数字频率计的设计与实现＿毕业论文

摘要：电子信息产业的日新月异，使得信号频率的测量在科研和日常生活中扮演着越来越重要的角色。传统的频率计大多以逻辑电路和时序电路来实现，运行速度较慢，且测量频率的范围较小。为 了避免上述弊端，本论文设计以AT89S52 单片机为控制核心的数字频率计,采用直接测频法，用放大 电路、整形电路、单片机和数字显示线路组成的硬件部分来实现。该方案测频范围满足设计要求。 可测方波、正弦波、三角波，频率范围为1HZ~9999HZ。 关键词：数字频率计 AT89S52 单片机 测量 Abstract:Electronic information industry eachpassing day, make signalfrequency measurement playing moreimportant role scientificresearch dailylife.Most traditionalfrequency meter logiccircuits sequentialcircuits realize,so runslower measuringfrequency paperdesigns AT89S52single chip microcomputer digitalfrequency meter, directfrequency measurement method amplifyingcircuit, shaping circuit digitaldisplay circuit, single-chip computer hardware parts.The scheme frequency measuring range meet designrequirements.Measurable square wave, sine wave, triangle wave, 9999HZ frequency range. Key words: digital frequency meter AT89S52 single chip microcomputer measurement 第一章绪论 1.1频率计的研究背景 1.2本课题数字频率计的研究内容 第二章直接测频法与间接周期测频法 2.1数字频率计的原理 2.2方案比较与论证 2.3设计思路 第三章系统硬件设计 3.1系统设计概述 3.2主芯片模块 3.3放大整形模块 3.4数字显示模块 3.5系统总体原理图 103.6 系统复位电路 11第四章 系统软件设计 114.1 系统软件框图 11第五章 系统调试 135.1 硬件调试 135.2 软件介绍 135.3 软件仿真结果 14第六章 结束语 16参考文献 18附录 第一章绪论 1.1 频率计的研究背景 频率是电子信息领域的一个基本且重要的参数。

因此，频率的测量已经成为电子测量领域最重 要最基本的测量之一。数字频率计具有很多优点，如体积小、方便携带；高测量精度、强大的功能， 广泛的应用于科学研究、教育教学、家庭生活等领域。未来的社会，数字频率计必将得到更广泛的 应用和发展。例如，将之改进一些，即可做成多用途的数字测量仪器，它不仅可以测频率数字频率计设计毕业论文，还可以 测周期、脉宽等参数。 早期的频率计更多的是采用 TTL 数字电路，其结构电路复杂、功耗大、成本昂贵、体积大。之 后，由于大规模专用集成电路的出现和发展，频率计的制作容易了很多，但是其价格昂贵，所以利 用集成电路设计的数字频率计很少。 如今，单片机的高速发展，使得采用单片机实现的数字频率计的测量精度高、误差小。因而， 接下来，我将介绍这种高精度、简单、可靠地基于单片机的数字频率计。 1.2 本课题数字频率计的研究内容 本次研究将设计出一种用十进制数字直接显示被测信号频率的数字频率计.该频率计可以测量 正弦波,方波,三角波的频率,且测量频率范围从1HZ 到10KHZ,并将测量结果直接用十进制计数显示. 技术指标如下： 频率测量范围：0～9999Hz; 输入信号波形：正弦波、方波、三角波； 第二章 直接测频法与间接周期测频法 2.1 数字频率计的原理 数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

频率是单位时间（ 1S ）内信号发生周期变化 的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测 信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形 均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后 显示出来。这就是数字频率计的基本原理。 数字频率计由四部分组成：时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显 示电路。由555 定时器，分级分频系统及门控制电路得到具有固定宽度T 的方波脉冲做门控制信号， 时间基准T 称为闸门时间。宽度为T 的方波脉冲控制闸门的一个输入端 .被测信号频率为 fx，周 Tx，到闸门另一输入端。当门控制电路的信号到来后，闸门开启，周期为Tx 的信号脉冲和周 的门控制信号通过闸门，于输出端产生脉冲信号到计数器，计数器开始工作，直到门控信 号结束，闸门关闭，单稳1 的暂态送入锁存器的使能端，锁存器将计数结果锁存，计数器停止计数 并被单稳态清零，在整个电路中，时基电路是关键，闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结 果是否精确。 因此，可得出数字频率计的原理框图2-1如下： 图2-1 数字频率计的原理框图 2.2 方案比较与论证 测量频率的方法有很多，按照其工作原理分为无源测频法、比较法、示波器法和计数器法等。

