基于单片机的简易频率计.docx
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基于单片机的简易频率计
单片机课程设计
题目
专业班级
基于单片机简易的频率计
11级电子科学与技术
2班
院(系)
电气工程
完成时间
2015年1月9
日
单片机课程设计任务书
一、设计题目基于单片机简易的频率计
二、设计任务与要求
1.本品主要由信号输入、放大整形、分频、单片机控制模块、驱动显示电
路等组成
2.设计过程中,频率计采用外部10分频,以便测量1Hz〜1MHz的信号频
率,并且实现量程自动切换
三、参考文献
[1]吴钟珍•最新实用电子电工技术手册•徐氏基金会出版社2010,23(3):
97〜98
[2]深圳市中源单片机发展有限公司STC89C52
[3]张友德•单片微型机原理、应用和实验•复旦大学出版社2009.342〜344
[4]陈大钦•电子技术基础.(第二版)高等教育出版社2009,13:
25〜26
[5]曾建唐•电工电子基础实践设计•机械工业出版社2007,10⑷:
278~280
[6]马淑华•单片机原理与接口技术•北京邮电大学出版社2004.49〜77.
四、设计时间
2014年_A2_月日至2015年月_9_日
指导教师签名:
1总体方案设计1
1.1设计要点1
1.2系统方案1
2理论分析与计算2
2.1频率计概述2
2.2频率测量原理2
2.3精度保证3
3电路与程序3
3.1电路设计3
3.2程序设计4
4测试与调整5
4.1测试方案及测试条件5
4.2测试结果完整性6
5总结与体会6
参考文献8
附录1:
总体电路原理图9
附录2:
实物图10
附录3:
元器件清单11
附录4:
C语言程序12
1总体方案设计
1.1设计要点
本次课程设计有以下要点:
1设计一个频率计。
要求用4位7段数码管显示待测频率,格式为OOOOHz。
2测量频率范围:
10~9999Hz。
3测量信号类型:
正弦波、方波和三角波。
4测量信号幅值:
0.5~5V。
5设计的脉冲信号发生器,以此产生闸门信号,闸门信号宽度为1S。
6确定设计方案,按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路,设计分电路,画出总体电路原理图,阐述基本原理。
1.2系统方案
简易数字频率计可以用中规模集成芯片构建而成,但与用51单片机
实现相比,其电路复杂程度要大得多,而且远远不及用单片机实现灵活,其精度也不及用单片机实现的高。
所以我采用用STC89C52单片机去实
现。
我采用单片机89S52作为控制核心,用数码管显示所输入信号的频率,具体的系统框图如图1-1所示:
形电昭
AT99S52单片机
佶号締入
J.I』.•尸S—1沪卫
图1-1简易频率计的系统总体框图
其中,信号通过整形放大后,输入单片机中的计数器,运用单片机中的定时器设置每隔一秒钟将计数器中死亡数据输出,通过数码管显示。
单片机作为控制中心,随时检测和计录输入信号的频率,并控制输出显示和输入是否超载。
而显示电路用一个四位一体的数码管实现。
为简化硬件电路,用动态显示的方式,依次点亮个数码管,这样不仅仅是简化了电路,而且每一时刻四位数码管只相当于一位数码管的功耗,大大减少了功耗。
2理论分析与计算
2.1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,采用一个1602ALCD显示器动态显示四位数。
测量范围从100Hz—9999Hz的正弦波、方波、三角波。
用单片机实现自动测量功能。
此频率计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
2.2频率测量原理
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已知标准频率信号的周期个数,进而测量出该信号频率的大小,其原理如右图2-1所示。
若被测量信号的周期为,分频数ml,分频后信号的
周期为T,贝U:
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,则可以算出被测量信号的频率f。
)
T
F.*+1
0.M
图2-1频率测量原理图
2.3精度保证
单片机系统的标准频率比较稳定,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
还有C语言自校程序,对测量仪经行自校。
3电路与程序
3.1电路设计
实际电路如下图所示:
我们按此电路连接器件,然后在IN口输入待测信号,再有施密特输出至单片机输入口。
3.2程序设计
我们采用C语言来编写控制测试程序。
其结构如下:
功IS欖块
块
图3-2C语言程序设计图
程序见附录4
4测试与调整
4.1测试方案及测试条件
测试方案:
我们在测试过程的测试方案如下:
图4-1测试流程框架图
合成函数信号发生器发出待测信号,信号经过放大整形电路被放大、整理成为TTL波形,然后输入单片机,经程序控制,显示在LCD屏上。
测试条件:
对单片机提供+5V电压,数字示波器
4.2测试结果完整性
待测信号经放大整形后输出为TTL波形,经单片机程序控制,LCD可显示测得的信号频率大小,范围为100~9999Hz,测量误差为土1Hz,测量时间w1s,可连续测量。
调试过程:
在连接测试过程中第一次测试的时候输出波形、所测电压范围都不是很稳定。
后来发现是外接电路以及电路中的接线都太长了,导致干扰较大。
我们截短了电线,再次测量,就可以得到稳定的频率、电压了。
然后,在初步成功的基础上,我们对其经行工艺加工,使其能更为美观大方。
我们使用了底座,将板子都布置在底座上,使其看起来非常好看。
但是,这样连接后,由于接触不够好,使得测试时0.1V时,低频
测试只能达到1KHz,无法继续下降了,其他电压时均可以。
实际测试:
由于AD8039高速的时候能达到350MHZ,能满足我们的要求即使最高频率为3MHZ。
我们用它做一个过零比较器进行电压的整形。
