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1、1/28 兰州工业高等专科学校毕业论文课题：基于单片机的数字频率计的设计专业 电 气 工 程 系学 生 姓 名 张 振 鹏班级 电 自 0 8-1 班学号2 0 0 8 0 2 1 0 1 1 4 82/28 指 导 教 师 李 建 民目录摘要 3前言 1第一章绪论21.1 课题背景21.2 课题研究的目的和意义21.4 数字频率计设计的任务与要求2第二章数字频率计总体方案设计31.1 方案比较31.2 方案论证41.3 方案选择4第三章数字频率计的硬件系统设计53.1 数字频率计的硬件系统框架53.2 数字频率计的主机电路设计53.3 数字频率计的信号输入电路设计83.4 数字频率计显示电路
2、的设计93.5 数字频率计的计数电路的设计123.6 数字频率计电源模块的设计15第四章数字频率计软件系统设计164.1 软件设计规划164.1.1 信号处理164.1.2 中断控制164.2.1 定时器/计数器 174.2.2 定时工作方式0184.3 程序流程图设计18文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10
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10、4附录 低速计数器：最高计数频率 10MHz；(2 中速计数器：最高计数频率10100MHz；(3 高速计数器：最高计数频率100MHz；(4 微波频率计数器：测频范围180GHz或更高。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用 CMOS 工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力
11、强、能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V1
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19、闸门时间为1 秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。1.2 课题研究的目的和意义单片机数字频率计以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点，广泛地应用于各种智能仪器中，这些智能仪器的操作在进行仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化，传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所
20、代替，测试人员在测量时只需按需要的键，省掉很多烦琐的人工调节，智能仪器通常能自动选择量程，自动校准。有的还能自动调整测试点，这样不仅方便了操作，也提高了测试精度。1.4 数字频率计设计的任务与要求单片机控制的数字频率计1.测频范围：10Hz10KHz。为保证测量精度分三个频段10Hz100Hz，100Hz1KHz，1KHz10KHz，有超量程指示。2.输入波形：函数信号发生器输出方波，矩形波，幅度为5V，能产生所需频率的脉冲信号。3.测量误差：1。文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10
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28、0E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O83/28 第二章数字频率计总体方案设计1.1 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：逻辑控制电路时基电路放大整形电路闸门电路计数器锁存器译码显示器信号放大电路信号整形单 片 机AT89c51 电路数 字显 示电路
29、文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V1
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36、M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O84/28 图 2.2 方案二原理框图1.2 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
37、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。1.3 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
38、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，所以选择了方案一文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:
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45、10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O85/28 第三章 数字频率计的硬件系统设计3.1 数字频率计的硬件系统框架数字频率计是一个将被测频率显示出来的计数装置，它主要由单片机89C51 控制、7407、LED 显示器、电源等组成。该系统的功能是将信号输入P3.4 口，通过单片机程序控制，对LE
46、D显示器进行段控和位控，实现动态显示。数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。在进行有关电子技术的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，会被经常使用到。图3-1 为数字频率计方案框图。图 3-1 数字频率计方框图3.2 数字频率计的主机电路设计ATC89C51 可以完成 ISP 在线编程功能，ATC89C51 内部有 EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，STC推出的系列 51 单片机芯片是全面兼容其它51 单片机的，而且 51 单片机是主流大军。189C51芯片介绍信号处理输入AT89C51
47、单片机7407缓冲器LED 数码显示7407缓冲器文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O
48、8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V10Z10I9M7 ZU10K10V4W9O8文档编码:CO1Z9D10E10I3 HF7V
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