(毕业论文)数字频率计(单片机).docVIP

1 前言 随着电子技术的不断发展，各种电子产品也层出不穷，种类繁多。但是每一种产品开发时都应该少不了对信号的检测，而检测信号的频率也是其中重要指标之一。本设计设计的目的就是要设计出一种高效，高精度，价格便宜符合广大群众要求的数字频率计。 本设计主要由波形整形电路，单片机电路，量程指示及数字显示电路三大部分组成。测量对象可以是方波，正弦波，三角波。 本设计以单片机位核心，单片机可以快速，精确地测出信号的频率，并且可以用直观的数字显示出来。用单片机制作的数字频率计所需要的硬件要求比较简单，维修方便。利用单片机的软件部分可以实现测量不同频率范围，本设计的测量范围为1HZ-10KHZ，10KHZ-100KHZ,100KHZ-1MHZ三个量程。该电路还可以通过编程达到自动调节测量信号的量程，该电路软家调试简单，实用性高，价格低廉！ 本设计使用了美国ATMEL公司生产的AT89S51，AT89S51是低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中。 2 总体方案设计 2.1方案比较 方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。其原理框图如图2.1所示： 图2.1 方案一原理框图 方案二：本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分。其原理框图如图2.2所示： 图2.2 方案二原理框图 2.2 方案论证 方案一：本方案主要以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。 方案二：本方案使用大量的数字器件，被测信号经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率与被侧信号的频率相同。同时时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率Fx = NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，是显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。 2.3方案选择 比较以上两种方案可以知道，方案一的核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，调试简单只要改变程序的设定值则可以实现不同频率范围的测试能自动选择测试的量程。与方案一相比较方案二则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。如要测量高频的信号还需要加上分频电路，价格相对高了点。基于上述比较，所以选择了方案一。 3 单元模块电路设计 3.1信号放大电路 放大整形电路由晶体管3DG100与74LS00等组成，其中3DG100组成放大器将输入频率为Fx的周期信号如正弦波，三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。其电路图如图3.1所示： 图3.1 信号放大整形电路 利用ISIS仿真软件，上面的信号代表的是输入信号，下面信号代表的是输出信号。当输入信号为正弦波时，可以得到如图3.2所示的方波输出信号。 图3.2 信号整形后的波形 3.2单片机复位电路 复位是单片机的初始化操作，只要给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号，就可使MCS—51单片机复位。复位的主要功能是把PC初始化为0000H，使MCS—51单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键重新启动。 单片机的复位电路通常采用上电复位和按钮复位的两种方式。本设计采用图3.3上电复位电路.上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。 图3.3 单片机复位电路 除PC之外，复位操作还对其它寄存器有影响，其复位状态如表3.1所示： 表3.1 复位时片内各寄存器的状态 寄存器 复位状态 寄存器 复位状态 PC 0000H TMOD 00H Acc 00H TCON 00H PSW 00H TH0 00H B 00H TL0 00H SP 07H TH1 00H DPT