检查dq插件①号线为620（+12v），②号线600（0v），③号线为do信号输出与②号线测测量约8v脉冲输出，④号线为di信号输入与②号线测量约为+12脉冲，当测量④号线与②。衰减与线缆的长度有关系,随着长度的增加,信号衰减也随之增加衰减用"db"作单位,表示源传送端信号到接收端信号强度的比率由于衰减随频率而变化,因此,应测量在应用范围内的全部频率上的衰减 近端串扰 串扰分近端串扰和远端串扰,测试仪主要是测量next,由于存在线路损耗,因此fext的量值的影响较小。 2sm时的抽样效果 2sm时的抽样效果 2sm时的抽样效果 4可知当采样频率大于等于信号频率的2倍时采样后的信号得到了忠实地保持 没有产生采样误差 而采样频率小于信号频率的2倍时 发生了混叠误差 这样就不能实现对原信号的复原。

若测量多个周期的，则误差会更小。由于本设计要求测量频率为低频，频率范围较小，原理电路简单，调试简单，只要改变程序的 设定值就可以实现不同频率范围的测量。因此本设计采用方案一直接测频法。 2.3 设计思路 根据设计任务与要求，设计思路如下： 系统的主要功能为能测量正弦波、方波、三角波的频率,且测量频率范围从 1HZ 10KHZ,并将测量结果直接用十进制计数显示。系统模块有：主芯片控制模块、放大整形模块以及可控 制的数字显示电路。具体实现过程：将信号放大整形后的方波对待测信号通过接口电路直接传送给单片机，然 后经过单片机的计数器对其计数，最后由数字显示电路显示所测得信号的数值。 第三章 系统硬件设计 3.1 系统设计概述 本频率计的设计以AT89S52 单片机作为核心部件。它由主芯片控制模块、放大整形模块以 及可控制的数字显示电路组成。 主芯片控制模块基于AT89S52 单片机来完成对被测信号的计数，译码以及显示控制，利用 它内部的定时/计数器来测量待测信号的频率以及周期。 放大整形模块：通过放大电路对被测信号放大，增强信号，使得芯片能正常测得信号的频 率。整形电路即是将被测信号转化为方波信号，使得单片机更好的测量。

显示模块：采用八位数码管显示模块进行显示。 系统框图如图3-1。 图3-1 系统设计框图 3.2 主芯片模块 3.2.1 AT89S52 系列单片机芯片介绍 AT89S52 是由美国ATMEL 公司生产的52 单片机的一种型号。这种单片机属于八位单片机，内部 采用CMOS 门电路。这种电路采用低电压，性能高。拥有32 个并行IO 个中端口，3个16 定时/计数器，一个全双工串行口，2个地址口。目前主要的厂商有Atmel、Philips、winbond、SST 等等，生产的芯片兼容MCS-51 指令。 在此设计方案中，AT89S52 单片机的P0 口和P2 作为接收数据端口，将RP1 的输入端与P0 各引脚连接起来，作为段驱动；而P2口与数码管连接作为位驱动。P3 口采用第二功能，使P3.4 AT89S52电路 3.2.2AT89S52 主要功能特性 （1）与MCS51指令系统兼容 （2）具备8K的Flash 闪速存储器 （3）拥有32个准双向的输入/输出接口 （4）256字节的内部RAM （5）3个16位定时/ 计数器 （6）全静态操作可接受频率为0-33MHz （7）8个中断源 （8）拥有全双工UART串行通道 （9）掉电模式和低功耗空闲 （10）看门狗定时器 3.2.3 引脚功能 （1）主电源及地引脚 Vcc：电源电压 GND：地 （2）晶振引脚 XTAL1(19脚)：内部反相放大器输入端。

