基于單片機控制的頻率計的設計(存儲版)

　　

【正文】 。 （ 1） 建立工程文件 點擊“ ProjectNew project”菜單，出現一個對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，你可以在編緝框中輸入一個名字 ,點擊“保存”按鈕，出現第二個對話框，按要求選擇目標器件片。由 , 每位保持 1mS ,在 10mS～ 20mS 之內再點亮一次 ,重復不止 ,利用人的視角暫留 ,好像 8 位數碼管同時點亮。 本次設計由于本人知識的有限，所以設計的系統并不是 最理想的。測量初始化模塊設置堆棧指針（ SP）、 工作寄存器 、中斷控制和定時／計數器的工作方式。 頻率值顯示電路 數碼管電路設計不加驅動時，數碼管顯示數值看不清，不便于頻率 值的測量與調試。 分頻電路 根據以上分析，采用 74LS161 進行 16 分頻 和 JK觸發器 512 分頻 設計分頻電路如圖312所示。當 CR=“1”且 LD=“0”時，在 CP 信號上升沿作用后， 74LS161 輸出端 Q Q Q Q0 的狀態分別與并行數據輸入端 D3，D2， D1， D0 的狀態一樣，為同步置數功能。表 34為 74161 的功能表。這兩種情況使用 74LS151 進行通道選擇，由單片機先簡單測得被測信號是高頻信號還是低頻信號，然后根據信號頻率值的高低進行通道的相應導通，繼而測得相應0011 22*U174ls000011 22*U274ls00Q12N390447KR3Res Adj210kR1Res2R2Res210kR5Res21KR6Res239KR4Res247uFC1Cap Pol1100uFC2Cap Pol1GNDUiD1Diode 1N5407U44049u0頻率計的設計 13 頻率值。 頻率計的設計 12 圖 310 放大整 形電路 分頻設計模塊 分頻電路用于擴展單片機頻率測量范圍 ，并實現單片機頻率和周期測量使用統一信號，可使單片機測頻更易于實現，而且也降低了系統的測頻誤差 。在整形之前由于不清楚被測信號的強弱的情況。它一般適用于負載電流變化較小的場合。變壓器副邊與原邊的功率比為 P2/P1=n，式中 n 是變壓器的效率?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節和一些控制信號。此外， 和 分別作定時器 /計數器 2的外部計數輸入和定時器 /計數器 2 的觸發輸入， P1 口功能具體如 表 31所示。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。 高頻率的時鐘有利于程序更快的運行 ，也有可以實現更高的 信號采樣率，從而實現更多的功能。不斷發展的半導體工藝也讓該單片機的功耗不斷降低。芯片上的 Flash 程序存儲器課重新編程的系統或常規非易失性內存編程。 在單片機應用系統中，數碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態顯示和動態掃描顯示?；?7 個長條形的發光管排列成 “日 ”字形，另一個圓點形的發光管在數碼管顯示器的右下角作為顯示小數點用，它能顯示各種數字及部份英文字母。 (因為 AT89C52所需外圍元件少，擴展性強，測試準確度高。 上述表 明，在頻率測量時，被測信號頻率越高，測量精度越高。假設所 測得的脈沖個數為 N，則所測頻率的誤差最大為δ =1／ （ N1） *100%。 參數要求如下： 1．測量范圍 1HZ— 40MHZ； 2． 用 8 位數碼管顯示測量值； 3．能根據輸入信號切換量程 并且 可以測量方波、三角波及正弦波等多種波形； 頻率計的設計 2 第二章 系統總體方案設計 測頻的原理 測頻的原理歸結成一句話，就是“在單位時間內對被測信號進行計數”。 傳統的頻率計采用測頻法測量頻率，通常由組合電路和時序電路等大量的硬件電路組成，產品不但體積大，運行速度慢而且測量低頻 信號不準確。 本次采用單片機技術設計一種數字顯示的頻率計，具有測量準確度高，響應速度快，體積小等優點。 