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1、本科毕业设计题 目基于51单片机的频率计设计学生姓名学 号班级 专 业测控技术与仪器系 别 防灾仪器系指导教师职 称副教授年 月 日 基于51单片机的频率计设计作 者 指导教师 摘要 随着科学技术的发展，数字频率计越来越多的应用到了科学研究中。无论是在高端的航天航空领域还是在普通实验室科研活动中，数字频率计已经成为不可或缺的重要科研工具。 频率计在实现高精度和高量成的频率测量的同时，也要实现对成本的控制，这对频率计设计者来说是一向巨大的挑战。本设计系统是以STC89C52单片机为核心的数字频率计。基本原理是51单片机通过外面所具有的电路采集信号上升沿，通过单片机的定时的器件实现对频率的计算，在
2、LCD1602上实现对频率的实时显示。本设计系统实现了对方波，三角波，正弦波的频率测量，测频范围为l Hz到10MHz。关键词:51单片机;LCD1602;数字频率计;74hc390Based on 51 single chip microcomputer frequency meter design Author ChengYuanguo Tutor MaHongruiAbstract With the development of science and technology, the digital fre meter is more and more applied T0 scient
3、ific research. Digital fre meter has become an indispensable and important research T0ol in the field of high - end space aviation and scientific research activities. fre meter in the realization of fre measurement with high precision and high A. at the same time, but also T0 achieve the cost contro
4、l, the fre meter designers are always huge challenges. The design system is based on the STC89C52 micro controller as the core of the digital fre meter. The basic principle is the 51 micro controller through the outside of the circuit and the signal rising edge, through the timing of the device T0 a
5、chieve the fre of the calculation of the fre of the LCD1602 T0 achieve the real-time display. The design of the system T0 achieve a square wave, triangle wave, sine wave fre measurement, fre measurement range of l Hz T0 10MHz.Keywords:51singlechip microcomputer;LCD1602;digitalfrequencymeter；74hc390目
6、 录引言11整体设计思路与过程12方案论证与比较2 2.1测频方案选择2 2.2显示方案选择33数字频率计设计3 3.1数字频率计的组成和所发挥的作用3 3.2硬件电路设计4 3.3软件的设计10 3.4 proteus的仿真11 3.5实物图12结论12致谢13参考文献13防灾科技学院毕业设计引言数字频率计是能够周期性的频率测量计数的仪器,其主要所发挥的作用是实现对方波,三角波,正弦波的频率测量计数。因为使用十进制数显示，在数字和模拟电路的构想，组装，检验测量中，由于它的测量计数速度不算慢，精度不低，显示非常明显，所以很多数字频率计在生活中有非常多的用处。科学技术迅速的随着事物快速发展的如今
7、,基于数字频率计组成的各种测量计数的仪器和执行测试设备,实时监测控制系统已经应用到国际民生在的各个方面。在信息科学技术的范围内,频率是最基础的因素之一。许多自然中的物理的衡量,比如移动、温度、震荡、压力、速度等敏感的器件可以采集他们的信号并将其转化为信号的频率,把信号变成频率计可以测量计数的量。微型的CPU和数字频率计的组合可以行使不少所发挥的作用的测量计数的电子仪器设备,与可编程控制和智能一起。数字频率计是互相交流的设备、电脑、音频和视频等研究和研发领域不可缺少的测量计数仪器。作为一种十分基本的测量计数仪器,数字频率计是广泛用于相对来说不算低的精度、非常非常高的速度、操作不算麻烦,数字的显示
8、。数字频率计是一种数字信号测量计数的仪器与二进制数显示被测量计数信号的频率。数字频率计的基本所发挥的作用是测量计数信号流入的正弦信号,方波信号和三角波信号或者脉冲信号等各种不规整信号的实验设备仪器。对频率计的设计和准备完成的所发挥的作用,其一要不仅能对方波和脉冲信号进行检验测量,而且要对三角波,正弦波等不规整的从信号流入端流入的信号进行检验测量。其二要实现高量程范围的频率检验测量。对于第一点所发挥的作用的思路是要进行脉冲整形,对于第二点所发挥的作用的思路是由于单片机时种频率所限制,无法进行高频率信号检验测量所以必须对信号分频然后由单片机处置。1整体设计思路与过程本次设计的作品为基于51单片机的
