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基于89C51的数字频率计.pdf
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单片机系统课程设计
单片机系统 课程设计任务书
学生姓名
题 目
课题性质
指导教师
工程设计
XX 专业班级 XX 学号 XX
基于 89C51 的数字频率计
课题来源
XXXXX
利用 89C51 单片机设计一个数字频率计,实现功能如下:
主要内容
(参数)
1、通过定时器计数方式产生频率信号。
2、有足够宽的测量范围,测试结果通过 LED 数码管显示。
3、能够测量正弦信号,方波信号以及其他各种单元时间内变化的物理量。
第 1-2 天:熟悉课程设计任务及要求,查阅技术资料,确定设计方案。
第 3-4 天:按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图,元件及
任务要求
(进度)
元件参数选择要有依据,各单元电路的设计要有详细论述。
第 5-6 天:软件设计,编写程序。
第 7-8 天:实验室调试。
第 9-10 天:撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格
式规范、方案合理、设计正确,篇幅合理。
[1]张毅刚.单片机原理及应用(第 2 版)北京:高等教育出版社,2010
主要参考
资料
审查意见
系(教研室)主任签字: 年 月 日
[2]伟福 LAB6000 系列单片机仿真实验系统使用说明书
[3] 阎石.数字电路技术基础(第五版).北京:高等教育出版社,2006
自拟
1
单片机系统课程设计
目录
1 引言
............................................................3
2 系统概述
........................................................3
2.1 频率测量原理 ................................................3
2.2 方案比较 ....................................................3
2.3 方案选择.....................................................4
3 系统硬件设计
...................................................4
3.1 系统硬件总述 ................................................4
3.2 信号输入电路 ................................................5
3.3 开关电路 ....................................................7
3.4 计数电路 ....................................................7
3.5 AT89C51 介绍.................................................8
3.6 数字频率计显示电路 ..........................................9
3.7 时钟控制电路 ...............................................10
4.系统软件设计
.................................................11
4.1 系统软件总述 ...............................................11
4.2 显示器初始化设计 ...........................................12
4.3 计数子程序 .................................................13
4.4 数制转换子程序设计 .........................................14
4.5 显示子程序设计 .............................................15
5 系统的功能调试
................................................16
6 结论
...........................................................18
参考文献
.........................................................18
附录 A..........................................................19
附录 B..........................................................19
2
单片机系统课程设计
1 引言
单片机是 20 世纪中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块,具
有功能强、体积小、可靠性高、价格低廉等特点,在工业控制、数据采集、智能
仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛的应用,极大的提高了这些领域
的技术水平和自动化程度。
51 系列单片机是国内目前应用最广泛的一种 8 位单片机之一,随着嵌入式
系统、片上系统等概念的提出和皮鞭接受及应用,51 系列单片机还会在今后很
长一段时间占据嵌入式系统产品的低端市场,因此,作为新世纪的大学生,在信
息产业高速发展的今天,掌握单片机的基本结构、原理和使用时非常重要的。
数字频率计是数字电路中的一个典型应用,实际的硬件设计用到的器件较
多,连线比较复杂,而且会产生比较大的延时,造成测量误差、可靠性差。随着
复杂可编程逻辑器件(CPLD)的广泛应用,以EDA 工具作为开发手段,运用汇编
语言。将使整个系统大大简化。提高整体的性能和可靠性。
2 系统概述
2.1 频率测量原理
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量
其他信号的频率。通常情况下,计算每秒内待测信号的脉冲个数,此时称闸门时
间为 1 秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长,得到的频率值就越
准确,但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短,测的频率
值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号
频率的仪器,被测信号可以是正弦波,方波或其它周期性变化的信号。
2.2 方案比较
数字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。
方案(一):采用分立式元器件,运用数字电路技术,可以设计出数字频率
计,原理框图如图 2-1 所示。
3
单片机系统课程设计
传统的数字频率计大多采用 74LS 系列数字集成电路直接测频,在使用过程
中存在电路结构复杂,测量精度低、故障率高、维护不易等问题。
图 2-1 方案(一)原理框图
方案(二)采用 51 单片机作为控制器,运用较少的外围器件就可以设计出
数字频率计。原理框图如图 2-2 所示。
本设计是以单片机为主再附加一些外围电路来设计数字频率计,通过单片机
的软件设计,采用适当的算法,取代很多以前用硬件实现的电路,这不仅能弥补
以往频率计测量精度低、故障率高、维护不易等不足,而且性能也得到了很大的
提高。
图 2-2 方案(二)原理框图
2.3 方案选择
对于生活上的简单用用而言,方案二完全符合应用要求,况且性价比更高一
些,有实际的研究价值,故选择方案(二)。
3 系统硬件设计
3.1 系统硬件总述
本课题设计的频率计由单片机 AT89C51 、计数器 74HC393 、分频器 MB501
以及时钟晶振等构成。利用外扩的计数器 74HC393 和单片机 AT89C51 内含的 16
位计数器来构成多位计数器对待测信号计数。采用的双四位二进制计数器
74HC393 最高计数频率可达 39MHz。若先对外部信号进行分频计数,再利用
4
单片机系统课程设计
AT89C51 对所测信号进行相对应的扩频,这样可使频率计的最高测量频率达 GHz
数量级范围,由此 达 到频率 计测量的 范围的 要求。该频 率计测 量范围为
10Hz,2.0GHz ,分 2 个频段实现。(1) 1Hz,60MHz (2) 50MHz,2.0GHz。
如图 3-1 所示,为频率计的原理
(1)信号输入电路:此部分包括两个小部分,第一部分是信号保护电路,是有
两个反向并联的二极管组成。第二部分是由三极管、电容、电阻、电感组成的放
大电路,用来提高输入阻抗和放大前级提供的微弱信号。
(2)分频电路:这部分只用于信号>50MHz 的电路,实现对高频信号的分频。
(3)闸门选择电路:该频率计有两个信号输入端口,工作时先根据被测频率的
大小来判断闸门电路应该与哪个端口电路接通,这样测出的频率比较精确
(4)计数器:由四块双四位二进制计数器 74HC393、单片机 AT89C51 内部计数
器 T0 共同构成,其中 AT98C51 内的计数器被设置成 16 位计数器。
(5)时钟提供:单片机频率计的关键在于时基信号的准确性和稳定性,它决定
频率计的技术精度。
(6)显示:当待测信号的频率被测量出后由显示模块 1602LCD 显示出来。
图 3-1 频率计原理方框图
3.2 信号输入电路
本频率计的输入电路分两个量程,分别对应两个频段。图3-2 为信号输入 1
通道的电路图,其测量范围是 1Hz,60MHz,图 3-3 为信号输入 2 通道的电路图,
其测量范围是 50MHz,2.0GHz。输入电路主要完成对被测信号的限幅、放大、整
形与转换作用。
(1)信号输入 1 通道电路
信号输入 1 通道电路中,首先采用两个二极管对幅度较大的输入信号进行限
5
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