湖南工業職業技術學院 畢業實踐任務書 系 名 稱 電氣工程系 專業及班級 電氣 S20217 學生姓名 學 號 畢業實踐題目： 基于單片機控制的頻率計的設計 指 導 教 師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 系 主 任（簽字）： 2021 年 9 月 15 日 摘 要 在傳統的 電子測量儀器 中，示波器在進行頻率測量時測量精度較低，誤差較大。其待測頻率值使用 8位共陽極數碼管顯示 。 在進行模擬、數字電路的設計、安裝、調試過程中， 由于其使用十進制數顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀， 經常要用到頻率計。 頻率計設計內容 利用 電源 、單片機、 分頻電路及數碼管顯示 等模塊 ， 設計一個簡易的 頻率計 能夠粗略的 測量出被測信號的頻率 。 1 之間。為了增加單位時間內計數脈沖的個數，一方面可在輸入端將被測信號倍頻，另一方面可增加 T 來滿足，為了增加 T 的穩定度，只需提高晶體振蕩器的穩定度和分頻電路的可靠性就能達到。單片機 AT89S52 內部具有 2個 16位定時／計數器，定時／計數器的工作可以由編程來實現定時、計數和產生計數溢出時中斷要求的功能。 顯示模塊： 我們測量的頻 率最終要顯示出來八段 LED 數碼管顯示器由 8 個發光二極管組成。 中動態掃描顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一。該設備是采用 Atmel 的高密度非易失性存儲器技術和符合工業標準的80C52 指令集合引腳?？梢栽?4V到 寬電壓范圍內正常工作。所以本次設計選用手動復位。作為輸出口，每位能驅動 8個 TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流。在使用 8位地址訪問外部數據存儲器時， P2口輸出 P2鎖存器的內容。晶振工作時， RST 腳持續 2個機器周期高電平將使單片機復位。 圖 35 直流穩壓電源框圖及波形 (1)電源變壓器 T 的作用是將 220V 的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓 Ui。穩壓管穩壓電路其工作原理是利用穩壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調節與穩壓管串聯的限流電阻上的壓降來達到穩定輸出電壓的目的。而后面的閘 門或計數電路要求被測信號為矩形波，所以需要設計一個整形電路則在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉化成矩形波。 具體放大整形電路如圖 310 所示。為了測量提高精度，當被測信號頻率值較低時，直接使用單片機計數器計數測得頻率值；當 被測信號頻率值較高時采用外部十分頻后再計數測得頻率值。CET) 。 頻率計的設計 14 從 74LS161 功能表功能表中可以知道 ，當清零端 CR=“0”，計數器輸出 Q Q0 立即為全 “0”，這個時候為異步復位功能。合理應用計數器的清零功能和置數功能，一片 74LS161 可以組成16 進制以下的任意進制分頻器。由于常規的數碼管起輝電流只有 1～ 2 mA，最大極限電流也只有 10～ 30 mA，所以它的輸入端在 5 V 電源或高于 TTL高電平 ( V)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。 頻率計開始工作或者完成一次頻率測量，系統軟件都進行測量初始化。 16 位定時／計數器的最高計數值為 65535，當待測信號的頻率較低時，定時／計數器可以對被測信號直接計數，當被測信號的頻率較高時，先由硬件十分頻后再有定時／計數器對被測信號計數，加大測量的精度和范圍。 中 斷 開 始中 斷 開 始計 數 器 加 1 圖 43 計數器 T0中斷服務子程序 頻率計的設計 19 顯示子程序 顯示子程序將存放在顯示緩沖區的頻率或周期值送往數碼管上顯示出來 ,由于所有8 位數碼管的 8 根段選線并聯在一起由單片機的 P2口 控制 ,因此 ,在每一瞬間 8位數碼管會顯示相同的字符 ,要想每位顯示不同的字符就必須采用掃描方法輪流點亮各位數碼管 ,即在每一瞬間只點亮某一位顯示字符 ,在此瞬間 ,段選控制口 P2輸出相應字符。