基于单片机的简易数字频率计的设计报告.doc

PAGE1 / NUMPAGES26 基于单片机的简易数 字频率计设计报告 课程设计名称： 近代电子学实验 设计项目名称： 简易数字频率计设计 专业班级： 电子信息科学与技术08级1班 学生姓名： 魏正武 龚浪 班立恒 指导教师： 李良荣 理学院 完成时间：2010年12月21日 设计题目 简易数字频率计的设计 参与成员 魏正武 龚浪 班立恒 设计要求 设计一个自动量程数字频率计，其要求如下： 显示位数：6位，最大显示数。 自动量程要求：计数器大于时（溢出）量程自动升高一档，输入被测电压：1Hz-1MHz方波或正弦波，幅度为10mv-3v（有效值）。 计过程 测量原理： 原理图如如图1-1所示 频率测量部分：本设计方案的同样采用常规的测量方法，即在单位时间内对待测信号的脉冲边沿（上升沿或下降沿）进行计数，频率测量的硬件电路如图所示，其主要由以下几部分组成：分频控制电路、单片机控制部分、计数与显示电路。单片机控制部分主要完成测量过程的控制、测量结果的处理和显示。单片机选用AT89C52，其中P3.1（T1）用于输入待测信号，一次计数完成后，单片机对计数值进行运算处理，并送往8位锁存器74LS273。AT89C52 P0口用于和74LS273相连，LED数码管显示与锁存器端口电平相对应的数字。如图1-1所示，待测频率信号经放大、整形后输入到单片机AT89C52的T1引脚（ AT89C52T1的内部集成了二个16位定时/计数器T0和T1，当对外部脉冲进行计数时，外部脉冲接T0/T1）。但是，对于工作在12MHz晶振下的AT89C52来说，能识别的最高频率为机器周期的1/2，也就是晶振的1/24，因此，当待测频率高于500K时，需要对待测频率进行分频。分频的常用方法是利用计数器，本方案中用了两片十进制计数器74LS90进行10分频和100分频。被测频率的数据经AT89C52的输出口送到LCD显示器或数码显示管显示，当需要显示复杂图形或字符时应选择LCD显示器（本设计方案中对用数码管显示和用LCD显示器显示都进行了设计），数据显示方面，对于数码管而言，可用动态扫描和锁存输出，为了保证数据显示时的稳定性，本方案中的数码管显示部分采用了锁存输出的方式。对于LCD显示器而言，则需要靠编程实现。在量程精度和附加功能方面的设计，本方案采用了6个7段数码管显示数据，测量范围为1Hz-10MHz，共分为三档。 第一档测量范围为1Hz-100KHz 第二档测量范围为100KHz-1MHz 第三档测量范围为1MHz-10MHz 刷新时间为1S。 脉宽测量部分：利用定时器的方式寄存器TMOD的D7位（GATE）的特殊功能，当GATE为低电平时，只要TCON中的TR0/TR1为1，计数器就开始计数，当GATE为高电平时，计数器T0、T1计数运行控制位TR0、TR1为高仍不能计数，还需要INT0/INT1上的电平为高才能使计数器工作，由此可知，当GATE=1和TR0/TR1=1时，计数器是否计数取决于INT0/INT1引脚的信号， INT0/INT1由0变1时开始计数，由1变0时停止计数，这样就可以用来测量 INT0/INT1端出现的脉冲宽度。 原理图分解为如下几部分 放大整形电路 如图1-2所示 图1-2放大整形电路 其中，放大部分由集成运算放大器构成的反向比例运算电路实现，放大倍数 Au=R4/R3=10，当然，这可以通过调整电阻R3和R4的值来满足实际需要。整形部分仅由一个与门构成，与门的一端接高电平，另一端接输入信号，当输入信号的幅值高于与门的阈值电压时，在与门的输出端将会得到高电平。反之，输出低电平，从而实现了波形变换。下图为放大整形的仿真截图： 输入正弦波的幅值为200mV，频率为10kHz，从上到下依次为原信号、放大后信号、整形后的信号： 分频电路 如图1-3所示 图1-3 分频电路 分频电路是由两片74LS90、和一片74LS153实现的，单片机AT89C52初始时从P1.0和P1.1输出P1.1=0，P1.0=0，此时将从74LS153的output端输出未经分频的信号，当AT89C52检测到脉冲频率高于100KHz时，置P1.1=0，P1.0=1，此时将从74LS153的output端输出经十分频的信号，当AT89C52检测到脉冲频率高于1MKHz时，P1.1=1，置P1.0=0，此时将从74LS153的output端输出经一百分频的信号，从而实现了对更大频率范围的测量。 下图为分频电路的仿真截图： 输入信号为100Hz，从上到下依次为原信号、10分频后的信号、100分频后的信号。 显示及锁存电路 如图1-4所示 图1