數(shù)字頻率計(jì)的課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　數(shù)字頻率計(jì)</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．?dāng)?shù)字頻率計(jì)簡(jiǎn)介…………………..P3</p><p>　　1.1 數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況…….P3</p><p>　　1.2 本課題研究背景及主要研究意義…..…..P3&l

2、t;/p><p>　　1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容………………….P4</p><p>　　二．?dāng)?shù)字頻率設(shè)計(jì)計(jì)原理………………P3</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)原理……………………………..P4</p><p>　　1.2 整體電路圖（基于protues仿真）…..P4 1.3各模塊簡(jiǎn)介……………………………..P5</p>&

3、lt;p>　　1.3.1 AT89C51單片機(jī)………..……....P5</p><p>　　1.3.2最小系統(tǒng)…………………...…..P7</p><p>　　1.3.3 74LS245…………………….….P8</p><p>　　1.3.4 六位數(shù)碼管………………….…P9</p><p>　　1.3.5其他元件介紹………………

4、…..P11</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)工作原理..……….…P11</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)的程序………….…..P12 </p><p>　　運(yùn)行環(huán)境…………………….…....P14</p><p>　　設(shè)計(jì)分析……………………...…..P16</p><p>　　1.1結(jié)果分析………………………….

5、..P16</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)提高…………………….……..P16</p><p>　　1.3參考文獻(xiàn)………………….………..P16</p><p><b>　　一 數(shù)字頻率計(jì)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1.1 數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是現(xiàn)

6、代通信測(cè)量設(shè)備系統(tǒng)中不可缺少的測(cè)量?jī)x器，不但要求電路產(chǎn)生頻率準(zhǔn)確的和穩(wěn)定度高的信號(hào)，而且能方便的改變頻率。 數(shù)字頻率計(jì)主要實(shí)現(xiàn)方法有直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式四種。 直接式的優(yōu)點(diǎn)是速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多，一般只應(yīng)用在地面雷達(dá)中。 鎖相式的優(yōu)點(diǎn)是相位同步的自動(dòng)控制，制作頻率高，功耗低，容易實(shí)現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。 直接數(shù)字式的優(yōu)點(diǎn)是電路穩(wěn)定、精度高、容易實(shí)現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。 隨著

7、單片鎖相式數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展，鎖相式和數(shù)字式容易實(shí)現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化，性能也越來(lái)越好，已逐步成為兩種最為典型，用處最為廣泛的數(shù)字頻率計(jì)。 1.2 本課題研究背景及主要研究意義 數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測(cè)量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，頻率計(jì)屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。在計(jì)算機(jī)及

8、各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，頻率計(jì)是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。本課題采用</p><p>　　二 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)原理</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　頻率信號(hào)易于傳輸，抗干擾性強(qiáng)，可以獲得較好的測(cè)量精度。因此，頻率檢測(cè)是電子測(cè)量領(lǐng)域最基本的測(cè)量之一。頻率計(jì)的基本原理是用一

9、個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，即閘門(mén)時(shí)間為1 s。閘門(mén)時(shí)間可以根據(jù)需要取值，大于或小于1 s都可以。閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)，則每測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門(mén)時(shí)間越短，測(cè)得的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。一般取1 s作為閘門(mén)時(shí)間。 數(shù)字頻率計(jì)的關(guān)鍵組成部分包括測(cè)頻控制信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼驅(qū)動(dòng)電路和顯示電路，其

10、原理框圖如圖1所示。</p><p>　　1.2 整體電路圖（基于protues仿真）</p><p><b>　　1.3各模塊簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1.3.1 AT89C51單片機(jī)</p><p>　　單片機(jī)品種繁多，就應(yīng)用情況看，應(yīng)用最廣者當(dāng)屬I(mǎi)ntel公司的MCS-51系列8位機(jī)。在Philips等公司

11、推出新一代80C51系列單片機(jī)后，各種型號(hào)的80C51層出不窮。</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司在總結(jié)MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上于20世紀(jì)80年代初推出的高檔8位單片機(jī)。MCS-51系列的制成及發(fā)展與HMOS工藝的發(fā)展密切相關(guān) ，HMOS是高性能的NMOS工藝。而CMOS與HMOS工藝的結(jié)合則產(chǎn)生了C-HMOS工藝的產(chǎn)品，例如80C51、80C31等。這類產(chǎn)品既保持了HMOS高速和

12、高封裝密度的特點(diǎn)，又具有CMOS低功耗的優(yōu)點(diǎn)。C-HMOS工藝的單片機(jī)具有掉電保護(hù)和凍結(jié)運(yùn)行兩種獨(dú)特的處理方式。</p><p><b>　　引腳功能</b></p><p>　　VCC：接正極電源+5v</p><p><b>　　GND：接地</b></p><p>　　RST：復(fù)位信號(hào)輸入引腳