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應用間脫節的矛盾和現象。在完成文件的第一次存儲以后，當對匯編語言源文件又進行了修改，再次存儲文件則應該選擇菜單“ File→ Save”、單擊對應的工具按鈕或者快捷鍵 Ctrl +S 實現文件的保存。這時工程管理窗口的文件選項卡中子目錄“ Source Group 1”下出現一個匯編語言源文件。 這里我將 keil 和 Protues 兩個軟件的快速集成起來使用 。利用仿真實驗可以做全部的軟件實驗和極大多數的硬件系統，虛擬仿真實驗室，因極少硬件 投入、所以經濟優勢明顯，不僅可以彌補實驗儀器和元器件缺乏帶來的不足，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素。 整形電路在 Multisim10中進行電路的仿真與調試，在 Multisim10 繪制的整形電路如圖 51所示。 圖 57 HZ檔頻率仿真 當測量頻率值 大于且等于 1KHz 并 小于 1MHz時，數碼管顯示 頻率值， 校正 LED 燈 閃爍 ，單位 Hz 檔 。 為了衡量這次設計的頻率計的工作情況和測量精度 ，我們對系統進行了調試。 畢業設計是一次綜合性的實踐，它將各種知識結合到一起綜合運用到實踐上來擴展、彌補、串聯所學的知識。我個人認為軟件設計是個即靈活又細膩的工作，它要求耐心和細心去不斷完善，同時還需要有良好的邏輯思維能力。在此 我代表大家向所有老師 表示最誠摯的謝意。 我首先要感謝老師，本課題在選題及研究過程中得到老師的悉心指導。再次，在 精神方面鍛煉了思想、磨練了意志。 表 54 HZ檔的數據記錄表 待測值（ Hz） 測量值（ Hz） 10 29 269 325 491 678 979 表 55 KHZ檔的數據記錄表 待測值（ KHz） 測量值（ KHz） 表 56 MHZ檔的數據記錄表 待測信（ MHz） 測量值 （ MHz） 誤差分析 從記錄的數據可以看出，系統軟件仿真誤差很小，在 1Hz2MHz 范圍內測量出來的頻率基本上就是輸入信號的頻率，在超出這個范圍后，才出現很小的誤差。由單片機內部定時器／計數器構成基本測量電路，外加 整形和 分頻電路，由系統軟件設計可以測出 1HZ5MHZ 的量程范圍，可以實現量程檔的自動轉換，使用的動態顯示測量時會出現閃爍現象，但顯示數值準確，穩定時顯示不閃爍 。 圖 55 分頻電路實際輸出波形 軟件調試 Pouteus 軟件 調試 根據系統設計要求，進行 Keil 和 Proteus 系統仿真，不斷調試程序，直到符合功能要求。 硬件調試 電源模塊調試 電源電路包括變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路等模塊組成， 使用 LED 進行電源工作狀態指示 。 （ 4） 將 KEIL 生成的 HEX文件下載入單片機中 ，點擊“開始”進行仿真。 protues 簡介 protues 是 Labcenter 公司出品的電路分析 、實物仿真系統，而 KEIL 是目前世界上最好的 51單片機匯編和 C 語言的集成開發環境。在這個對話框的“查找范圍（ I）”下拉列表框中選擇存儲匯編語言源文件的文件夾，在“文件類型（ T）” 下拉列表框選擇“ Asm Source file（ *.a*； *.src）”，這時存儲的匯編語言源文件將顯示出來。 （ 2）匯編，調試系統程序 Keil 單片機模擬調試軟件內集成了一個文本編輯器 ，用該文本編輯器可以編輯源程序。因此介紹如何使用 Keil 和 Proteus 進行軟件的仿真。還可以用外部計數器和單片機定時計數器共同計數來代替用單片機的定時計數器來進行定時，這樣測量的精度可以進一步提高，但相對的端口分配和控制會相對復雜一些。計數閘門由軟件延時程序實現，從計數閘門的最小值（即測量頻率的高量程）開始測量，頻率計的設計