数字频率计课程设计说明书

数字频率计 1 课程设计说明书课程设计说明书 课程设计名称 课程设计名称 专业课程设计专业课程设计 课程设计题目 课程设计题目 数字频率计数字频率计 学学 院院 名名 称 称 信息工程学院信息工程学院 专业 专业 电子信息工程电子信息工程 班级 班级 学号 学号 姓名 姓名 评分 评分 教师 教师 20122012 年年 6 6 月月 2929 日日 摘要摘要 数字频率计是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器 在计算机 通讯设备 数字频率计 2 音频视频等科研生产领域应用广泛 本文详细介绍数字频率计的软件设计 并概述了硬件设计 以中界频率为界 低频采用 测周法 而高频采用测频法 其中 硬件电路由放大电路 整形电路 单片机定时计数电路 7279 显示电路四个部分组成 通过单片机 STC89C51 实现对特定周期窄脉冲的计数功能 通 过芯片 LM324 实现对小信号的放大 通过芯片 74LS14 将输入的非方波整形成方波 通过芯 片 hd7279A 驱动数码管可连续动态显示 4 位数 软件部分采用的是一种结构化语言 C51 进行 编程 它层次清晰 便于按模块化方式组织程序 易于调试和维护 主要功能模块有主程序 测频法程序 测周法程序 分离千 百 十 个位程序 7279 显示程序组成 本数字频率计可测量范围在 1Hz 9999Hz 的正弦波 方波 三角波的信号 时基宽度为 1us 10us 100us 1ms 本数字频率计测量误差大约在 0 1 左右 精度为 0 04 直接由软 件判断测频所用方法 解决了存在的换挡速度慢等缺点 并且节约了硬件上的成本 具有精 度高 使用方便 测量迅速 以及便等优点 而且还具有成本低 性价比高 功耗低等特点 因此 该频率计具有一定的实用价值 关键词 关键词 测频法 测周法 STC89C51 单片机 HD7279A 目录目录 数字频率计 3 前言前言 4 第一章第一章 硬件电路方案设计及设计要求硬件电路方案设计及设计要求 5 1 1 设计内容及要求 5 1 2 方案比较 5 1 3 方案论证 6 1 4 方案选择 6 第二章第二章 系统组成和工作原理系统组成和工作原理 7 2 1 系统组成 7 2 2 系统工作原理 7 2 2 1 频率计测量方法简介 7 2 2 2 工作原理 8 第三章第三章 硬件电路设计硬件电路设计 9 3 1 单片机最小系统电路 9 3 1 1 STC89C51 功能简介 9 3 1 2 单片机 STC89C51 引脚图 10 3 1 3 复位电路 11 3 2 放大整形模块 13 3 3 施密特整形 13 3 4 HD 7279A 显示模块 14 第四章第四章 软件设计及程序流程图软件设计及程序流程图 16 4 1 编程语言的选择及程序的编译调试 16 4 2 单片机计数原理 16 4 3 主程序设计 17 4 3 1 设计思路 17 4 3 2 程序流程图 17 第五章第五章 实验调试 测量结果记录和误差分析实验调试 测量结果记录和误差分析 21 5 1 实验调试 21 5 2 测量结果记录 21 5 3 误差分析 22 5 3 1 产生误差的原因 22 5 3 2 减小误差的方法 23 第六章第六章 小结和体会小结和体会 24 参考文献参考文献 25 附录一附录一 元器件清单元器件清单 26 附录二附录二 实验电路图实验电路图 26 附录三附录三 实验代码实验代码 27 数字频率计 4 前言前言 当今社会 随着科技的进步 数字系统的设计有了很大的进步 如今运行速度快 在功 能更加强大的基础上更加便于使用携带成了发展的方向 60 年代以来 在半导体器件和计算 机技术发展的基础上 结合电测技术创造出了完全新的数字式仪表 它在测试方法 原理 仪器结构和操作方法上完全与前面所讲的模式式仪表不同 在质的方面也有很大的飞跃 70 年代以来 把微型计算机的功能引入数字仪表 产生了新型智能化仪表 它具有程序控制 信息储存数据处理和自动检修功能 使数字仪表向高准确度 多功能 高可靠性和低价格方 面大大迈进了一步 近代的数字频率计就其功能而言 早已超出了早期只能测量频率的范畴 而具有测量周期 频率比 脉冲时间 累加计数等用途 并能输出标准频率 时标脉冲 闸 门时间脉冲及编码信号等 成为一机多能 测频范围宽 测量精度高 