基于单片机数字频率计的设计.doc

数字频率计设计报告1综合应用实验设计报告数字频率计数计姓名：学号：姓名：学号：2011年6月19日数字频率计设计报告2摘要设计以单片机为核心，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。本设计的目的是通过在对单片机原理及应用的学习，以及查阅资料，培养自学与动手能力，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的补充不知道的内容、巩固所学，和队友的分工合作、相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。关键词：单片机；数字频率计；设计；一项目的意义与目的在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。单片机数字频率计可靠性高、体积小、价格低、功能全，广泛应用与各种职能仪器中，能使在测量过程的控制中达到自动化，省掉很多繁琐的人工操作，同时也提高了测试精度。二设计要求和指标测量被测信号的频率，要求如下：信号波形：方波,正弦波，锯齿波，三角波等；信号频率：1Hz100kHz。显示：LCD显示。三方案设计和论证方案一：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1所示：数字频率计设计报告3图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所示：图2方案二原理框图方案论证方案一：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AT89c52电路数字显示电路数字频率计设计报告4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。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，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。基于上述比较，所以选择了方案一。四电路原理设计所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。被测脉冲信号整形放大电路，被测频率fx=NHz。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LED显示器进行段控和位控，实现动态显示。元器件：元器件描述数量AT89C52单片机1液晶显示器LCD16021触动开关1电阻1k,10k,50k,100k,200k若干电解电容50V，10uf1晶振12Mhz1瓷片电容30pf2LM358双运算放大器174ls04反相器1导线若干1、原理框框数字频率计设计报告5图3系统原理框图2、电路原理图图4系统原理图信号整形1运放部分同相比例放大器的倍数为：Uo=(1+Rf/R)Ui,而放大倍数为(1+Rf/R)。因此，适当选择Rf和R的值，可使小的输入信号达到可测试范围内的信号大小，然后就可以对它进行测试了。选择器件：lm358。LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单信号放大电路信号整形单片机AT89c52电路数字显示电路数字频率计设计报告6电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的封装形式：塑封8引线双列直插式，如图5所示。特性(Features):·内部频率补偿·直流电压增益高(约100dB)·单位增益频带宽(约1MHz)·电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(±1.5一±15V)·低功耗电流，适合于电池供电图52过零比较部分过零比较器，顾名思义，其阈值电压UT=0V。电路如图(a)所示，集成运放工作在开环状态，其输出电压为+UOM或-UOM。当输入电压uI<0V时，UO=+UOM；当输入电压uI>0V时，UO=-UOM。因此，电压传输特性如图(b)所示，我们使用LM324构建过零比较器，如图6所示，来整波。图6选择器件：LF353，封装如图7所示各引脚功能：数字频率计设计报告7图73稳压部分经过运放部分处理的信号电压值可能过大，直接输入到单片机中可能会烧毁电路，因此需要对信号进行稳定其电压值。选择器件：74LS04，封装如图8所示。电源电压：5V图8单片机控制电路单片机控制电路由AT89C52片机、晶振时序电路、复位电路构成。单片机AT89C52：AT89C52如图9所示，是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。