13、</p><p>　　XTAL1，XTAL2：接外部晶振引腳，外部時(shí)鐘電路如圖1-6</p><p>　　P0，P1，P2，P3：不擴(kuò)展功能作雙向I/O口用，訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2，P0分別做地址總線高低8位地址。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)使用的是STC89C51</p><p><b>　　1.3.2最小系統(tǒng)</b>

14、;</p><p>　　51單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用10~30uF，51單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。51單片機(jī)最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用15~33pF

15、，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好</p><p>　　P0口為開(kāi)漏輸出，作為輸出口時(shí)需加上拉電阻，阻值一般為10k。其他接口內(nèi)部有上拉電阻，作為輸出口時(shí)不需外加上拉電阻。設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加1計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計(jì)數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy就是定時(shí)時(shí)間t。設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計(jì)數(shù)器。在每個(gè)

16、機(jī)器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器。由于檢測(cè)一個(gè)從1到0的下降沿需要2個(gè)機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過(guò)1/2MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于2 ms。 </p><p>　　標(biāo)識(shí)符號(hào) 地址 寄存器名稱</p&

17、gt;<p>　　P3 0B0H I/O口3寄存器 TH1 8DH 定時(shí)器1高8位</p><p>　　SCON 98H 串行口控制寄存器 SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器</p><p>　　TCON 88H 定時(shí)控制寄存器 TL0 8AH 定時(shí)器0低8位</p><p>　　TH0 8CH 定時(shí)器0高8位

18、 TL1 8BH 定時(shí)器1低8位</p><p>　　TH1 8DH 定時(shí)器1高8位 TMOD 89H 定時(shí)器方式選擇寄存器</p><p>　　PCON 87H 電源控制及波特率選擇寄存器</p><p>　　1.3.3 74LS245</p><p>　　DIR是H時(shí)，A→B。74LS245是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED

19、或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 當(dāng)8051單片機(jī)的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò)P0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS245等總線驅(qū)動(dòng)器。 當(dāng)片選端/CE低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸；（接收） DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng)CE為高電平時(shí)，A、B均為高阻態(tài)。 由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時(shí)74

20、LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動(dòng)器輸入線對(duì)應(yīng)相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD且PSEN有效時(shí)，74LS245輸入（P0.1←D1），其它時(shí)間處于輸（P0.1→D1）。</p><p>　　1.3.4 六位數(shù)碼管</p><p>　　數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段

21、數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管； </p><p>　　按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。LED數(shù)碼管根

22、據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已?！　?</p><p>　　每一筆劃都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示 DP是小數(shù)點(diǎn).</p><p>　　動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d

23、,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。</p>&

24、lt;p>　　1.3.5其他元件介紹</p><p>　　按鍵 蜂鳴器 發(fā)光二級(jí)管 排阻</p><p>　　三．?dāng)?shù)字頻率計(jì)工作原理</p><p>　　用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，即閘門(mén)時(shí)間為1 s。閘門(mén)時(shí)間可以根據(jù)需要取值，大于或小于

25、1 s都可以。閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)，則每測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門(mén)時(shí)間越短，測(cè)得的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。一般取1 s作為閘門(mén)時(shí)間。</p><p>　　在1秒內(nèi)，計(jì)算出在這段時(shí)間內(nèi)，記錄輸入正負(fù)脈沖信號(hào)的次數(shù)，通常情況下，在按下K1鍵時(shí)程序啟動(dòng)T0定時(shí)器和T1計(jì)時(shí)器，T1計(jì)數(shù)器1秒的計(jì)數(shù)值就是信息源的頻率值，如果按下K1鍵則啟動(dòng)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器，在松開(kāi)K1鍵后顯

26、示頻率（有一個(gè)緩沖時(shí)間，1S后才會(huì)顯示），本次設(shè)計(jì)，我們是記錄50ms內(nèi)的記錄次數(shù)，然后記錄20次，從而達(dá)到記錄1秒的目的，此時(shí)系統(tǒng)所記錄的數(shù)字是以16進(jìn)制記錄的，在通過(guò)相應(yīng)的語(yǔ)句進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為5偉十進(jìn)制數(shù)并存入顯示緩沖。如果記錄的頻率值小于9999HZ，那么P3.7口將被賦予高電位，此時(shí)與P3.7口相連的綠燈（另一端為低電平）則會(huì)發(fā)光，如果記錄的頻率值大于9999HZ的話，那么P3.7將被賦予低電平，此時(shí)與P3.7口相連的紅

27、燈和蜂鳴器（另一端相連的為高電平）將會(huì)發(fā)光并且響應(yīng)，另外每次變換輸入頻率時(shí)，需要重按一次K1鍵，將數(shù)據(jù)清零并重計(jì)。</p><p>　　四．頻率計(jì)的程序（本課程用C語(yǔ)言編寫(xiě)，Keil調(diào)試通過(guò)）</p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><