由于我们接的是双电源,所以输出波形会有负电压,为避免对芯片的损坏,我们接一个74LS14(6反相施密特触发器)。
为了避免8039输出电压过大对芯片造成损坏,我们接了一个保护电阻即R1(359Q)。
5总结与体会
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。
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,会被经常使用到。
本次课程设计刚开始的时候,由于控制电路这部分比较难搞定,所以在数电模电实验箱上反复连接电路的时候,就会停下来设计控制电路,
为了提高效率,在实际的操作中,先连好时基电路,分频电路测试通过后,再把显示电路和计数电路连好,调测符合要求。
最后搞定控制电路的连接。
最后完成的一块电路板,它所实现的功能就是可以测被测信号的频率、周期。
在调测的过程中发现测量频率时,档位在1Hz~999Hz,
最终得到的结果只有占空比部分程序未能写出,其他的测量结果非常接近待测信号实际值。
通过本次课程设计,不但加深我们对在课程上所学到的单片机理论知识的认识和理解,重新让自己认识到了这门学科的在应用方面的广阔前景,并且通过知识与应用于实践的结合更加丰富了自己的知识,扩展了知识面,不但掌握了本专业的相关知识,而且对其他专业的知识也有所了解,并且较系统的掌握单片机应用系统的开发应用过程,从而使自身的综合素质有了较全面的提高。
另外,我们也注意到电路工艺的重要性。
经过这次一个较完整的产品设计和制作过程,对于认识到自己在知识方面存在的不足,明确今后的学习方向是非常有益的,为将来的更近一步的学习打了下扎实的基础。
参考文献
[1]吴钟珍•最新实用电子电工技术手册•徐氏基金会出版社2010,23(3):
97~98
[2]深圳市中源单片机发展有限公司STC89C52Datasheets
[3]张友德•单片微型机原理、应用和实验•复旦大学出版社2009.342~344
[4]陈大钦•电子技术基础.(第二版)高等教育出版社2009,13:
25~26
[5]曾建唐•电工电子基础实践设计•机械工业出版社2007,10(4):
278~280
⑹马淑华•单片机原理与接口技术•北京邮电大学出版社2004•49~77•
附录1:
总体电路原理图
LiE
IIIIIJII
I(111III
IIH
阿殍q
Pi:
一皿!
PUTS
Pll
PD
P"
P1J3KK
FliXSOpi.'sci
NT:
QisI
附录2:
实物图
附录3:
元器件清单
名称
数量
名称
数量
STC89C52
1
10K电位器
1
排针
若干
晶振
1
按键
1
30P电容
2
10UF电容
1
四位一体共阳数码
管
1
200欧电阻
8
8550
4
10K电阻
5
导线
若干
LED
1
排插
若干
附录4:
C语言程序
简易频率计的C语言程序:
#pragmadbcode
#inelude
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitLED_0=PM0;
sbitLED_仁P1A1;
sbitLED_2=P1A2;
sbitLED_3=PM3;
/*CQAC一一一一一*]
/f\~\J/
uchar
a[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0x86,0x8e,0x82};
ucharb[4]={0x8e,0xc1,0xc7,0xc7};
ucharone,two,three,four;
uintt=8000,j;〃时间t
uintm=0,n=0,k=0;〃次数
uints3=0,s4;//dt前后次数
time1()interrupt3
{//delay(20);
t=t+0.05*100;〃每到0.05s,定时器1产生中断
TH1=0x3e;
TL仁0xff;
if(t%100==0){m=TH0*256+TL0;TH0=0x00;TL0=0x00;/*s3=n;m=(s3-s4);s
4=s3;*/}
}
voiddelay(uintx);
voiddisplay(void);
voidled_analyze(uintl);
voidled_add();
voidmain()
{uinta;
IT仁1;//外部中断0下跳沿
EX1=1;
TMOD=Ox15;//T1定时方式1,T0计数1
TH1=0x3e;
TL1=Oxff;〃定时50ms
TR仁1;//T1
ET1=1;
TH0=0x00;
TL0=0x00;//定时50ms
TR0=1;//T0
ET1=1
EA=1
while
(1)
{if(m<=9999){led_analyze(m);
for(a=0;a<100;a++)display。
;}else{P0=b[0];
LED_0=0;
delay(300);
LED_0=1;
P0=b[1];
LED_仁0;delay(300);
LED_仁1;
P0=b[2];
LED_2=0;
delay(3);
LED_2=1;
P0=b[3];
LED_3=0;
delay(300);
LED_3=1;
}
}
}
voiddelay(uintx)
{uinti;for(i=0;i voiddisplay(void) {P0=a[one]; LED_0=0; delay(3); LED_0=1; P0=a[two]; LED_仁0; delay(3); LED_仁1; PO=a[three]; LED_2=0; delay(3); LED_2=1; P0=a[four]; LED_3=0; delay(3); LED_3=1; } voidled_analyze(uintl){l=l%10000; one=l/1000;two=(l/100)%10;three=(l%100)/10;four=(l%100)%10;}
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