测量速度快 自动化 程度高 直接数字显示 操作简便的常用电子仪器 它在教学 科研 生产 国防中得到广 泛使用 频率测量仪在数字电路 模拟电路中应用比较广泛 它是直接用十进制数字来显示被测 信号频率的一种测量装置 它不仅可以测量正弦波 方波 三角波 尖脉冲信号和其他具有 周期的信号的频率 经过改装 可以测量脉冲宽度 做成数字式脉宽测量仪 可以测量电容 做成数字电容测量仪 在电路中增加传感器 还可以做成数字脉搏仪 计价器等 因此数字频 率仪在测量物理量方面的广泛应用 由于时基电路 逻辑控制电路实际的硬件设计用到的器件较多 联机比较复杂 而且 会产生比较大的延迟 因此 本课程报告采用单片机为核心的控制电路 放大整形电路 和显示电路的构成原理 判断所测量频率与中界频率的大小关系 在高频段测频模式而低 频段采用测周期模式的测量方法 将使整个系统大大简化 提高整体性能 并且进行了相 应的硬软件设计 其基本功能是测量正弦信号 三角波信号 方波信号及其他各种单位时 间内变化的物理量 以十进制数字的方式显示被测信号频率 在进行模拟 数字电路的设 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 因 此它在电子测量过程中必不可少 数字频率计 5 第一章第一章 硬件电路方案设计及设计要求硬件电路方案设计及设计要求 1 11 1 设计内容及要求设计内容及要求 基本要求 1 频率变换范围 1Hz 9999Hz 2 测量精度 1 3 4 位 LED 显示 4 可测量方波 正弦波 三角波 5 高频采用测频法 低频采用测周法测量 1 21 2 方案比较方案比较 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把测出的数据送到数字显示电路显示 其实原理框图如图 1 所 示 信号放大电路 信号整形 单片 机 STC89 C51 电路 数字 显示 电路 图 1 1 方案一原理图 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 数字频率计 6 逻辑控制电路 译码显示器 锁存器 闸门电路 计数器 时基电路 放大整形电路 图 1 2 方案二原理框图 1 31 3 方案论证方案论证 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 把被测得正弦波或者三角波为方波 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 被测量信号放大整形电路变成计数器所要求 的脉冲信号 其频率于被测信号的频率相同 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 41 4 方案选择方案选择 比较以上两种方案可以知道 方案一得核心是单片机 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 成本相对高了点 基于上述 所以选择了方案一 数字频率计 7 第二章第二章 系统组成和工作原理系统组成和工作原理 2 12 1 系统组成系统组成 本系统主要由放大模块 施密特整形模块 单片机模块和 HD7279 驱动显示模块组成 通过软件判断高频或低频 单片机计数脉冲周期或个数来动态测量所求频率 并通过 7279 数码管显示出来 得到系统的总体结构框图如图 2 1 所示 图 2 1 数字频率计功能模块 2 22 2 系统工作原理系统工作原理 2 2 12 2 1 频率计测量方法简介频率计测量方法简介 1 测频法 即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数 用一标准闸门信号 闸门宽度为 Tc 对被测信号的重复周期进行计数 计数结果为 Nx时 其待测频率为 时间 Tc为标准闸门宽度 s Nx为计数器计出的脉冲个数 重复周期数 测量的精 度主要取决于计数 Nx的误差 其特点在于 测量方法简单 待测信号频率越高 精度越高 测量时间越长 误差越小 但当待测信号频率较低时 误差较大 2 测周法 此法是在待测信号的一个周期 Tx内 记录标准频率信号变化次数 N0 这种方法测出的 频率是 式 2 2 x F 0 N x T 此法的特点是低频检测时精度高 但高频检测时误差很大 为了提高 