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1、 分类号 UDC 单位代码 10644 密 级 公 开 学 号 2008050248 学士学位论文 简易频率计的设计 The design of simple frequency counter 论文作者： 聂德军指导教师： 伍世云系 别： 物理与工程技术系专 业： 电子科学与技术提交论文日期： 年 月 日 论文答辩日期： 年 月 日 学位授予单位：四川文理学院 中 国 达 州2012 年 月II摘 要频率是电子技术领域中最基本的参数之一，在许多测量方案以及测量结果中都会涉及到频率测量的相关问题，频率精确测量的重要性显而易见。在本设计中就介绍了频率测量的原理以及一种简易频率计的制作方法。由于待
2、测信号未知，它有可能是正弦波，有可能是三角波，也有可能是方波。通过施密特触发器把待测信号转换为可以计数的脉冲信号，再由单片机计数输出到合适的电子显示元件以十进制显示出来。本文重点介绍了以AT89C52单片机为对系统各个部件的控制来实现整个电路的信号频率采集、测量、转换数据、以及显示最终结果的功能，结合外围电子电路得以频率和周期的测量，并用十进制数字来显示被测信号的频率和周期。本数字频率计的硬件部分是采用PROTEUS ISIS绘制的，PROTEUS和KEIL联合做系统仿真，软件部分的单片机控制程序的编写使用的是C语言本。本系统的最大优点就是它结构简单易懂，制作起来也并不算麻烦，其缺点就是容易受
3、自身电路元件以及周围环境的影响，从而导致测量结果与实际值的偏差。关键词：单片机AT89C52 电路原理 频率测量 周期测量 ABSTRACTFrequency is one of the basic parameters in the field of electronic technology, many measurement programs, as well as measurement results are related to the frequency measurement, and frequency of accurate measurement of obvious i
4、mportance.In this design on a frequency measurement principle and method of making a simple frequency meter. The test signal is unknown, it may be a sine wave, there is a triangle wave, there may be a square wave. Converted to a test signal through the Schmitt trigger pulse signal can count, count b
5、y the microcontroller output to the appropriate electronic display elements displayed in decimal.This paper focuses on AT89C52 microcontroller for control of the system in various parts of to achieve the entire circuit signal frequency acquisition, measurement and conversion data, and display the fi
6、nal results feature, combined with the external electronic circuit can be frequency and period of measurement, and use decimal numbers to display of the measured signal frequency and period. The digital hardware part of the frequency meter using the PROTEUS the ISIS draw, the PROTEUS, and KEIL do sy
7、stem simulation software part of the microprocessor control program written using C language in this. The biggest advantage of this system is its structure is simple, the production is not too troublesome, the drawback is vulnerable to its own circuit elements, as well as the surrounding environment
8、, resulting in the deviation of measurement results and the actual value.Keywords: SCM AT89C52 circuit schematic frequency measurement cycle measurement目录目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 频率计应用概述11.2 数字频率计系统介绍21.2.1课题研究的目的和意义21.2.2国内外数字频率计的研究现状2第二章 数字频率计的设计42.1 设计的任务和要求42.2总体框架和测量方案42.2.1 测量方法论证62.2.2 计时方
9、案选择9第三章 硬件电路的设计及仿真103.1 整体电路介绍103.2 信号整形电路103.3 单片机最小系统设计123.4施密特触发器整形仿真与功能仿真133.5 显示方案173.5.1 LED方案173.5.2 LCD1602方案17第4章 软件设计194.1软件编程思想194.2主要程序段及软件流程图194.2.1频率周期测量流程图194.2.2总流程图20结论22参考文献23致谢24附：程序代码25III第一章 绪论第一章 绪论1.1 频率计应用概述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。其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，
10、则被测信号的频率f=N/T。电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计算器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段。 随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。而对于中高档产品， 则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能，时域分析功能等等，
11、或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断地增加。在测试通讯、微波器件或产品时，通常都是较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的或含有未知频率分量的、频率固定的或变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。为了能正确地测量不同类型的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能。微波计数器一般使用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频放大器等。虽然所有的微波计
12、数器都是用来完成计数任务的，但制造厂家都有各自的一套复杂的计数器的设计、使得不同型号的 计数器性能和价格会有所差别，比如说一些计数器可以测量脉冲参数，并提供类似于频率分析仪的屏幕显示,对这些功能具有不同功能不同规格的众多仪器，我们应该视测试需要正确地选择，以达到最经济和最佳的应用效果。1.2 数字频率计系统介绍1.2.1课题研究的目的和意义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
13、制数显示，测量迅速，精度高，显示直观，在教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等领域都有较广泛的应用。频率测量对生产过程监控有很重要的作用,可以发现系统运行中的异常情况,以便迅速做出处理。本次设计针对方波，正弦波进行频率计数，通过通过信号源处理电路的、单片机、数码管等器件实现频率计的功能。学会运用所学知识设计处理电路和保护电路，编写程序，运用软件设计电路图，并对整个电路进行完整的说明，让自己逐渐掌握设计的过程以及论文的编写。1.2.2国内外数字频率计的研究现状随着社会的飞速发展，电子元件的换代也越来越快，越来越精密。频率计数器作为测量设备，也被赋予更高的要求，智能化、高精度化、多功能化，是现代社
14、会对频率计的要求。目前国外市场上的频率计数器,都是基于脉冲计数的原理,其功能除了直接测量频率值外,还可测量信号周期、多周期、时间间隔、脉冲宽度、频率比、占空比、统计计数等,有的甚至可以测量频率参数以外的参数,如电压、相位、功率等。这种以频率测量为主体的多功能数字式测量仪器,也称电子计数器。这些国内产品虽然在采用大规模集成电路和专用集成电路、改进设计、强化多功能和小型化等方面取得很大进展,但其技术性能与国外同类先进产品相比,仍有差距。这既反映出国内产品更新换代的缓慢,也反映出国内生产厂家跟踪国际先进技术的不力。电国际上数字频率计的分类很多。按功能分类，电子计数器有通用和专用之分。通用型计数器：是
15、一种具有多种测量功能、多种用途的万能计数器。它可测量频率、周期、多周期平均值、时间间隔、累加计数、计时等；若配上相应插件，就可测相位、电压、电流、功率、电阻等电量；配上适当的传感器，还可进行长度、重量、压力、温度、速度等非电量的测量。专用计数器：指专门用来测量某种单一功能的计数器。如频率计数器、时间计数器、特种计数器、可逆计数器、予置计数器、差值计数器、倒数计数器等。数字频率计按频段分类：(1)低速计数器：最高计数频率10MHz；(2)中速计数器：最高计数频率10100MHz；(3)高速计数器：最高计数频率100MHz；(4)微波频率计数器：测频范围180GHz或更高。2第二章 数字频率计的设计第二章 数字频率计的设计2.1 设计的任务和要求 一、任务：设计并制作一台数字显示的简易频率计。二、要求：1、频率测量：（1）测量范围 信号：方波、正弦波；幅度：0.5V5V；频率：1Hz1MHz（2）测量误差0.1%2、周期测量：（1）测量范围 信号：方波、正弦波；幅度：0.5V5V；频率：
