I
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。
关键字:单片机,频率计,测量
II
目录
第 1 章 引言..................................................................................................................1
第 2 章 方案论证..........................................................................................................2
2.1 数字频率计设计的几种方案 .............................................................................2
2.2 几种方案的优劣讨论 .........................................................................................3
2.3 本次设计采用的方案 .........................................................................................3
第 3 章 系统硬件设计..................................................................................................4
3.1 数字频率计工作原理 .........................................................................................4
3.1.1 一般数字式频率计的原理 .......................................................................4
3.1.2 基于单片机的数字频率计原理 ...............................................................4
3.2 电路原理图 .........................................................................................................5
3.3 放大整形电路 .....................................................................................................6
3.3.1 放大整形电路的必要性 ...........................................................................6
3.3.2 放大整形电路的原理 ...............................................................................6
3.4 分频电路 ...........................................................................................................10
3.4.1 分频电路介绍 .........................................................................................10
3.5 四选一电路 .......................................................................................................11
3.6 单片机 ...............................................................................................................13
3.7 显示电路 ...........................................................................................................14
3.7.1 显示原理 .................................................................................................14
3.7.2 显示电路图 .............................................................................................16
3.8 电路 PCB 板......................................................................................................18
第 4 章 系统软件设计................................................................................................20
4.1 测频软件实现原理 ...........................................................................................20
4.2 软件流程图 .......................................................................................................20
4.3 几个重要的分程序 ...........................................................................................21
第 5 章 系统的仿真和调试........................................................................................34
5.1 硬件电路的仿真 ...............................................................................................34
5.2 误差分析 ...........................................................................................................37
结束语 .............................................................................................................................38
III
参考文献 .........................................................................................................................40
致谢 .................................................................................................................................41
附录 .................................................................................................................................42
附录一:系统整体电路图 ......................................................................................42
附录二:电路 PCB 图.............................................................................................42
附录三:系统整体程序 ..........................................................................................44
外文资料原文 .................................................................................................................60
翻译文稿 .........................................................................................................................63
第 1 章 引言
1
第1章 引言
随着电子信息产业的发展,信号作为其最基础的元素,其频率的测量在科技
研究和实际应用中的作用日益重要,而且需要测频的范围也越来越宽。传统的频
率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成,产品不但体积较大,
运行速度慢,而且测量范围低,精度低。因此,随着对频率测量的要求的提高,
传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求。因此我们需要寻找一种新的测
频的方法。随着单片机技术的发展和成熟,用单片机来做为一个电路系统的控制
电路逐渐显示出其无与伦比的优越性。因此本论文采用单片机来做为电路的控制
系统,设计一个能测量高频率的数字频率计。用单片机来做控制电路的数字频率
计测量频率精度高,测量频率的范围得到很大的提高。
本论文的任务是设计一个基于单片机技术的数字频率计。主要介绍了整形电
路、控制电路和显示电路的构成原理,以及其测频的基本方法。进行了相应的硬
软件设计。
第 2 章 方案论证
2
第2章 方案论证
2.1 数字频率计设计的几种方案
测量频率的方法有很多种,主要分为模拟法和数字法两大类,因为本次设计
的要求和环境,现在主要讨论数字法中的电子计数式的几种测频方法。
电子计数式的测频方法主要有以下几种:脉冲数定时测频法(M 法),脉冲周期
测频法(T 法),脉冲数倍频测频法(AM 法),脉冲数分频测频法(AT 法),脉冲平均
周期测频法(M/T 法),多周期同步测频法。下面是几种方案的具体方法介绍。
脉冲数定时测频法(M 法):此法是记录在确定时间 Tc 内待测信号的脉冲个数
Mx,则待测频率为:
Fx=Mx/Tc (2-1)
脉冲周期测频法(T 法):此法是在待测信号的一个周期 Tx 内,记录标准频率
信号变化次数 Mo。这种方法测出的频率是:
Fx=Mo/Tx (2-2)
脉冲数倍频测频法(AM 法):此法是为克服 M 法在低频测量时精度不高的缺
陷发展起来的。通过 A 倍频,把待测信号频率放大 A 倍,以提高测量精度。其待
测频率为:
Fx=Mx/ATo (2-3)
脉冲数分频测频法(AT 法):此法是为了提高 T 法高频测量时的精度形成的。
由于 T 法测量时要求待测信号的周期不能太短,所以可通过 A 分频使待测信号的
周期扩大 A 倍,所测频率为:
Fx=AMo/Tx (2-4)
脉冲平均周期测频法(M/T 法):此法是在闸门时间 Tc 内,同时用两个计数器
分别记录待测信号的脉冲数 Mx 和标准信号的脉冲数 Mo。若标准信号的频率为 Fo,
则待测信号频率为:
Fx=FoMx/Mo (2-5)