基于单片机的脉冲频率计的设计与实现本科毕业设计论文

1、班级学号苏州大学电子信息学院本科毕业设计论文题 目 学 院 专 业 学生姓名导师姓名毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文基于单片机的脉冲频率计的 设计与实现是本人在指导老师下独立研究、写作的结果，论文中引 用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说 明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在 论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢词中加以说明并深致 谢意 。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。本论文和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者： （签字） 时间：2013年 月 日指导老师已阅： （签字） 时间：2013年 月曰苏州大学电子信

2、息学院毕业设计（论文）任务书学生姓名 王如顺 学号指导教师 马强 职称学院 电子信息工程学院专业 电子信息工程题目名称 基于单片机的脉冲频率计的设计与实现任务与要求：任务：1. 掌握电子元器件的特性及其工作环境，学会查阅相关资料文献。2. 学会应用 keil、Proteus、Protel 等软件。3. 能够完成基本的硬件设计。4. 学会调试系统软件、硬件，具备基本的故障排除能力。要求：设计一个基于单片机控制的脉冲频率计，要求该频率计能够测得方波、三角波等多种波形的频率。要求该频率计测量数值稳定，精度较高且安全经济。要较强的实际应用意义。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。开始日期2013年 月 日完成日期

3、2013年 月 日院长（签字） 2013年 月 日苏州大学电子信息学院毕业设计（论文）工作计戈y学生姓名王如顺学号指导教师王如顺职称学院电子信息学院专业电子信息工程题目名称基于单片机的脉冲频率计的设计与实现一、毕业设计（论文）进度起止时间工作内容2013.9.10-2013.10.10查阅相关文献资料，学习有关电子元器件知识2013.10.11-2013.10.15确立方案，检索相关技术资料，熟悉相关仿真软件，设计整体电路图原理和仿真PCB板,完成开题报告2013.10.16-2013.10.24软件仿真设计，开始撰写论文2013.10.25-2012.10.30进行系统软件和硬件调试2013

4、.11.012012.11.24整理资料，撰写毕业论文、论文答辩二、主要参考书目（资料）1 江晓安，董秀峰，杨颂华。数字电子技术（第三版）西安电子科技大学 出版社 .2002.2 谭浩强，C程序设计（第三版）清华大学出版社.2004.3 邹大挺，频率计的设计 J 。电子产品世界出版社 .2006. 第193期4-7.4 王永生，电子测量学 M. 西北工业大学出版社 .2003.5 李华，单片机实用接口技术 M. 航空航天大学出版社 .2006.6 张鹏，王雪梅。单片机原理与应用实例教程 M. 海军出版社 .2007.7 赫建国等，单片机在电子电路设计中应用 M. 清华大学出版社 .2005.8

5、 康华光，电子技术基础（模拟部分） M. 高等教育出版社 .1998.9 谢自美，电子线路设计与实验 M. 华中科技大学出版社 .2006.10 康华光，电子技术基础（数字部分） M. 高等教育出版社 .1998.11 徐波， Keil 的使用技巧 J. 电子产品世界出版社 .2006. 第 224期.12 吴清平，单片机原理与应用实例教程 M. 海军出版社 .2008.三、主要仪器设备及材料硬件：STC889C51、PCB板、LCD1602液晶显示器等。软件： word 2003、 Altium Designer 、 Keil 等。四、教师的指导安排情况 （场地安排、指导方式等）1. 每个月

6、集中汇报、指导一次。2. 采取面谈方式（教师休息室，教研室等） ，电话、电邮随时联系指导。五、对计划的说明要求严格按照时间节点完成各阶段的任务，每周至少与指导老师见面一次 时间、场地如变动另行约定。目录iii摘要随着无线电技术的发展与普及，“频率”已经成为广大群众所熟悉的物理量。许多电参量的测量方案、测量结果都与频率有着十分密切的关系。因此，频率的 测量就显得更为重要。单片机的出现，对包括测频在内的各种测量技术带来了许 多重大的飞跃，小体积、价廉、功能强等优势也在电子领域发挥非常重要的作用， 极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。本设计介绍了以STC89C52单片机为核心，以C语言进行软