T 法高频测量时的 精度可通过 A 分频使待测信号的周期扩大 A 倍 放大模块 施密特整形 单片机模块 计数 定时 HD7279 驱动 数码管显示 cxx TNF 式 2 1 数字频率计 8 2 2 22 2 2 工作原理工作原理 本次设计的数字频率计是以 STC89C51 单片机为核心 被测周期信号通过放大整形电路 经过操作形成特定周期的窄脉冲 送到单片机的 T0 P3 4 口外脉冲触发计数 以 1KHz 为中界频率 1000Hz 9999Hz 为高频段采用测频法 记下 1s 脉冲个数 c 256 TH0 TL0 式 2 3 A 1Hz 999Hz 为低频段采用测周法 计算 10 个脉冲所用时间 T T 溢出次数 溢出时间 计数值 1us f 式 2 4 10 T 最后 将被测信号频率通过显示电路读取数值 数字频率计 9 第三章第三章 硬件电路设计硬件电路设计 本频率计的数据测量系统主要元器件是单片机 STC89C51 由外部晶振完成对待测信号频 率的定时和计数等功能 外部还要有放大电路 整形电路 显示电路 3 13 1 单片机最小系统电路单片机最小系统电路 本次设计的数字频率计是以宏晶公司 STC89C51 微处理器作为系统的控制核心 单片机 控制电路主要由晶振电路 复位电路及串行通信电路构成 由其组成的单片机最小系统电路 原理图如图 3 1 所示 图 3 1 单片机最小系统原理图 3 1 13 1 1 STC89C51 功能简介功能简介 1 增强型 1T 流水线 精简指令集结构 8051 CPU 2 工作电压 3 4V 5 5V 5V 单片机 2 0V 3 8V 3V 单片机 数字频率计 10 3 工作频率范围 0 35 MHz 相当于普通 8051 的 0 420MHz 实际工作频率可达 48MHz 4 用户应用程序空间 12K 10K 8K 6K 4K 2K 字节 5 片上集成 512 字节 RAM 6 通用 I O 口 27 23 个 复位后为 准双向口 弱上拉 普通 8051 传统 I O 口 可设置成四种模式 准双向口 弱上拉 推挽 强上拉 仅为输入 高阻 开漏 每个 I O 口驱动能力均可达到 20mA 但整个芯片最大不得超过 55mA 7 ISP 在系统可编程 IAP 在应用可编程 无需专用编程器 可通过串口 P3 0 P3 1 直接下载用户程序 数秒即可完成一片 8 EEPROM 功能 9 看门狗 10 内部集成 MAX810 专用复位电路 外部晶体 20M 以下时 可省外部复位电路 11 时钟源 外部高精度晶体 时钟 内部 R C 振荡器 用户在下载用户程序时 可选 择是使用内部 R C 振荡器还是外部晶体 时钟 常温下内部 R C 振荡器频率为 5 2MHz 6 8MHz 精度要求不高时 可选择使用内部时钟 因为有温漂 请选 4MHz 8MHz 12 有 2 个 16 位定时器 计数器 13 外部中断 2 路 下降沿中断或低电平触发中断 Power Down 模式可由外部中断低电 平触发中断方式唤醒 14 PWM 4 路 P C A 可编程计数器阵列 也可用来再实现 4 个定时器或 4 个外 部中断 上升沿中断 下降沿中断均可支持 15 STC89Cc516AD 具有 ADC 功能 10 位精度 ADC 共 8 路 16 通用异步串行口 UART 17 SPI 同步通信口 主模式 从模式 18 工作温度范围 0 75 40 85 数字频率计 11 3 1 23 1 2 单片机单片机 STC89C51 引脚图引脚图 STC89C51 有 40 个引脚 按引脚功能大致可分为 4 个种类 电源 时钟 控制和 I O 引脚 电源 VCC 芯片电源 接 5V VSS 接地端 时钟 XTAL1 XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端 控制线 控制线共有 4 根 ALE PROG 地址锁存允许 片内 EPROM 编程脉冲 ALE 功能 用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能 片内有 EPROM 的芯片 在 EPROM 编程期间 此引脚输入编程脉冲 PSEN 外 ROM 读选通信号 RST VPD 复位 备用电源 RST Reset 功能 复位信号输入端 VPD 功能 在 Vcc 掉电情况下 