XTAL2(20脚)：内部反相放大器输入端。 （3）并行输入/输出引脚 P0.0~P0.7(32~39脚)：8位漏极开路的三态双向输入/输入口。 P1.0~P1.7(1~8脚)：8位带有内部上拉电阻的准双向输入/输出口。具有第二功能。 P2.0~P2.7(21~28脚)：8位带有内部上拉电阻的准双向输入/输出口。 P3.0~P3.7(10~17脚):8位带有内部上拉电阻的准双向输入/输入口。具有第二功能。 3.3 放大整形模块 3.3.1 信号放大电路 本次信号放大电路选用OP37 芯片为核心的反相放大电路，如图3-2 所示。OP37 是低噪声、 精密、高速运算放大器的一款芯片，不仅具有OP07 的低失调电压和漂移特，而且速度更高、噪 声更低，能够使低电平信号得到精确的高增益放大。它的增益带宽拓宽到 63MHZ，远远高于设 计要求。本电路的电压增益如公式（3）： ViVo Av 图3-2放大电路 3.3.2 整形电路 在此设计中，选用可重复触发的单稳态电路74HC00 实现，脉冲信号直接作为单稳态电路的 触发方式。如图3-3 所示： 图3-3 整形电路 通过74HC00 和74HC05 串联将经过放大电路后的脉冲直流信号整形成矩形脉冲。

如图3-4 所示： 图3-4 整流波形 输入端与非门组成。74HC05由六组反相器组成。74HC00 与74HC05 串联构 成斯密特触发器。斯密特触发器是一种阀值开关电路，具有突变输入-输出特性。常用于设计成 输入电压出现微小变化而引起的输出电压的改变。其工作原理为：当输入电压由低增加，到达 正向阀值电压 vT ，输出电压发生突变；当输入电压由高减少，到达负向反向阀值电压 输出电压发生突变。接入74HC05 是因为触发器的滞后特性数字频率计设计毕业论文，使波形的上升或下降沿变得陡直。原理为：当输入 电压Vi 上升到正向阀值电压 vT 时，触发器翻转，输出负跳变（低电平）；过了一段时间电压 降到 vT 时，输出电压并不回到初始状态而需输入电压继续降到 时，输出电压才翻转至高电平。滞后电压为公式（4）： 3.4数字显示模块 本设计的显示模块是采用 LED 数码管，将八个数码管串接起来实现显示功能，显示的数据即为 测量的频率。如图3-5 所示： 图3-5 数字显示模块 显示的数据以BCD 码的方式存放在单片机RAM 存储器中。LED 动态显示流程：位选码和段选码 初始化，分别送入单片机端口，通过查表将存储器中的数据送LED 显示；然后通过调用延时程序， 指向下一显示单元，最终所有位显示完退出。

其LED 动态显示流程图如图3-6 所示。 图3-6LED 动态显示流程图 3.4.1 数码管结构 单片机应用系统中使用最多的是7 段LED，它可以显示十进制数字和一些英文字母。7 段LED 个条形发光二极管和一个小数点构成的，实物如图3.7 所示。从图中可以看出，7 段LED数码管显示器。 图3-7 八段数码管实物 段共阳极LED数码管中，发光二极管的阳极为公共端，接高电平+5v。当某个发光二极管的阴 极为低电平时，发光二极管导通，该字段导通；反之，发光二极管截止，该字段不发光。引脚结构 如图3-8 所示。 图3-8数码管引脚结构图 段共阴极LED数码管中，发光二极管的阴极为公共端，接GND。当某个发光二极管的阳极为高 电平时，发光二极管导通，该字段导通；反之，发光二极管截止，该字段不发光。内部结构如图3-9 所示。 3-9 数码管共阴/共阳极内部结构图 3.4.2 数码管显示方式 在现实的单片机使用中，往往使用多个LED 数码管来显示一位以上的数据和字符串。当I/O 不够用的时候，我们就需要设计显示电路来显示数码管的各个段码，然后经程序的控制，显示我们想要的字符。 对于多个LED 数码管并用的时候，有两种显示方式，即静态显示和动态显示。