7、件支持的频率测量技术，给出了通过单片机系统的 外部中断和定时器/计数器，并采用测频法来实现信号频率测量以及通过LED显示屏对所测频率显示的设计方法。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。关键词：频率 测量单片机C语言LED显示屏第一早绪论4酽锕极額閉镇桧猪訣锥。1.1研究背景及意义.41.2频率计国内外现状.4第一早系统总体设计.62.1频率测量方法62.2频率计的设计内容.72.3测频原理72.4设计方案8第二早硬件电路设计.103.1硬件整体设计103.2频率产生模块113.2.1 NE555简介及其主要特点11彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。3.2.2 NE555芯片引脚图及引脚功能介绍11謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔

8、。3.2.3 电路分析133.3放大整形模块143.3.1放大整形模块的意义143.3.2放大整形模块原理 143.4电源模块153.4.1充电宝的定义及优点 153.5单片机模块163.5.1 STC89C52单片机简介16厦礴恳蹒骈時盡继價骚。3.5.2 STC89C52单片机的特性17茕桢广鳓鯡选块网羈泪。3.5.3 STC89C52单片机引脚图及引脚功能介绍.17鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。第四章系统软件设计.234.1软件模块设计234.2中断服务子程序.244.3显示子程序254.4应用软件简介264.4.1 Keil的简介及其优点26442 Keil的使用 26443 Aultium

9、designer的简介及其优点 28籟丛妈羥为贍债蛏练淨。第五章系统调试315.1 硬件调试31目录v5.1.1 频率产生模块调试 315.1.2 电源模块调试 315.2 软件调试315.2.1 Aultium desig ner软件调试 31預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。5.2.2 功能调试 315.3 系统调试325.3.1 系统软件调试 325.3.2 系统硬件调试 325.4 误差分析32总结33致谢 错误！未定义书签。34参考文献附录36第一章绪论4第一章绪论1.1研究背景及意义频率，是单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的 量。在电子技术领域内，频率是一个最基本的参数

10、。它不仅是各种强弱电信号的 物质本质参数之一，还因为频率信号的抗干扰性强、已与传输、可以获得较高的 测量精度等特点使各种非电信号，诸如速度、力、图像、音讯等物理量都可以转 换为电频率信号。因此工程中很多测量，如用振弦式方法进行力的测量、 时间测 量、速度测量速度控制等都涉及到频率测量。因此，研究频率计具有一定的实用 价值。频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，它的基本功能是测量正弦波信号、方波信号、尖脉冲信号以及其它各种单位时间内变化的 物理量。在测控系统中，测频方法的研究越来越受到大家的重视，多种非频率量 的传感信号都要转化为频率量来进行测量，而频率计作为测量频率的仪器被广

11、泛 应用于工业生产、实验室、国防等领域渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1.2频率计国内外现状在国际上频率计的分类很多。按功能分类，电子计数器有通用和专用之分。通用型计数器是一种具有多种 测量功能、多种用途的万能计数器，它可测量频率、周期、多周期平均值、时间 间隔、累加计数、计时等。专用计数器指专门用来测量某种单一功能的计数器。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。按频段分类有低速频率计数器、中速频率计数器、高速频率计数器和微波频 率计数器之分。其中低速频率计数器最高计数频率小于10MHZ ;中速频率计数器最高频率计数频率为 10到100MHZ ;高速频率计数器最高计数频率大于 100MHZ ;微波频率计数器的测频范围

12、为 1到80GHZ或更高。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的 功能，从而提高系统可靠性和速度。现如今，频率计已经不仅仅是测量信号频率 的装置了，还可以测量方波的脉宽。在人们的生产生活中数字频率计也发挥着越来越重要的作用，比如有数字频率计来监控生产过程，这样可以及时发现系统运 行中的异常情况，以便给人们争取时间处理。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。除此之外，它还可以应用于工业控制等其它领域。在传统的电子测量仪器中， 示波器在进行频率测量时测量精度较低， 误差较大。频谱仪可以准确的测量频率 并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速地跟踪捕捉到被

