基于单片机的数字频率计的设计与实现Word文档下载推荐.docx
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首先,我们把待测信号经过放大整形;
然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数,获得频率值;
最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。
本文从频率计的原理出发,介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案,选择了实现系统得各种电路元器件,并对硬件电路进行了仿真。
关键词 单片机;
频率计;
测量
DesignandimplementationofDigitalFrequencyMeterBasedonSingleChipMircrocompute
Abstract
Alongwiththedevelopmentofelectronicinformationindustry,signalasthebasicelements,thefrequencymeasurementinscientificresearchandpracticalapplicationisincreasinglyimportant,butalsoneedthescopeoffrequencymeasurementisbecomingmoreandmorewide.Thetraditionalfrequencyplanusuallyadoptscombinationalcircuitsandthesequentialcircuitsofthehardwarecircuitstructure,productnotonlylargesize,speedisslow,andmeasuringrange,andlowaccuracyoflow.Therefore,asforfrequencymeasurementrequirements,thetraditionalmethodoffrequencymeasurementinpracticalapplicationalreadycannotsatisfyrequirements.Therefore,weneedtofindanewmeasuringmethodoffrequency.Alongwiththedevelopmentoftechnologyandmature,useasingleshipasacircuitsystemofcontrolcircuitshownitsincomparableadvantages.
Inthispaper,withAT89C51microcontrollertocontrolthefrequencyofmeasurementdevicesandassemblylanguagedesign,intelligentcontrolusingsinglechip,combinedwiththeexternalelectroniccircuit,canbehighandlowfrequencymeasurements.Thispaperdesignsasimpledigitalfrequency,themeasuredsignalcanbesinewave,squarewave.Firstly,therectangularpulse,whichthemeasuredsignalisamplifiedandreshaped,isusedascontrolthrottlevalve.Then,thefrequencycountercountsthenumberoftheperiodsusingtheinternaltimer/counterofsignalischipsoastogainthefrequencyvalueofmeasuredsignal.Finally,thefrequencyvalueofmeasuredsignalisdisplayedthroughstaticdisplaycircuits.
Fromtheanalysisoftheory,andintroducesthedigitalfrequencyplanbasedonsinglechipdesign,selectionofthesystem,andhaveallkindsofcircuitcomponentsofhardwarecircuitsimulaion.
KeywordsMicor-computer;
Frequency;
Measure
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摘要……
Abstract
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第1章绪论
1.1课题背景
在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关,,因此频率计在教学、科研、测量仪器、工业控制等方面都有较广泛的应用。
测量频率的方法[1]有多种,其中电子计数测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速以及便于实现测量自动化等优点,是频率测量的重要手段之一。
本设计就是用计数的方法,以单片机AT89C51为控制核心,充分利用其软硬件资源,设计并制作了频率计的计数、显示部分。
1.2单片机的发展及特点
单片机的发展历史并不长,从1971年微处理器研制成功后,不久便产生了单片机。
纵观其发展过程,主要分为三个阶段。
第一阶段为单片机发展的初级阶段;
第二阶段为高性能单片机发展阶段;
第三阶段为16位单片机的推出和8位单片机继续提高性能的阶段。
单片机的应用已经渗透到工业、农业、商业、交通运输、教学科研以及人们的日常生活等各个领域中,成为现代社会生活的重要支柱,发挥着极其重要的作用,并取得了极为可观的效益。
1.3频率计的基础知识
频率计数器是一种基础测量仪器,它能测量各种信号的频率。
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,这些也是人们衡量频率计数器的技术水平,决定频率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频率计数器的测频上限扩展到微波频段。
随着科学技术的发展,用户对频率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,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。
在测试通讯、微波器件或产品时,常常需要测量频率,通常这些都是较复杂的信号,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。
仪器的频率测量准确度取决于时基。
大多数仪器使用的10MHz参考振荡器具有10-7或10-8的频率准确度和稳定度。
高分辨率比高精度更容易实现,因为增加显示位数比制造更稳定的振荡参考源要容易的多。
为了提高仪器的测量准确度和稳定度,可以购买一个具有小型恒温槽的参考振荡器作为时间基准。
好的恒温槽温度可以稳定到零点几度,这样就可以保证在外部温度变化时振荡器的频率变化相当小。
当然,仪器的固有准确度取决于制造的精度以及校准实验室对时基振荡器的校正;
准确度主要取决于晶振的热稳定性,而与老化关系不大。
通过使用铯束频率标准或GPS信号作为一个参考频率源送入整个系统的所有仪器,可最大限度地提高频率测量准确度,这样在测量仪器中就不需要有精确的时基而可以达到10-12到10-14的频率测量准确度,也就是说,可以达到比仪器最高分辨率高得多的频率测量准确度。
在某些特殊的测试场合,可能需要其它附件,比如用一个射频放大器来放大低电平的信号,或通过一个外接的混频器来测量超出频率计数器测量范围的频率,当然,有些频率计数器能够直接测量100GHz以上的频率。
在机动车的防撞雷达和低功率通讯中继站就需要这种性能的频率计来测量。
还有些频率计数器可以测量信号电平、周期、脉宽和脉冲频率,选择这样的计数器可以使测试方案中使用的测试仪器更少。
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,测量范围从1Hz—10kHz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。
基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。
1.4论文研究内容
本论文的任务是设计一个基于单片机技术的数字频率计。
主要研究内容如下:
1.对单片机及频率计进行了简单的介绍。
2.介绍了多种数字频率计的设计方案,并进行了优劣比较选择了最适合当前情况的一种。
3.本次设计的硬件部分,画出了硬件结构框图,共分五大模块并分别对各个模块进行了详细的说明和介绍。
4.本次设计的软件部分,画出了系统的软件流程图,并进行了程序的编写以实现数字频率计的测频功能。
第2章单片机简介及方案论证
2.1AT89C51单片机简介
2.1.1单片机及其引脚说明
单片机引脚图如图2-1所示。
图2-18051引脚图
单片机作为控制系统和计数器,是本次设计的最重要的部分[2],AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式
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