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单片机课程设计-频率相位表.doc
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单片机课程设计-频率相位表
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课程设计任务书
学生姓名: 专业班级: 电子信息工程 0905
指导教师: 工作单位: 信息工程学院
题 目: 频率/相位表的设计与实现
初始条件:
(1)protues 、keil 等软件;
(2)先修课程:数字电子技术、模拟电子技术、单片机。
要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写
等具体要求)
(1)课程设计时间: 1 周;
(2)课程设计题目:频率/相位表的设计与实现;
(3)题目具体要求:
输入两路方波信号,测量信号的频率和信号的相位差,能显示频率值和相位差
值,相位 0 到 360
0
,在满足精度的前提下分析和证实系统的测量范围。
(4)课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写,
并标明参考文献至少 5 篇;
(5)写出本次课程设计的心得体会(至少 500 字)。
时间安排:第 19 周
参考文献:康华光.电子技术基础(模拟部分)北京:电子工业出版社,2004
李群芳.单片微型计算机与接口技术 北京:电子工业出版社,2010
John G. Proakis.Digital Communications. 北京:电子工业出版社,2011
指导教师签名: 年 月 日
系主任(或责任教师)签名: 年 月 日
武汉理工大学《单片机原理与应用》课程设计
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1
1、设计原理......................................................................................................................................2
1.1 测频原理分析......................................................................................................................2
1.1.1 直接测频法:...........................................................................................................2
1.1.2 测周法:...................................................................................................................2
1.1.3 等精度测频法(相关计数测频法).......................................................................2
1.2 测频方案比较与选择:......................................................................................................2
1.3 测相原理分析.....................................................................................................................3
1.3.1 相位-电压转换法 .....................................................................................................3
1.3.2 计数法:..................................................................................................................3
1.3.3 测相方案选择...........................................................................................................4
1.3.4 具体实现方法...........................................................................................................4
2、系统硬件设计原理图..................................................................................................................4
2.1 altium designer 原理图.......................................................................................................4
2.2 protues 仿真原理图............................................................................................................5
3、程序框图......................................................................................................................................6
4、资源分配表..................................................................................................................................7
5、 设计结果....................................................................................................................................7
5.1 仿真结果.............................................................................................................................7
5.2 实物测试结果:.................................................................................................................9
6、性能分析....................................................................................................................................11
6.1 仿真结果分析....................................................................................................................11
6.2 实物结果分析...................................................................................................................11
7、频率测量设计二........................................................................................................................11
7.2 设计原理图.....................................................................................................................12
7.2 仿真测试:.......................................................................................................................12
7.3 误差分析...........................................................................................................................15
8、总结与心得体会........................................................................................................................16
9、参考文献....................................................................................................................................17
10、附录一:设计一源程序..........................................................................................................18
11、附录二设计一原理图..............................................................................................................21
12、 附录三设计一 PCB ...............................................................................................................22
13、附表..........................................................................................................................................23
武汉理工大学《单片机原理与应用》课程设计
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1、设计原理
1.1 测频原理分析
频率测量的常用方式有直接测频法、测周法和等精度测量法。
1.1.1 直接测频法:
在确定的闸门时间 T 内,利用计数器对待测信号进行计数,根据所得
计数值 N,由公式 计算出被测脉冲的频率。
1.1.2 测周法:
以待测信号为门限,已知频率 M 的高频脉冲为标频,用计数器记录在
此门限内标频的脉冲数 N,由公式 得待测信号频率。
1.1.3 等精度测频法(相关计数测频法)
此方法和测周法很相似,但其测量时间并不是被测信号的一个周期,
而是人为设定的一段时间。闸门的开启和闭合由被测信号的上升沿来控制,
测量精度与被测信号频率无关,因此可以保证在整个测量频段内的测量精
度保持不变。
在这里,同时使用两个计数器分别对待测信号 和频标信号 在设定
的精确门内进行计数, 的上升沿触发精确门。若两个计数器在精确门内
对 和 的计数值分别为 M 和 N,则待测信号的频率为: 。
1.2 测频方案比较与选择:
直接测频法电路结构简单,软件易于实现,较适合于高频信号的测量,
但对低频信号的测量的精度很低。
测周法:当被测信号频率较低时,用此方案可获得较高的精度,而当
/
x
f N T=
/
x
f M N=
x
f
m
f
x
f
x
f
m
f
x m
M
f f
N
=
武汉理工大学《单片机原理与应用》课程设计
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被测频率过高时,由于测量时间不够,导致精度较低。
等精度测量法要求提高较高的时钟频率作为频标信号,对微处理器的
处理速度有较高的要求。
方案选择:
由于在本课设中使用的是 MCS-51 单片机,八位处理器,所测信号频率
多在低频可以获得较高的精度,所以,选择方案一:直接测频法。
具体实现方法是:定时器 T0 工作在定时模式,选择工作方式 1,16 位
定时器,初值为 0,则在单片机时钟频率 f=12MHz 的前提下,每执行一条机
器周期的指令是 1us,所以,利用门控位,gate=1 时,定时器 T0、T1 的启
动依靠 TR0、TR1 和外部中断的高电平。当输入在外部中断 0 的被测脉冲由
低电平到高电平时,触发定时器 T0,T0 开始计数,当被测方波由高电平转
到低电平时,触发外部中断 0,在外部中断 0 服务程序中停止定时器 0 计数,
此 时 T0 的 溢 出 次 数 为 m, 保 存 此 时 的 TH0 和 TL0 ; 则 方 波 周 期 为 :
,取其倒数即是被测方波的频率。
1.3 测相原理分析
1.3.1 相位-电压转换法
相位-电位转换法的原理就是通过将相位转换为电压量来测量,具体实
现有两种方式:
1.3.1.1 鉴相-低通滤波法:
待测的两路信号分别经过电压比较器整形为方波信号,然后送到鉴相
器,将相位转换为电压,电压的直流成分反映了两路信号的相位差。然后
将输出电压经过低通滤波器取出直流成分,送到 A/D 转换器进行数据采集,
就能计算出两路信号的相位差。
1.3.1.2 积分法:
将异或鉴相器输出的异或脉冲送到积分器积分,当积分电压达到设定
2 ( 65536 0 256 0)T m TH TL= ´ ´ + ´ +
武汉理工大学《单片机原理与应用》课程设计
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值时,再通过一个回路放电,并测量充电、放电的时间 T1,T2。
1.3.2 计数法:
计数法的思想是将相位量转换成数字脉冲量,然后对数字脉冲进行测
量而得到相位差。
1.3.3 测相方案选择
由于相比于相位-电压转换法,计数法更适合于 MCS-51 来实现。所以
在本设计中采用计数法。
1.3.4 具体实现方法
将两路同频不同相的方波信号异或后得到的脉冲宽度 t 与方波信号的
周期 T 的比值,即对应为两信号的相位差,此时相位为
360 ( )
t
T
j
= °´
,其
中 t 可通过定时器 1 和外部中断 1 的联合使用来确定。T 是所测量出来的周
期值。
2、系统硬件设计原理图
2.1 altium designer 原理图
图 1
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资源评论
- m0_707037652024-01-15这个资源总结的也太全面了吧,内容详实,对我帮助很大。
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