接备用电源 EA Vpp 内外 ROM 选择 片内 EPROM 编程电源 EA 功能 内外 ROM 选择端 Vpp 功能 片内有 EPROM 的芯片 在 EPROM 编程期间 施加编程电源 Vpp I O 线 数字频率计 12 80C51 共有 4 个 8 位并行 I O 端口 P0 P1 P2 P3 口 共 32 个引脚 P3 口还具有第二功能 用于特殊信号输入输出和控制信号 属控制总线 3 1 33 1 3 复位电路复位电路 1 手动按钮复位 手动按钮复位 手动按钮复位需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平 图 3 2 一般采用的办法是 在 RST 端和正电源 Vcc 之间接一个按钮 当人为按下按钮时 则 Vcc 的 5V 电平就会直接加 到 RST 端 手动按钮复位的电路如所示 由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒 所以完全能够满足复位的时间要求 图 3 2 手动复位电路 2 上电复位 上电复位电路如图 3 3 所示 只要在 RST 复位输入引脚上接一电容至 Vcc 端 下接一 个电阻到地即可 对于 CMOS 型单片机 由于在 RST 端内部有一个下拉电阻 故可将外部 电阻去掉 而将外接电容减至 1 F 上电复位的工作过程是在加电时 复位电路通过电 容 加给 RST 端一个短暂的高电平信号 此高电平信号随着 Vcc 对电容的充电过程而逐渐回落 即 RST 端的高电平持续时间取决于电容的充电时间 为了保证系统能够可靠地复位 RST 端的高电平信号必须维持足够长的时间 上电时 Vcc 的上升时间约为 10ms 而振荡器的 起振时间取决于振荡频率 如晶振频率为 10MHz 起振时间为 1ms 晶振频率为 1MHz 起振时间则为 10ms 在图 2 的复位电路中 当 Vcc 掉电时 必然会使 RST 端电压迅速下降 到 0V 以下 但是 由于内部电路的限制作用 这个负电压将不会对器件产生损害 另外 在复位期间 端口引脚处于随机状态 复位后 系统将端口置为全 l 态 如果系统在上电 时得不到有效的复位 则程序计数器 PC 将得不到一个合适的初值 因此 CPU 可能会从 一个未被定义的位置开始执行程序 数字频率计 13 图 3 3 上电复位电路 3 2 放大整形模块放大整形模块 对于小电压信号 数字频率计需要把微弱信号放大 故本课设采用 LM324 放大器 优点 是使用广泛 价格便宜 参数计算 参数计算 放大器输出电压为 式 3 1 R3 1 1 1 UU R A 放大倍数 n 11 式 3 2 R3 1 1R 图 3 4 放大整形模块电路图 数字频率计 14 3 3 施密特整形施密特整形 施密特整形器 可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号 输入的信号只要幅度大于 vt 即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信 号 整形波形如图 3 5 所示 放大整形仿真图如图 3 6 所示 图3 5 施密特整形 图 3 6 放大整形电路仿真图 3 4 HD 7279A 显示模块显示模块 HD7279A 见图 3 7 是一片具有串行接口的 同时驱动 8 位共阴式数码管的智能显示驱动 芯片 其中 P1 0 接单片机的 P1 1 接单片机的 CLK P1 2 接单片机的 DATA P1 0 接单片CS 机的 KEY 数字频率计 15 图 3 8 HD7279A HD7279A的控制指令分为二大类 纯指令和带有数据的指令 由于本次设计只利用了 HD7279A构成键盘和数码管显示 用段数码管显示 在设计中用到的HD7279A 的控制指令 有复位 A4H 和读键盘 15H 指令和送数据指令 1 复位指令 A4H 当HD7279A收到该指令后 将所有的显示清除 所有设置的字 符消隐 闪烁等属性也被一起消除 执行该指令后 芯片所处的状态与系统上电后所处的状 态一样 2 带有数据的指令 本次设计采用了两种译码方式 一种是下载数据且按方式0译码 即命令由二个字节组成 前半部分为指令 格式为 8XH X为位地址 后一字节低四位为数 据 另一种是下载数据但不译码方式 即命令由二个字节组成 前半部分为指令 格式为 