简易数字频率计

1、简易数字频率计简易数字频率计摘要本设计基于AT89C1单片机设计的简易数字频率计，通过软件编程和硬件的 搭建，实现对频率为lhz-lMhz,幅度为0. 5v-5v的方波和正弦波频率的测量, 以及实现对脉冲宽度lOOus,幅度在055V变化的脉冲波的脉宽测量。测量结 果通过LCD1602液晶屏显示。本设讣涉及单片机的中断程序、内部定时器以及对 外部输入脉冲的计数功能。关键字：单片机数字频率计脉宽测量LCD160211目录1、设计任务和要求 31. 1、任务 31.2、要求 31. 2. 1基本要求 31.2.2发挥部分 32、系统方案论证与比较 32. 1方案一 32. 1方案二 43、各单元电

2、路的设计 53. 1 53.2 64、系统测试 64. 1仿真结果和分析 64. 1. 1： 64. 1.2 74. 2实验数据的测试和分析 8结论 9参考文献 91、设计任务和要求1.1、任务设计并制作一台数字显示的简易频率计。1.2、要求1.2. 1基本要求 测量范囤信号：方波、正弦波幅度：0.5-5V频率：1Hz1MHz 测疑误差W0.2%脉冲宽度测量 测疑范用信号：脉冲波幅度:0.5-5V脉冲宽度100us 测疑误差鼻1%（1）显示器。十进制数字显示，显示刷新时间rios连续可调，对上述两种测量功能分 别用不同颜色的发光二极管指示。（2）具有自动校验功能，时标信号频率为IMHzo1.2

3、. 2发挥部分（1）正弦波和脉冲波频率步长：10Hz：（2）输出电压幅度：在频率范围内50Q负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值 &F5V0. IV；（3）正弦波幅度可步进调整，调整范围：100mV3V（或5V）,步长为100mV；（4）产生二进制PSK、ASK信号：在100kHz固定频率载波进行二进制键控,二进制基带序列码速率固定为10kbps,二进制基带序列信号自行产生；（5）其他。2、系统方案论证与比较方案一：用FPGA模块来实现。方案二:使51单片机来设计。方案比较：使用FPGA成熟模块设计比较简单，但是造价比较高。使用51 单片机，造价比较低并且软件设计更加灵活，使用起来也相对比较简

4、 单。综合考虑，我们选择方案二。3、各单元电路的设计3.1整波电路由于，单片机和74HC4017的计数方式都是正跳沿或者负跳沿有效，所以当 输入信号是正弦波时，需要对其进行整波，使其变成方波。在设计中我们采用褚 管，通过褚管的通断把正弦波整成方波，然后再对其进行频率测量。我们通过三 极管饱和时的特性，把正弦波转化为方波。3.2分频电路山于，在本设计中我们选用的是12M石英晶体，所以能测量的最高频率是 500kHz,但是我们的要的输入信号频率范圉为1Hz1MHz,因此我们对输入进行 分频操作，这样能测量的上限频率就大大提高了。我们采用74HC4017来完成分 频部分的电路的设计。其外部结构是这样

5、的：3、2、4、7、10、1、5、6、9、11 分别对应输岀Q0-Q9； 12是进位输出，13脚为使能端，低电平有效，14脚为时 钟的输入，15脚为清零端。功能是：一开始，Q0-Q9均为低电平，每当第一个 时钟上升沿到来时，数据输岀Q0为高电平，其余为低电平。每当时钟上升沿到 来时，高电平就下移一位。当输出高电平位从Q9回到Q0时，12脚会产生一次 低电平。这样就相当于进行了一次10分频，这样连续串儿块74HC4017进进行了 儿次10分频。U4侣CLKMRco74HC4J4774HC40774HC4C17八1 丄 CE. 、L亠2八7 wrr亠亠0 H亠a鴿器盅路868誥38638 MR M

6、0Q102Q3 口 4Q6 QG ? Q6 oe3. 3显示电路本设计采用1602LCD液晶屏显示，这样的显示电路相对于数码管显示，电路简单，也 易于单片机的控制，可以盯省几个译码芯片，显示结果淸楚明了匚LCD1602液晶显示器与的R2R1_Ta m n eC3ZC5Z2FjrreoIaaiwjortxsrwz roaftw 0Z、 =A*AXP1W1R5任Q4士.cikaccAmi0243X加0? oa8亠宝 GU3连接，引脚7-14（即数据端D1-D7）,分别对应于单片机的P0.0-P0.7,使能端E和单片机的P3.7,RS对应于单片机的P3.0,而读写控制端R/W对应于单片机的P3.6,

7、 VSS, VDD, VEE分 别接电源地，电源正极和显示偏压输入。本设计是基于单片机最小系统的基础上设计的。P0 口和LCD1602相连接组成显示部分。 令门控位GATE=O,CA=1,利用单片机内部的计数器部分对P3.4脚的频率进行计数,再利用中 断定时1秒，这样在1秒内计数结果就是待测频率的频率值。其次，令门控位GATE=1,C/T=O, TRO=1,当外部的输入脉冲是髙电平时，系统对石英晶振的12分频进行计数，由本设计采用 的是12M的晶振，故汁数结果是多少就表示外部输入脉冲高电平的时间为多少us,这样就 可以实现了多脉冲信号的脉宽的测量。硬件部分我们采用双刀双掷开关来控制系统的工作模

8、 式，同时通过P1.1来实现软件对工作模式的选择。由于，计数器的计数频率不能大于晶振 频率的二十四分之一，故测量频率只能达到500k,而设计要求是lHz-lMHz,基于这一点, 我们对输入信号进行分频操作，考虑到成本和实用性，我们只进行了 100分频。硬件部分我 们还是采用双刀双掷开关来实现,P1.0则是软件部分用来判断系统是否对输入信号进行了分 频操作，从而对输岀显示进行控制。在模式选择时，我们设il 了两个不同颜色的发光二极管 来显示当前的工作模式是测频率还是测脉宽。4、系统测试4.1仿真结果和分析由仿真结果可以看出，测量的频率范围为lHz-500kHz,但是按 照设计的方案，理论上说，测

9、量范围应该是：lHz-10MHzo开始我们 怀疑是74HC4017频工作率太低，当频率太高时无法正常工作造成的。 但是，根据我们通过网络查资料的结果，这个原因是不存在的。因为 74HC4017的最高工作频率为83MHzo因此，我们觉得这或许是因为 仿真软件的缺陷所引起的。仿真结果显示，我们能测量的最大脉宽为65.535ms,最低为 luse这是由于，我们的软件的设计设计方案存在缺陷所造成的，也 是我们意料之中的。4.2测试结果和分析测量结果：(1)频率能准确测量范围：正弦波幅度0.65V-5V,频率 250Hz1.10MHz；方波：幅度为0.5v5v,频率为1Hzl.OSMHZo(2)脉宽:测量范围：lus-63.35mso从实际测量结果可以看出，仿真结果和实际测量结果还是存在一定的差距。也证实了一点，仿真时，最高测量频率只为500KHZ不是电路的本身的原因，而是仿真软件的缺陷。还有就是在硬件实现方面还存在欠缺，没有达到预期要求。比如，正弦波的下限频率理论上应该是1HZ,但是，我们的测:结果却显示只要当频率在250Hz以上频率