毕业设计（论文）-基于单片机的数字频率计设计精选.doc

目 录 摘 要 1 前 言 2 1数字频率计的概述 3 1.1频率计定义及组成 3 1.2问题及处理方法 4 1.3测量方法的分析 4 2总体设计方案及原理 8 2.1设计方案及原理 8 2.2基本电路设计 9 3硬件设计 13 3.1电源电路 13 3.2信号调理电路 13 3.3信号调理芯片 16 3.4单片机 18 3.5数据显示部分 21 4 系统软件设计 23 4.1系统软件框 26 4.2子程序流程图 27 结 论 29 致 谢 30 参考文献 31 附 图 32 摘 要 本设计是以MCS-51为核心的单片机设计，在单片机设计中应用单片机的数字运算和控制功能实现了量程的自动切换，满足了其设计任务书的基本要求和发挥部分的要求。 数字频率计在电子、通讯等领域中的实验、研究开发、生产用途非常的广泛，它可以由逻辑电 组成，也可以用单片机控制。由逻辑电路组成的频率计，结构复杂，组装、调试比较麻烦；由单片机控制的频率计，数据采集、计算、译码及量程的自动转换，都可以由CPU来完成，简化了电路，提高了系统的可靠性。 关键字：单片机 电子测量 数字化测量方法 前 言 随着社会的发展，频率计的使用范围也越来越广，所以更需要可对频率计进行改进，应该从设计、设备、人员、技术等多方面深入研究和探讨。MCS-51为核心的单片机设计，在单片机设计中应用单片机的数字运算和控制功能实现了量程的自动切换，满足了其设计任务书的基本要求和发挥部分的要求。所以我们应理解并确认数字频率计应该具备全部测量功能，以及对测量精度的要求，即： 、、、、≤0.1%；测占空比的误差：≤1%。 其次还要抓住设计中应当关心的几项主要技术指标，即： a.被测信号的频率范围：1HZ～1MHZ（基本要求）；0.1HZ～10MHZ（发挥要求）。 b.被测脉冲信号的宽度：≥100us。1～10s之间连续可调。 1数字频率计的概述 1.1频率计定义及组成 频率计为单位时间内输入信号周期性变化的次数。数字频率计就是在一秒标准时间内测出信号周期性变化次数，然后以数字的形式显示出来。 利用定时器/计数器测量脉冲频率F和周期T的原理电路如图1所示。它由放大整形电路、晶体振荡器、分频器、主闸门计数器、显示器以及控制与处理部分组成。晶振产生一固定频率的正弦波，经过整形变成标准时钟信号，再经过分频器生成不同频率的标准时基脉冲信号，构成时标发生器。 在测量频率时，S1打向a，S2打向b，将分频后的时标信号作为闸门启闭的控制信号。闸门实际上是一个二输入与门电路：当控制信号为低电平时，与门被封锁，输出恒为低电平，被测信号不能通过；当控制信号为高电平的时候，与门打开放行被测信号。设作为闸门控制信号的时标信号的定时时间为，在时间内对被测信号脉冲的计数值为M，则F=M/（对应周期为1/），在被测信号的一个周期内所计得的标准脉冲数为M，则Tx=M/（=M） 图1.1 系统硬件框图 1.2问题及处理方法 测量频率是在某单位时间内对被测信号的脉冲进行计数，测量周期是在被测信号周期内对某一标准脉冲信号进行计数，两者都要解决闸门启闭的定时控制和对脉冲的计数两个问题。 在闸门启闭的定时时间一定的条件下，为了减小相对量化误差，被测信号频率比较高的时候，宜测其频率；被测信号频率较低时，宜测其周期。 在MCS-51单片机中，测量频率是在单位时间内对外部输入的脉冲信号进行计数，测量周期则是在外部输入信号的一个周期内对自身的时钟信号进行计数。利用MCS-51单片机测量频率和周期时，原理性量化误差同样是无法改变的。对于闸门启闭的定时控制和脉冲计数，则既可以用硬件方法，也可以用软件方法，或兼用二者来解决。 1.3测量方法的分析 1.3.1直接测量法 众所周知，依据基本原理所实现的频率、周期以及脉冲宽度的数字化测量是一种直接测量法，由于该方法比较简单，若能够满足本题任务的要求则应作为首选方案。考察中应分析该方法的测量精度是否能够满足任务书的要求，是否便于扩充以满足发挥部分提出的各项附加要求。由于目前还处于顶层阶段，所以对测量精度的分析只需要做一个概率的估计，即仅考虑±1量化误差的影响，而将系统频率基准或时间基准的误差暂时忽略不计，输入通道的触发误差也暂时忽略不计。 通过对测频、≤0.1%的要求。具体说，对测频在低频端1HZ，即使闸门时间取最大值10s，也只能计得10个数，但由于±1量化误差的存在，使这时的相对测试误差大到±10%。类似地，对于测周期在高频端1MHZ，即使时标频率采用10MHZ，当被测信号为1MHZ时也只能计得十个数；而被测信号为10MHZ时则只能计得一个数。这时由于±1量化误差而导致的相对测试误差分别大到±10%和±100%！由上述分析可知，为了满足测试精度的要求，不能简单地采用频率与周期的直接测量法，需要寻