9XH X为位地址 后一字节显示数据从高至低位分别为DP和A G 分别对应7段LED数码管 的各段 3 读键盘指令 15H 该指令从 HD7279A 读出当前的按键代码 与复位指令不同 此命令的前一个字节 15H 为微控制器传送到 HD7279A 的指令 而后一个字节 d0 d7 则为 HD7279A 返回的按键代码 本次采用 4X4 键盘 则各键键盘代码分别定义为 04H 07H 此 指令的前半段 HD7279A 的 DATA 引脚处于高阻输入状态 以接受来自微处理器的指令 在指令的后半段 DATA 引脚从输入状态转为输出状态 输出键盘代码的值 其时序图如图 3 7 所示 读键盘指令 8 位 高位在前 HD7279 输出的键盘代码 8 位 高位在前 图 3 7 读键盘指令时序图 其中 T5 50us T6 8us T7 8us 数字频率计 16 第四章第四章 软件设计及程序流程图软件设计及程序流程图 4 14 1 编程语言的选择及程序的编译调试编程语言的选择及程序的编译调试 1 编程语言的选择 MCS 51编程语言常用的有两种 一种是汇编语言 另一种是C语言 汇编语言的机器代 码生成效率很高 但是可读性并不强 复杂一点的程序就更是难读懂 而C 语言在大多数情 况下其机器代码生成效率和汇编语言相当 但可读性和可移植性却远远超过了汇编语言 而 且C语言还可以嵌入汇编来解决高实效性的代码编写问题 对于开发周期来说 C语言的开发周期通常小于汇编语言很多 C 语言是一种结构化语 言 1 它层次清晰 便于按模块化方式组织程序 易于调试和维护 这种语言的表现能力和 处理能力极强 它不仅具有丰富的运算符和数据类型 便于实现各类复杂的数据结构 它还 可以直接访问内存的物理地址 进行位 bit 一级的操作 C语言的模块化开发方式使开发 出来的程序模块可不经修改 直接被其他项目所用 这样可以最大程度的实现资源共享 由 于C语言实现了对硬件的编程操作 因此C语言集高级语言和低级语言的功能为一体 具有高 效性 可移植性强等特点 综合以上C 语言的优点 本次设计选择由美国Keil Software公司出品的51系列兼容单 片机C语言软件开发系统Keil uVision2对单片机进行软件编程 2 源程序的编译 由于单片机只能执行机器语言的程序 目标程序 因此将C51 源程序编辑好以扩展名 C 保存后 应将源程序编译成目标程序 编译过程中 能够检查程序的正确性 并能发现源 程序中的语法错误和一般性的逻辑错误 但不能检查结构上的错误 如果有错误 信息窗口 会报告显示 并指出错误位置及错误类型 程序错误被纠正后 要重新进行编译调试 直到 数字频率计 17 程序编译无误为止 只有当被编译的程序没有错误时 才能执行程序及对程序进行仿真调试 3 程序的仿真调试 对源程序编译形成目标程序 只是排除了语法错误和一般性的逻辑错误 只有将目标程 序应用到硬件中 经过开发系统Keil uVision2的仿真调试后且满足功能要求才能写到程序 存储器中 仿真调试是对程序功能是否能实现所做的最后检查 4 24 2 单片机计数原理单片机计数原理 计算计数初值 设计数初值为 X 本设计采用 12 MHz 的晶振 机器周期 12 1 晶振 频率 当计数器 T0 设定为计数方式 1 时 其计数脉冲是来源 T0 端口的外部事件 当 T0 端口 上出现由 1 高电平 到 0 低电平 的负跳变脉冲时 计数器则加 1 计数 计算机是在 每个机器周期的 S5P2 状态时采样 T1 端口 当前一个机器周期采样为 1 且后一个机器周期采 样为 0 时 计数器加 1 计数 计算机需用两个机器周期来识别 1 次计数 因而最大计数速率 为振荡频率的 1 24 在采用 12 MHz 晶振的情况下 单片机最大计数速度为 0 5 MHz 即 500 kHz 另外 此处对外部事件计数脉冲的占空比 即脉冲的持续宽度 无特殊要求 从 T0 口输 入脉冲信号 T0 可实现对脉冲个数的计数 4 34 3 主程序设计主程序设计 4 3 14 3 1 设计思路设计思路 主程序是整个系统软件的运行主体 各个子系统的软件程序都必须经过它的调度 才能 运行得当 根据设计的功能要求 主程序主要完成了对系统的初始化 初始化具体参数如下 1 内存工作单元初始化 标志位初始化 设置中界频率为 1000HZ 测频法 测周法标志位均清零 读数标志初 始化测频法中断次数 