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基于单片机的数字频率计设计_.doc
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基于单片机的数字频率计设计_.doc
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基于单片机的数字频率计设计
摘 要
随着电子信息产业的不断发展,信号频率的测量在科技研究和实际应用中的
作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的,这
种电路一般运行缓慢,而且测量频率的范围比较小。考虑到上述问题,本论文设
计一个基于单片机技术的数字频率计。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。
目录
第一章 前言--------------------------------------------------------1
1.1 频率计概述 -----------------------------------------------------1
1.2 频率计发展与应用----------------------------------------------
1.3 频率计设计内容-----------------------------------------------
第二章 系统总体方案设计-------------------------------------------
2.1 频率测量原理---------------------------------------------------
2.2 频率测量方法---------------------------------------------------
2.4 设计模块-------------------------------------------------------
第三章 硬件电路的具体设计-----------------------------------------
3.1 信号处理电路---------------------------------------------------
3.1.1 放大整形电路的必要性------------------------------------------
3.1.2 放大整形电路的原理 -------------------------------------------
3.2 分频模块设计 --------------------------------------------------
3.3 单片机控制模块 ----------------------------------------------
3.3.1 AT89C52 简介 ----------------------------------------------
3.4 ADC0832 简介与应用 ------------------------------------------
3.4.1 ADC0832 简介 ----------------------------------------------
3.4.2 ADC0832 特点 ----------------------------------------------
3.4.3 单片机对 ADC0832 的控制--------------------------------------
3.5 显示模块 -----------------------------------------------------
第四章 系统的软件设计---------------------------------------------
第五章 频率计的系统调试 ------------------------------------------
5.1 放大整形电路调试-----------------------------------------------
5.1.1 放大电路调试 ----------------------------------------------
5.1.2 整形电路调试 ----------------------------------------------
5.2 分频电路调试 ----------------------------------------------
5.3 软件调试 -----------------------------------------------------
5.3.1 Pouteus 软件调试--------------------------------------------
5.3.2 ------------------------------------------------------------
第一章 前言
频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强,
易于传输,因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展,频率测量
成为一项越来越普遍的工作,测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。
1.1 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。传统的频率计采用测频法测量频率,通
常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成,产品不但体积大,运行速度慢
而且测量低频信号不准确。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计,测
量准确度高,体积小等优点。
1.2 频率及发展与应用
在我国,单片机已不是一个陌生的名词,它的出现是近代计算机技术的里程
碑事件。单片机作为最为典型的嵌入式系统,它的成功应用推动了嵌入式系统的
发展。单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一个
重要分支,其应用范围很广,发展也很快,它已成为在现代电子技术、计算机应
用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及
的一项新兴技术,应用范围十分广泛。其中以 AT89C52 为内核的单片机系列目
前在世界上生产量最大,派生产品最多,基本可以满足大多数用户的需要。
1.3 频率计设计内容
利用电源、单片机、分频电路及数码管显示等模块,设计一个简易的频率计
能够粗略的测量出被测信号的频率。 参数要求如下:
1.测量范围 1HZ—50kHZ;
3.可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形;
2.用液晶显示屏显示测量值。
第二章 系统总体方案设计
2.1 频率测量原理
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。也就是在给定的 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。
2.2 频率测量方法
频率测量是电子测量领域的最基本测量,通常有两种方法。
(1)计数法。指在一定的时间间隔 T 内,对输入的周期信号脉冲计数为 N,
则信号的频率为 F=N/T。测量的相对误差为 1/N*100%。这种方法适合于高频测量,
信号的频率越高,相对误差越小。
(2)测周法。这种方法用计量在被测信号一个周期内频率为 f 的标准信号的
脉冲数 N 来间接测量频率,F=f/N。显然,被测信号的周期越长(频率越低),
测得的标准信号的脉冲数 N 越大,相对误差越小。
2.3 总设计思路
频率计是我们经常会用到的实验仪器之一,频率的测量实际上就是在单位时
间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。本文介绍了一种基于单片机
AT89C52 制作的频率计的设计方法,所制作的频率计测量比较高的频率采用计数
法,测量较低频率值时采用测周法。该频率计实现 1HZ~50KHZ 的频率测量, 可
以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。
2.4 设计模块
根据上述系统分析,频率计系统设计共包括四大模块:单片机控制模块、放
大整形模块、分频模块及显示模块。
各模块作用如下:
1、单片机控制模块:以 AT89C52 单片机为控制核心,来完成它待测信号的
计数,译码,和显示以及对分频比的控制。利用其内部的定时/计数器完成待测
信号周期/频率的测量。单片机 AT89C52 内部具有 2 个 16 位定时/计数器,定
时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功
能。
2、放大整形模块:放大电路是对待测信号的放大,降低对待测信号幅度的
要求。整形电路是对一些不是方波的待测信号转化成方波信号,便于测量。
3、分频模块:考虑单片机外部计数,使用 12 MHz 时钟时,最大计数速率为
500 kHz,因此需要外部分频。分频电路用于扩展单片机频率测量范围,并实现
单片机频率测量使用统一信号,可使单片机测频更易于实现,而且也降低了系统
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