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1、摘 要本方案主要以单片机为核心，主要分为时基电路，复位电路，显示电路三大局部，设计以单片机为核心，利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。关键词:单片机，运算，频率计，LED数码管。ABSTRACTThe program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping
2、 circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured sine wave o
3、r triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays.The design of the 89C51 microcontroller co
4、re, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency measurement
5、, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application.Key words: microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube。目 录摘 要1ABSTRACT2目 录3第一章 引言41.1 数字频率计概述41.2 频率测量仪的设计思路与频率的计算41.3 根本设计原理5第二章 数字频率计低频的硬件结构设计6
6、2.1 系统硬件的构成62.2 系统工作原理图62.3 信号调理及放大整形模块72.4 时基信号产生电路82.5时基信号的产生原理：82.6 显示模块9第三章 软件设计113.1中断控制113.2定时器/计数器113.3程序流程图设计12主程序流程12总结14参考文献15附录 A16附录 B17第一章 引言本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的
7、处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的根底。1.1 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。它的根本功能是测量正弦信号，方波信号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，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602A LCD显示器动态显示6 位数。测量范围从1Hz10kH
8、z 的正弦波、方波、三角波，时基宽度为1us,10us,100us,1ms。用单片机实现自动测量功能。根本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。1.2 频率测量仪的设计思路与频率的计算频率测量仪的设计思路主要是：对信号分频，测量一个或几个被测量信号周期中标准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频率的大小，其原理如下列图1所示。 假设被测量信号的周期为，分频数m1，分频后信号的周期为T，那么：T=m1Tx 。由图可知： T=NTo注：To为标准信号的周期，所以T为分频后信号的周期，那么可以算出被测量信号的频率f。由
9、于单片机系统的标准频率比拟稳定，而是系统标准信号频率的误差，通常情况下很小；而系统的量化误差小于1，所以由式T=NTo可知，频率测量的误差主要取决于N值的大小，N值越大，误差越小，测量的精度越高。1.3 根本设计原理根本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。所谓“频率，就是周期性信号在单位时间1s内变化的次数。假设在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，那么其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，
10、假设其周期为1s，那么门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N 是在1 秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。第二章 数字频率计低频的硬件结构设计2.1 系统硬件的构成本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89C51，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。可分为以下几个模块：放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、LCD显示模块。各模块关系图如图2所示：2.2
11、系统工作原理图该系统工作的总原理图如图3所示：图 3 数字频率计系统工作原理图2.3 信号调理及放大整形模块放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。它将正弦输入信号Vx 整形成同频率方波Vo,幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以防止波形失真。由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。同相输入的运算放大器的放大倍数为R1+R2/R1，改变R1 的大小可以改变放大倍数。系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到闸门以便计数。由于输入的信号幅度是不确定、可能很大也有可能很小，这样对于输入信号的测量就不方便了，过大可能会把器件烧毁，过小可能器件检测
12、不到，所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、放大限幅和整形，信号调理局部电路具体实现电路原理图和参数如下列图4所示：2.4 时基信号产生电路CD4013-双上升沿D触发器，引脚及功能见如下列图5：CD4013 由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据置位复位时钟输入和 Q 及Q 非输出。此器件可用作移位存放器，且通过将Q非输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D 输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位或复位线上的高电平完成。 图 5 CD4013 芯片引脚用功能图CD4060-14位二进制串行计数器CD4060 由一
13、震荡器和14极二进制串行计数器位组成，震荡器的结构可以是RC 或晶振电路。CR 为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器 CP1 非和 CP0的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。2.5时基信号的产生原理：本电路采用32768HZ 晶体震荡器，利用CD4060 芯片经过14 级分频得到2HZ的信号32768/214，在经过CD4013双D 触发器经过二分频得到0.5HZ的方波，即输出秒脉冲信号使单片机进行计数。图六秒脉冲产生电路原理图2.6 显示模块1602 根本技术：1、主要功能A、 40通道点阵LCD 驱动;B
14、、可选择当作行驱动或列驱动;C、输入/输出信号:输出,能产生202个LCD 驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1V6);D、通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。2技术参数2.1极限参数表2.2 电参数表3引脚和指令功能模块引脚功能表4显示位与DD RAM 地址的对应关系 第三章 软件设计主要能过编写软件来控制硬件完成以下各模块的功能：3.1中断控制由于在程序设计中用到中断方式，所以我们在此对单片机中断系统中的中断控制作一下介绍。中断是工业过程控制及智能化仪器用微型机或单片机应用最多的一种数据传送方式。在通常情况下，单片机执行主程序，只有当正常状态出现故障，或发
15、出中断请求时，单片机才暂停执行主程序，转去执行或处理中断效劳程序，执行完中断效劳程序后，再返回到主程序继续运行。单片机的这一种工作过程称为中断方式。3.2定时器/计数器1定时器控制存放器TCONTCON存放器既参与中断控制又参与定时控制。现对其定时功能加以介绍。其中有关定时的控制位共有4位：F0和TF1计数溢出标志位当计数器计数溢出计满时，该位置“1；使用查询方式时，此位作状态位供查询，但应注意查询有效后应以软件方法及时将该位清“0；使用中断方式时，此位作中断标志位，在转向中断效劳程序时由硬件自动清“0。R0和TR1定时器运行控制位TROTR1=0停止定时器/计数器工作TROTR1=1启动定时器/计数器工作2工作方式控制存放器TMODTMOD存放器是一个专用存放器，用于设定两个定时器/计数器的工作方式。但TMOD存放器不能位寻址