测周法溢出次数清零 个 十 百 千位清零 2 显示模块初始化 7279复位 3 定时中断0和定时中断1初始化 EA 1 中断使能 ET0 1 定时中断 0 溢出中断 ET1 1 定时中断 1 溢出中断 数字频率计 18 4 显示初始化 系统启动时显示初始化为所有数码管都显示 0000 4 3 24 3 2 程序流程图程序流程图 1 主程序流程图 数字频率计 19 初始化 所测值 c 是否大于中界频率 开始 数码管显示 0000 调用测频法子程序 定时 1S 记脉冲个数 调用千 百 十 个位分离程序 调用 7279 显示 判断测频标志位是否为 0 N 调用测周法子程序 YY N 判断测周标志位是否为 0 Y N 数字频率计 20 定时中断子程序 计数加 1 否 是 count 清 0 flag 1 图 4 1 T0 时钟中断流程图 T0 时钟中断 保护现场 判断是否到有 10 次 数字频率计 21 计数加 1 T1 时钟中断 保护现场 判断是否到 1s count 清零 flag 1 恢复现场 中断返回 是 否 判断溢出中断允 许位是否为 1 TH1 0 TH1 0 count1 加 1 是 否 图 4 2 T1 时钟中断流程图 数字频率计 22 第五章第五章 实验调试 测量结果记录和误差分析实验调试 测量结果记录和误差分析 5 15 1 实验调试实验调试 在调试过程中所使用的测试仪器仪表和工具包括 函数信号发生器一个 万用表一个 稳压电源一个 最小系统板一块 Keil C51 单片机编译软件 示波器一台 在确定好电路 领好元器件后即开始对布局 分别按放大电路和整形电路进行焊接 函 数发生器产生的三角波 正弦波通过放大整形电路后输出到示波器 在示波器中可以看到频 率几乎不变的完美的方波 后拔出示波器探头 接上单片机频率计及显示 第一次调试中 7279数码管一直显示71Hz不变化 无论如何改变频率 其显示值保持不变 怀疑是程序某处错误 陷入了死循环中 后来检查程序发现调用测频法和测周法的子程序中 标志位最开始没有清零 导致第一次读值后频率标志未清零 单片机判断计数结束 使第二 次读值的子程序无法进行 也就无法显示改变的频率值 后来修改语句 频率计能正常动态 计数 本次实验在稳压电源的正负极增加1uf电容到地滤除电源中高频成分分量 起了稳定电 路系统的作用 5 25 2 测量结果记录测量结果记录 实验测量结果如表1所示 理论值理论值 Hz Hz 9580958080008000700070005000500040004000300030002000200010031003 实际值实际值 Hz Hz 9584958480048004700170015003500340014001300330032004200410031003 第一组第一组 高频段高频段 相对误相对误 差差 0 041 0 041 0 05 0 05 0 014 0 014 0 06 0 06 0 0025 0 0025 0 0 1 1 0 2 0 2 0 0 数字频率计 23 理论值理论值 Hz Hz 4004003003002002001201209595898950501010 实际值实际值 Hz Hz 4024023013012012011221229595898951511010 第二组第二组 低频 低频 段 段 相对误相对误 差差 0 5 0 5 0 33 0 33 0 5 0 5 1 6 1 6 0 00 02 2 0 0 表 1 实验测量结果 精度的计算精度的计算 式 5 1 A 检测系统的精度 测量范围内允许的最大绝对误差 AA 满量程输出 FS Y 所以 经计算得出 A 49999 0 04 5 35 3 误差分析误差分析 5 3 15 3 1 产生误差的原因产生误差的原因 产生的误差主要包括量化误差 触发误差 标准频率误差 1 量化误差 是在将模拟量变换为数字量的量化过程中产生的误差 是数字化仪器所特 有的误差 是不可消除的误差 它是由于频率计闸门的开启与计数脉冲的输入在时间上的不 确定性 即相位随机性而产生的误差 要减小量化误差对测频的影响 应设法增大计数值 N 选择较大倍数的倍频器和分频器 2 触发误差 又称为变换误差 被测信号在整形过程中 由于整形电路本身触发电平的 抖动或者被测信号叠加有噪声和各种干扰信号等原因 使得整形后的脉冲周期不等于被测信 号的周期 