9、数字频率计。因为本次作品的目标是对脉冲信号，三角波信号，正弦信号等不规则的周期信号进行检验测量，所以首先这里必须使用一种可以整形的芯片。对于信号波形进行整形，主要采用施密特触发器进行波形整形。一般施密特触发器可以采用由555定时器器件构成的施密特触发器，其原理相对来说比较简单，但是实际的波形整形效果并不好，无法正确精准实现波形整形，所以笔者最终采用了施密特触发器的集成芯片74hc14。选好了整形芯片，一般来说的思路就是可以进行单片机仿真了。仿真采用proteus 软件进行，可以把实际成果进行模拟出来，效果可以起到预期的作用。笔者搭建了波形整形电路和单片机最小系统电路。需要指出的是，整形后的信号
10、接入单片机的T0引脚。51单片机内置两个计数器，所以基本的思路是将其中一个设定成定时器器件进行定时，而另一个设定成计数器对外部脉冲进行计数，通过简单公式进行频率计算，但在实际的仿真中发现存在两个问题，其一当信号频率过大时单片机并不能检验测量到，其二对从信号流入端流入的信号的电压也有所限制，当信号电压过小时并不能检验测量到。对于第一个问题，笔者采用了分频芯片进行处理，事实上分频芯片内部结构是由多个JR触发器连接而成，它能实现计数所发挥的作用，如十进制计数，五进制计数，二进制计数。但是这里存在一个问题，由于无法知道从信号流入端流入的信号的频率大小，所以无法确定是否要进行信号分频。如果信号频率较小进
11、行分频反而会造成检验测量结果不正确准准。比较周详的方法是将分频后的信号和没有分频的信号都将其输入单片机，也就是对这两种信号同时进行计数。但这就造成了一个问题，51单片机只有两个计数器，也就是说如果两个计数器都设定成计数器所发挥的功能，就无法进行定时了。针对这个问题，笔者采用了STC89C52单片机，具有三个定时的器件，圆满的解决了这个问题。而此后要解决的程序的思考的路线问题就相对简单，只要比较两种信号算出的频率是否满足一个阈值即可知道哪种信号的频率是最为正确精准。而上文提出的针对从信号流入端流入的信号的电压的问题，笔者采用了放大电路进行电压放大，事实上有非常多信号放大的方法，笔者采用了一种成本
12、较低且电路并不复杂的电路，三极管共射放大电路。至此信号的采集与处理的问题得到了充分的解决。笔者最后解决的就是频率实时显示的问题，这部分问题相对来说比较简单，可以采用数码管或者液晶屏进行显示，笔者在此不作详述，下文将有说明。2方案论证与比较2.1测频方案选择 方案一：直接测频的方法，在一定闸门时间内测量计数被测信号的脉冲个数，即直接统计单位时间内脉冲个数，频率由f=N/T得到。方案二：间接测频法，如周期测频法。即对周期长度进行测量计数，由公事f=l/T获得频率。综上所述，方案一会随着所测信号频率的降低即周期变长的情况下导致精度有所下降。方案二在频率升高周期变短的情况下精度会变得不正确精准。测频的
13、方法有太多种了，由于设计的电子频率计要实现高量程频率测量计数，所以采用方案一所描述的方法。 2.2显示方案选择方案一：采用八段数码管实时显示频率。方案二：采用LCD1602实时显示频率。综上所述，方案一成本较低，设计程序较为简单，但数码管的外面电路相对来说不算简单，使用的单片机引脚不算少。方案二成本较高，程序设计复杂，占用单片机端口较少，且显示更清晰，屏幕更大气。所以最后决定选择方案二。事实上，有很多种方法可以实现显示的功能，显示的设置相对來说是比较繁琐的。显示是系统人和机器设备交流沟通的重要形式之一。所以显示器的选择不得不说是非常重要的。 2.3信号波形整形方案选择方案一：采用由555定时器
14、器件构成的施密特触发器进行波形整形。方案二：采用74hc14芯片进行波形整形。采用555定时器器件构成的施密特触发器需要自己连接外部电路，虽然线路的连接与原理相对简单，但实际整形效果并不好。所以最终采用74hc14芯片。3数字频率计设计3.1数字频率计的组成和功能本设计系统由宏晶公司的STC89C52单片机为主要的芯片，基于三极管共射放大电路的信号采集模块实现对从信号流入端流入的信号的放大， 74hc14构成的脉冲产生模块使信号流入的放大信号转换成同等频率的矩形脉冲，由74hc390构成的分频模块对信号流入高频脉冲进行一百分频，单片机对分频脉冲进行处置实现频率的计算，最后由LCD1602显示屏
15、幕实时显示频率。可实现其主要的功能：对方波，三角波，正弦波等信号的频率检验测量；理论上测量计数频率的实际范围为010MHz。对应如图3-1所示：图3-1 数字频率计的基本组成模块。 3.2 硬件电路设计 3.2.1 信号采集模块 因为从信号流入端流入的信号可能过小而检验测量不到或者不准确精准，所以信号的信号流入采用三极管共射放大电路实现对从信号流入端流入的信号的放大。在电路实际运用中，存在放大电路与信号源及放大电路与负载之间耦合问题。一方面要求耦合电路能够传输交流的输入和输出信号，使传输过程中信号尽量保持较小损耗；另一方面又要求信号源，放大电路、负载之间的直流工作状态互补影响，即有“隔直”作用，这个问题就是固定偏置共射极放大器可以用电路的C1、C7来进行处置。使晶体管Je实现正偏是集电极电压通过基极偏置电阻R2；为了实现信号源放大采用拖过R3使Jc反偏。信号采集模块如图3-2所示：图3-2 由三极管共射放大电路构成的信号采集模块。 3.2.2 脉冲产生模块 74hc14是一种可以
