计概述.1（二）问题提出.1（三）设计思想.1二、方案论证与比较（一）方案选择.21、总体方案比较.22、测频方案比较.2（二）测频原理.2三、数字频率计设计（一）数字频率计原理.41、数字频率计的基本组成.42、数字频率计的主要技术指标.5（二）数字频率计的设计.51、硬件电路设计.52、软件的设计.73、软件仿真.9四、基本元器件的阐述（一）AT89
6、S52 简介 .91、主要功能特性.102、引脚功能.11III（二）555 定时器 .111、555 定时器及其应用 .112、施密特触发器.12五、结束语（一）总结.13致谢.14参考文献.15附录.161一、引言（一）数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，方波信号以及其他各种单位时间变化的物理量。由于其使用十进制显示，测量迅速，精确度高，显示直观，所以经常要用到频率计。（二）问题提出中国电子测量仪器，随着世界高科技发展的潮流，走进了高科技发展的道路，在若干重大领
7、域取得了突破性进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。在数字化时代，研究员和其他工作人员对基础测量仪器的要求越来越高，作为基础测量仪器之一的频率计必将有新的发展。于是测量仪技术指标上不断提高，如测频精度高、抗干扰能力强等。以满足不同层次用户的测试要求。近几年，数字化仪器在迅速发展，我国也在不断研究推出各种新型数字化仪器，以适应当今科技发展。在电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机到音响汽车等等，处处可见。因此，可以说
8、单片机技术的开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。 因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。数字频率计作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的一般可以完全由硬件电路搭接而成，如采用基于 555 定时器电路的多功能数字频率计的设计便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在一些缺点，且测频精度也不如单片机的高。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域
9、常常要用到频率计。利用单片机采用程序设计方法来设计频率计，其测频精度高。且线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，系统稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。（三）设计思想利用施密特触发器将边缘缓慢变化的周期性信号如正弦波、三角波或任意形状的模拟信号变换成同频率的矩形脉冲。通过 MCS-51 系列单片机内部的两个十六位定时/计数器测量某段时间内的外加脉冲数，经过处理并通过数码管直接显示出所加信号的频率。单片机内部的 T0用来定时，T1用来计数（下降沿触发）。当来一个计数脉冲则计数一次。2在 T0开始定时的同时，T1开始计数；T0定时 1s 时间到时，T
10、1停止计数。方框图如图 1.1所示。图 1.1二、方案论证与比较（一）方案选择1、总体方案比较方案一：采用数字逻辑电路制作，用 IC 拼凑焊接实现。其特点是直接用现成的 IC组合而成，简单方便，但由于使用的器件较多，连线复杂，体积大，功耗大，焊点和线路较多将使成品稳定度与精确度大打折扣。方案二：采用复杂可编程逻辑器件（CPLD）制作，利用 EDA 软件编程，下载烧制实现。将所有器件集成在一块芯片上，体积大大减小的同时还提高了稳定性，并且可应用EDA 软件仿真，调试，每个设计人员都可以利用软件代码，提高开发效率，缩短研发周期，降低研发成本。易于进行功能扩展，可以利用频率计的核心技术，改造成其它产
11、品。实现方法灵活，调试方便，修改容易。比较以上两种方案，易见采用后者更优。2、测频方案比较方案一：完全按定义式 F=N/T 进行测量。在门限时间 Tpr 内，用计数器计数，获得数值 N，频率由于公式计算得出。此方案为传统的测频方案，其测量精度将随被测信号频率的下降而降低。方案二：对被信号的周期进行测量，再利用 F=1/T 可得频率。此方案当被测信号的周期较短时，会使精度大大下降。方案三：等精度测频，按定义式 F=N/T 进行测量。被测信号和标准信号，在相同门限时间 Tpr 内，同时分别计数，而后对比得出被测信号频率 Fx。此方案测频精度将不会随被测信号频率的下降而降低；在相同的门限时间内测量精
12、度恒定不变。综上所述，选用第三种测频方案。（二）测频原理根据前面一节所述，下面详细介绍等精度测频原理：为了提高测频的精度,采用等精度测频方法。等精度测频的实现方法可以用图 2.1 来3简化说明。 图 2.1 等精度测频原理框图图 2.1 中的门控信号是可预置的宽度为 Tpr 的一个脉冲。COUNT1 和 COUNT2 是两个可控计数器。标准频率信号从 COUNT1 的时钟输入端 CLK 输入，其频率为 Fs；经整形后的被测信号从 COUNT2 的时钟输入端 CLK 输入，设实际频率为 Fxe，被测量频率为Fx。当门控信号为高电平时，被测信号的上沿通过 D 触发器的 Q 端同时启动计数器COUNT1 和 COUNT2，对被测信号 Fx 和标准信号 Fs 同时计数。当门控信号为低电平，随后而至的被测信号的上沿将使这两个计数器同时关闭。设在一次门控时间 Tpr 中对被测信号计数值为 Nx，对标准频率信号的计数值为 Ns。则：（2-1）FxFs=NxNs 就可以得到被测信号的频率值为：（2-2）FsFx=NxNs误差分析如下：在一次测量中，由于 Fx 计数的起停时间都是由该信号的上升沿触发的，在 Tpr 时间内对 Fx 的计数 Nx 无误差；在此时间内 Fs 的计数 Ns 最多相