由此而产生的误差 触发误差对测量周期的影响较大 对测量频率的影响较小 所以测频时一般不考虑触发 误差的影响 减小误差的方法 尽量提高被测信号的信噪比 采用多周期测量法 3 标准频率误差 是指由于晶振信号不稳定等原因而产生的误差 测频时 晶振信号用 100 FS A A Y A 数字频率计 24 来产生门控信号 即时基信号 标准频率误差称为时基误差 一般情况下 标准频率误差 较小 不予考虑 4 函数信号发生器产生的信号波频率不稳定 5 由于实验室单片机使用的时间比较长 受制造 测量 条件变化的影响 实际晶振频 率与标称值的不符 6 外界噪声等的干扰 5 3 25 3 2 减小误差的方法减小误差的方法 1 改进实验方案 使用等精度测量可能更较精确测量结果 2 在相同条件下和短时期内 对同一被测量进行多次重复测量 3 换用较高精度的晶振 选用稳定性良好的函数信号发生器 数字频率计 25 第六章第六章 小结和体会小结和体会 在设计过程中 得到了我的指导老师的悉心指导与帮助 首先在此表示衷心的感谢 本应用系统设计的目的是通过在 单片机原理及应用 课堂上学习的知识 以及查阅资 料 培养一种自学的能力 并且引导一种创新的思维 把学到的知识应用到日常生活当中 经过这次一个较完整的课程设计和制作过程 对于认识到自己在知识方面存在的不足 明确 今后的学习方向是非常有益的 为将来的的就业提前打了下坚实的基础 在设计的过程中 我不断的学习 思考和同学间相互讨论 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 全能提高个人系统开发的综合能力 开拓了思维 为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础 调试阶段可以说是这次设计中最重要的部分 因为以前的只是理论而不是真正的实体 所 以说它是最重要的 调试阶段我们遇到的问题有 对 编写代码不熟悉 因为硬件和软件模块是 分开做而后又组装到一起的 所以兼容性不是很好 也就是不能融合为一个整体 直接接在函 数信号发生器上能行但是接硬件部分就会出现问题 没有预期现象出现 针对以上几个问题我 们作出了以下的 对策 软件不熟悉 就借来参考书 一步一步的对着学 而且 上网查资料和芯 片使用说明 所以随着接触的增加软件也就越来越熟悉 另外在电路方面需要进一步的设计和 修改 通过这次课设报告也发现了自己很多的不足之处 首先体现在动手能力不强 今后必须 加强对这方面能力的培养 必须培养和锻炼自己独立思考的能力 将学过的理论应用到实践 中去 再好的理论不去用它我们就看不到现在科技的进步 科技推动人类社会的不断向前发 展 数字频率计 26 参考文献 1 张先庭主编 单片机原理 接口与C51应用程序设计 北京 国防工业出版社 2011 2 李光飞 楼苗然主编 51系列单片机 北京 北京航空航天大学出版社 2003 3 黄正瑾编著 CPLD系统设计技术入门与应用 北京 电子工业出版社 2002 4 谢自美编著 电子线路设计 实验 测试 华中理工大学出版社 2002 5 陈永甫编著 电子电路智能化设计 实例与应用 北京 电子工业出版 2002 8 6 康华光主编 电子技术 基础 第四版 北京 高等教育出版社 1999 数字频率计 27 附录一 元器件清单 序号序号数量数量符号及参数符号及参数 12 电容 1uFRB 1 2 21 单片机最小系统板 STC89c51 31 运算放大器 LM324 41 施密特整形器 74LS14N 53 电阻 R1 1K AXIAL 0 4 61 电阻 R2 10K AXIAL 0 4 附录二 实验电路图 数字频率计 28 附录三 实验代码 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define jiezhi 1000 定义中界频率为 1000HZ uchar flag 0 0 flag 1 0 flag 0 定义测频法 测周法标志位并清零 uchar count 0 0 count 1 0 count 0 定义测频法中断次数 测周法溢出次数并清零 uchar qian 0 bai 0 shi 0 ge 0 个 十 百位定义并清零 define HD7279 RESET 0 xa4 复位 sbit HD7279 CS P1 0 HD7279 C