基于AT89S52单片机的小型频率计设计-文献综述_W1.2.doc

漳州师范学院本科毕业论文(设计)文献综述 题 目：基于AT89S52单片机的小型频率计设计 姓 名： 吴建松 学 号： 080507132 系 别： 物理与电子信息工程系 专 业： 电子信息工程 年 级： 08 级 指导教师： 刘 鸿 飞 2011年10月15日1引言随着电子信息产业的发展，信号作为其最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量范围低，精度低。因此，随着对频率测量的要求的提高，传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求。因此我们需要寻找一种新的测频的方法。随着单片机技术的发展和成熟，用单片机来做为一个电路系统的控制电路逐渐显示出其无与伦比的优越性。因此本论文采用单片机来做为电路的控制系统，设计一个能测量高频率的数字频率计。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。2频率计的测量系统2.1频率及频率的介绍频率的单位是赫兹（Hz），简称赫，也常用千赫（kHz）或兆赫（MHz）或GHz做单位，单位符号为f。1kHz=1000Hz，1MHz=1000000Hz 1GHz=1000MHz。频率f是周期T的倒数，即f =1/T，波速=波长*频率。频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。2.2常用测量频率的方法及简单介绍频率测量的方法大致如图1所示：图1：频率测量方法的分类 频率测量方法分为模拟法和数字法两大类，而模拟法当中又有直读法和比较法，直读法又称利用无源网络频率特性测频法，包含有电桥法和谐振法。比较法，就是利用比较的方法，通过视听比较的结果来得到被测信号的信号频率，它包含有拍频法、差频法和示波法。示波法，言外之意就是利用示波器的方法来测量频率。数字法包含有电容充放电式和电子计数法。电容充放电式是利用电子电路控制电容器充放电的次数，再通过相关仪表测量在这过程中充放电电流的大小，从而算出被测信号的频率值。而电子计数式是根据频率的定义来测量的。 上述几种方法相比较，数字法显然模拟法更易实现小型频率计对频率的测量，而数字法中，电子计数式比电容充放式更简便，既没有复杂的电路又不用像电容式充放电式还要借用别的仪表来测量，只需用电子计数器来显示单位时间内，记录到的脉冲个数就可实现对频率信号的测量。数字电子计数式，可采用单片机来做系统电路控制的核心。2.3 基于单片机的设计方案比较用单片机设计频率计通常采用两种办法：第一种方法是使用单片机自带的计数器对输入的脉冲数进行计数；其工作原理如图2所示；频率信号从T1端输入，把T1设为计数功能，T0设为计时功能，这样单片机就可以直接对频率信号的脉冲个数进行计算，计算完成后由五位数码管直接显示出频率值。该种方法的好处是设计出的频率计系统结构和程序编写简单，成本低廉，不需要外部计数器，直接利用所给的单片机最小系统就可以实现。缺点是受限于单片机计数的晶振频率，输入的时钟频率通常是单片机晶振频率的几分之一甚至是几十分之一。第二种方法是单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再经过单片机读取，其工作原理如图3所示。如果采用的是十进制计数器，就可以不用BCD码的转换了，如果定义100ms，那么只需将计数值左移一位就可以得到1s的频率值了，这样使运算简化了很多。该种方法的好处是输入的时钟信号频率可以不受单片机晶振频率的限制，可以对相对较高频率进行测量，缺点是设计出来的系统结构和程序的编写比较复杂。显然该种方法在系统结构和程序的编写方面比第一种方法复杂很多，而且所耗费成本比第一种方法高很多。 图2：使用自带计数器的系统图图3：使用外计数器的系统图FxAT89S52 T1 译码器R*7五个七段数码管闸门十进制计数器AT89S52T1数据缓冲器串行输入并行输出移位寄存器五个七段数码管Fx2.4本次测量频率的方法本次设计的是一个以单片机做为电路控制系统的数字式频率计，由于成本及个人能力有限，所以本设计采用单片机自带的计数器对输入的脉冲数进行计数。把T0设置成定时器，进行1S定时；同时设置T1作计数器，对输入T1端的计数脉冲进行计数，当T0定时结束时，读出T1的计数值将该计数值通过译码显示电路显示出来，就可得到信号的频率。3. 工作原理3.1基本的工作原理频率计最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。3.2电路组成电路主要由分频电路、复位电路、晶振电路、信号采集电路、译码电路及显示电路组成。3.2.1 分频电路 分频电路主要采用100分频，该电路主要由两片74LS90级联而成。电路图如图1所示： 图1：百分频电路74LS90是异步二-五-十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。本设计采用其十进制作用。实现一百分频功用。3.2.2 复位电路使用了独立式键盘，单片机的RST接口，该设计要求只需采用手动复位，所谓手动复位，是指通过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态，晶振电路用30pf电容和一12M晶体振荡器组成为整个电路提供时钟频率。3.2.3 晶振电路8051单片机的时钟信号通常用两种电路形式电路得到：内部震荡方式和外部中断方式。在引脚XTAL1和XTAL2外部接晶振电路器（即晶振）或陶瓷晶振器，就构成了内部晶振方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。其电容值一般在530pf，晶振频率的典型值为12MHz，采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路比较多。3.2.4 信号采集电路信号采集电路主要采用AT89S52，其引脚图如图2所示: 图2：AT89S52引脚图 8位单片机是MSC-51系列产品的升级版，AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插DIP-40的封装。 3.2.5 译码电路译码电路主要采用74LS47，其引脚图如图3所示 图3： 74LS47引脚图74LS47是一块BCD码转换成7段LED数码管的译码驱动IC，74LS47的主要功能是输出低电平驱动的显示码，用以推动共阳极7段LED数码管显示相应的数字。3.2.6 显示电路 图4：数码显示电路图4、总结语 由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度在不断提高着，频率范围不断在扩大着，功能在不断地增加着。无论是在科技研究中还是在实际应用中，频率测量的作用都显得尤为重要，然而传统的频率计通常采用组合电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。为了较好的解决这一问题人们开始运用单片机测量频率，它是一种基于时间或频率的模数转换原理，并依赖于数字电路技术发展起来的一种显示被测信号频率的数字测量仪器。本次设计所做的数字频率计具有较宽的频率测量范围，具有一定的实用价值。本次设计过程中虽然碰到一些问题，但通过查询资料文献和请教他人，打断的努力，最终还是克服了这些困难，体味到设计电路、焊接电路、调试电路及程序过程中的苦与甜，提高了自我独立思考克服困难的相关能力。这一过程，让我明白，坚持不懈，永不放弃最终受益的是我们自己。5、参考文献1 凌玉华，刘连洁，杨进宝，寻小惠，翟年清，廖力清.单片机原理及应用系统设计M.长沙：中南大学出版社，2006.4.2 徐江丰，陈曦，刘克刚.相关计数法数字频率计的研究与实现J.电子技术（上海），2003（4）:16-183 冯雷星，杨伟，芦艳龙.基于单片机高性价比频率计的设计与实现J.现代电子技术，2009（15）：17-19.4 陈光禹.现代电子测量技术M.北京：国防工业出版社，2000.1.5 张永瑞.电子测量技术基础第二版M.西安：西安电子科技大学出版社，2010.8.6 刘海成.单片机及应用系统设计原理与实践M.北京：北京航空航天大学出版社，2009年8月. 288-289.2