28、p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit L=P3^7;</p><p>　　uchar code DSY_CODE[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p>　　uchar Disp_Buffer[] = {0,0,0,0

29、,0};</p><p>　　uchar code DSY_BIT[] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef};</p><p>　　uchar Count = 0;</p><p>　　sbit K1 = P1^0;</p><p><b>　　//延時(shí)</b></p><p>

30、;　　void Delay(uchar x)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　while (x--)</p><p>　　for (i=0; i<120; i++);</p><p>&l

31、t;b>　　}</b></p><p><b>　　//主程序</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　IE

32、= 0x8a; //允許T0，T1中斷</p><p>　　TMOD = 0x51; //T1為16位計(jì)數(shù)器，T1為16位定時(shí)器</p><p>　　TH0 = (65536 - 50000) / 256; </p><p>　　TL0 = (65536 - 50000) % 256;</p><p>&

33、lt;b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if (K1 == 0 ) //如果按下K1鍵則啟動(dòng)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Delay(10);</p>

34、<p>　　if (K1 == 0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TR1 = TR0 = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else

35、 //松開(kāi)K1鍵后顯示頻率（1S后才會(huì)正常顯示）</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for (i = 0;i < 5; i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2 = DSY_BIT[i];</p><p&

36、gt;　　P0 = DSY_CODE[ Disp_Buffer[i] ];</p><p><b>　　Delay(2);</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>

37、</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//中斷子程序</b></p><p>　　void INT_T0() interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint

38、Tmp;</b></p><p>　　TH0 = (65536-50000) / 256;</p><p>　　TL0 = (65536-50000) % 256;</p><p>　　if ( ++Count == 20)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　

39、TR1 = TR0 = 0;</p><p>　　Count = 0;</p><p>　　//將計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為5位十進(jìn)制數(shù)并存入顯示緩沖</p><p>　　Tmp = TH1 * 256 + TL1;</p><p>　　Disp_Buffer[4] = Tmp / 10000; </p><p>　　Disp_Bu

40、ffer[3] = Tmp / 1000 % 10;</p><p>　　Disp_Buffer[2] = Tmp / 100 % 10;</p><p>　　Disp_Buffer[1] = Tmp % 100 / 10;</p><p>　　Disp_Buffer[0] = Tmp % 10;</p><p>　　TH1 = TL1 =

41、0; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (Disp_Buffer[4]>=1) </p><p><b>　　L=0;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　

42、L=1;</b></p><p><b>　　}五. 運(yùn)行環(huán)境</b></p><p>　　利用單片機(jī)AT89C51實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)的設(shè)計(jì)中用到了兩種軟件：PROTEUS 7.5，Keil uVision4.前者在之前的學(xué)習(xí)中就有所了解，對(duì)其運(yùn)行環(huán)境也比較熟悉。</p><p>　　圖為protues仿真環(huán)境</p>&l

43、t;p>　　在PROTEUS中調(diào)入單片機(jī)、數(shù)碼管、LED、或門(mén)、晶振、電阻、電容等，對(duì)元器件參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，并進(jìn)行連線工作，完成了頻率計(jì)的原理圖繪制，如上圖。</p><p>　　圖為KEIL集成開(kāi)發(fā)環(huán)境</p><p>　　程序編寫(xiě)正確之后，通過(guò)Keil軟件進(jìn)行編譯，生成了HEX文件。</p><p>　　圖為當(dāng)頻率大于9999HZ的時(shí)候，頻率計(jì)紅燈亮并且

44、蜂鳴器響應(yīng)</p><p>　　圖為當(dāng)頻率小于9999HZ的時(shí)候，綠燈亮</p><p><b>　　六.設(shè)計(jì)分析</b></p><p><b>　　1.1結(jié)果分析</b></p><p>　　在通過(guò)一系列的課程設(shè)計(jì)的原理分析，設(shè)計(jì)思路整理，相關(guān)的編程，調(diào)試，軟件仿真之后，通過(guò)硬件搭建實(shí)物焊接并且

45、調(diào)試通過(guò)，在一定頻率范圍內(nèi)，在不影響實(shí)際測(cè)量精度的前提下，本次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)是非常成功的。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)提高</b></p><p>　　在確保精度的前提下，為更好地適應(yīng)多種實(shí)際電路的需要，力求將頻率計(jì)的精度精確到小數(shù)點(diǎn)后面兩位，整數(shù)部分提高到6位。</p><p><b>　　1.3參考文獻(xiàn)</b>

46、;</p><p>　　[1] 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分》 康華光 高等教育出出版社</p><p>　　[2] 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分》 康華光 高等教育出出版社</p><p>　　[3] 《C程序設(shè)計(jì)第四版》譚浩強(qiáng) 清華大學(xué)出版社</p><p>　　[4] 《單片機(jī)原理與應(yīng)用》 張友德 復(fù)旦大學(xué)出版社</p><