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1、2008年山东省“ZLG杯”大学生电子设计竞赛2008年山东省大学生电子设计大赛 编号 F乙7602 F题 多功能计数器 参赛学生：周明明 杨金伟 曹旗开指导老师：刘晓明 孙玉梅 田敬成参赛院校：烟 台 南 山 学 院所学专业：应 用 电 子 技 术2008年山东省“ZLG杯”大学生电子设计竞赛F题 简易多功能计数器摘要本设计共分电源、单片机控制模块、信号前向通道处理模块、键盘、液晶显示模块、模数（A/D）转换模块、语音播报模块、测温及时钟八个模块。以AT89C52单片机为控制模块核心，对多功能计数器可编程控制，实现周期、频率、时间间隔的测量。同时可实现对测量结果、时钟、温度及被测信号幅度的液
2、晶显示及语音播报。关键词：多功能 周期 频率 时间间隔 测量 语音播报Abstract The design consists of power, MCU control module, before the signal to channel processing module, keyboard, LCD Module (A / D) converter modules, voice on several modules, temperature and clock module eight modules. AT89C52 MCU to control module for the co
3、ntrol of the core, the counter-programmable control, and cycle, frequency, time interval measurement. At the same time can be realized on the measurement results, clock, temperature of the liquid crystal display and voice broadcast.Key words: cycle-time interval measurement frequency voice broadcast
4、目 录摘要-2一 方案设计与论证-41.1 计数法测量周期原理-41.2 计数法测量时间间隔原理-51.3 总体设计方案比较与选择-5二 模块电路设计及比较-72.1 电源模块-72.2 前向信号通道处理模块-82.3液晶显示模块-92.4 键盘控制模块-112.5 A/D转换模块 -112.6 语音报温模块（发挥）-122.7 时钟模块（发挥）-132.8 测温模块（发挥）-14三 软件方案设计-153.1主程序流程方框图-153.2语音播报程序方框图-163.3 Keil C程序-17四 数据处理-22 4.1 测试数据分析-224.2 实测中误差分析与处理-22五 电路原理图-24 5.
5、1 系统原理图-245.2 系统PCB图-255.3 Multisim 仿真图-265.4作品实物图-29参考文献-30一.总体方案设计比较与选择1.1计数法测量周期原理周期是频率的倒数，电子计数器能测量信号周期，通过计算得到待测信号的频率。具体原理如下： 图1.1 计数法测量周期原理流程图 当输入信号为正弦波时，波形如图2.2所示。可以看出，被测信号经整形、M分频后，形成控制闸门脉冲信号，其宽度等于被测信号的周期MTx。晶体振荡器的输出经分频后得到的频率为fc的标准信号，其周期为Tc，加入主门输入端，在闸门时间Tx内，标准频率脉冲信号通过闸门形成技术脉冲，送至计数器计数，经译码显示计数值N。
6、由图2.2所示的波形图可得MTx=NTc; Tx=NTc/ M当Tc为一定时，计数结果可直接表示为Tx值。例如Tc=1us， N=1000，M=1时，则Tx=1000us=1ms，fx=1kHz；Tc=1us，N=1000，M=10时，则Tx=100us=0.1ms，fx=10kHz。在实际电子计数器中，根据需要，M可以有几种数值，用有若干个档位的开关实施转换，显示器能自动显示时间单位和小数点，使用起来非常方便。1.2计数法测量时间间隔原理 单片机定时器/计数器的方式控制寄存器TMOD中的GATE位=1时，可以很方便的进行INT0引脚的外部输入信号的时间间隔测量。将被测信号由INT0引脚的外部
7、输入，当输入信号为高电平时启动定时，高电平结束自动停止计数，计算后可得被测信号的时间间隔，当测量时间间隔时输入信号经数据选择器74LS153不分频直接送INT0引脚。1.3多功能计数器总体设计方案方案一：采用多种数字逻辑电路来实现原理图中的逻辑控制、主门、门控、计数单元的设计要求，这样设计的电路整体比较复杂，而且不宜完成发挥部分的功能要求。所以方案一不采用。方案二：可以采用FPGA来实现原理图中的逻辑控制、主门、门控、计数单元的设计要求，并且设计方便，但由于对FPGA的技术原理掌握不够熟练，所以放弃方案二。方案三：系统采用89c52为核心的单片机控制系统，实现原理图中的逻辑控制、主门、门控、计
8、数、晶振、分频单元的设计要求，多功能计数器系统的基本原理流程框图 如 图1.1。单片机晶振产生的12MHz经内部12分频后作为基准信号，由被测输入整形后信号的下降沿触发单片机的外部中断INT0，从而形成闸门脉冲。前一周期信号的下降沿触发中断后，在中断服务程序中开启定时器T0进行定时；此周期信号的下降沿再次触发中断后，在中断服务程序中关闭定时器。计算两次中断的时间间隔，即可得被测信号的周期Tx，而fx=1/Tx。单片机定时器/计数器的方式控制寄存器TMOD中的GATE位=1时，可以很方便的进行INT0引脚的外部输入信号的时间间隔测量。且单片机的控制电路很容易实现扩展，比如语音模块、测温I2C模块
9、、时钟模块、A/D模块等。依据大赛题目的设计要求，并结合自身情况采用方案三。通过测量周期方法来实现对周期、频率、时间间隔的测量，并能所测值显示，测量值语音播报、温度显示、时间显示、显示被测信号的峰值、记忆10个历史数据并可以随时查看的功能。 图1.2 方案原理模块框图二 模块电路设计及比较系统硬件以89c52单片机为核心，外围包括电源模块、信号处理模块、液晶显示模块、键盘模块、A/D转换模块、语音报数模块、及时钟芯片模块。2.1 电源模块稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图2.1图2.1 电源方框图a 整流和滤波电路：整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路
10、一般由电容组成，其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。b 稳压电路：由于得到的输出电压U4受负载、输入电 压 和 温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压U0。图2.3中电路提供+5V的电源；主要用于单片机（AT89C52）、液晶显示（包括74LS164,CC7107）、键盘、。图2.2 5V电源原理图图2.3 +5V电源原理图2.2 前向信号通道处理模块方案一：OP07比较器整形，74LS161计数器分频 实验验证此电路整形输出波形前后沿均上冲，毛刺较多，易引起误触发。而计数器74LS161为十六进制计数，需加与非门改为十进制，电路略复杂，后找到CD4017十进制计数器，取代了74LS161。此方案不采用。方案二：施密特整形，计数器分频实验验证此电路在200K以下时，波形良好，但超出200K时输出信号幅度大幅衰减，不能满足后继电路的设计要求。从而无法实现发挥部分测频要求。故此方案不采用。 方案三：非门整形，计数器分频