13、测信号 的频率变化。正是由于频率计能够快速准确地捕捉到被测信号频率的变化，因此频率计拥有非常广泛的应用范围。坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。目前，市场上的频率计厂家可分为三类：中国大陆厂家、中国台湾厂家、欧 美厂家。其中，欧美频率计厂家所占有的市场份额最大。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。欧美频率计厂家主要有：Pe ndulum In strume nts和 Agile nt科技。现如今，对于频率计的设计目前也有专用芯片可以实现，如利用MAXIM公司的ICM7240来设计频率计，但由于这种芯片的计数频率比较低，远不能达到 在一些场合而要测量很高的频率要求，而且测量精度也受到芯片本身的限制，因此提出用AT89C52

14、单片机设计频率计来解决这些问题，从而实现高精度，宽范 围测量的频率计的设计。買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。7第二章系统总体设计117第二章系统总体设计2.1频率测量方法频率测量是电子测量领域的最基本测量，通常频率测量有两种方法：1. 计数法（直接测量法）。这是指在一定的时间间隔T内，对输入的周期信号 脉冲计数为:N，则信号的频率就等于时间间隔T/脉冲计数N。测量存在相对误差。 这种方法适合于高频测量，信号的频率越高，则相对误差越小。如图 2.1所示 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。TO计数1STOQTl同时启动频率亡己的脉冲个駭到时* 读取T的 计數值图2.1计数法测频率原理：TO负责对外部脉冲进行计数，T1负

15、责1S的定时，同时启动T1和T1, 当1S到时，即可得到被测信号的频率。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2. 测周法（间接测量法）。这种方法是计量在被测信号一个周期内频率为 Fo 的标准信号的脉冲数N来间接测量频率。被测信号的周期越长（频率越低），则测 得的标准信号的脉冲数N越大，则相对误差越小。周期法测频率如图 2.2所示。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。施-八八戡测H言号Ii.r定时血I同期2个数壮。“:|F=l/T期 T启幼丁丄结束图2.2周期法测频率3. 组合测频法在低频时采用直接测量周期法测信号周期， 然后换算成频率。 高频时采用直接测频法，这种方法在一定程度上弥补了上述两种方法的不足，但 是难以确

16、定最佳分测点，且电路设计较复杂。因此要采用合理的组合方案 锹籁饗迳 琐筆襖鸥娅薔。在我所设计的的方案中，选择了 STC89C52单片机为核心组件，该单片机晶 振为12M。工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051的080MHz，实际 工作 频率可达48MHz。在我的硬件设计中，我选择测量的是硬件本身自带器件 NE555振荡频率。影响NE555振荡频率的因素是电阻 Ra、Rb和电容C参数稳 定了。其中电阻值的稳定性和电容值的稳定性易受外界温度影响，所以说外界温度是影响振荡频率的最主要因素。只有在怛定温度下，NE555振荡器才能输出比 较稳定的振荡频率。在恒定的振荡频率下，选择第一种测频方法

17、，直接测量法更 力口直接有效。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。2.2频率计的设计内容利用电源、单片机、分频电路及数码管或LCD1602显示等模块 设计一个简易的频率计能够粗略测量出被测信号的频率。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。参数要求如下：1. 测量范围1Hz5KHz。.2. 用LCD1602显示测量值。3. 可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形。2.3 测频原理所谓频率，指的是单位时间内完成振动的次数。 测频的原理，就是“在单位 时间内对被测信号进行计数，在我的硬件设计及中，引文选用的是 NE555产生 的并送入主门的输入端。由晶体振荡器产生的基频 按十进制分频得出的分频脉冲。经过基选通门去触发主控电路再通

18、过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被测信号所产生的矩形波至十进制计数电路进行直接计数和显示。若在一定的时间间隔T内累计周期性的重复变化次数 N则频率即为重复变化次数 N与时间间隔T,但是，这种方法是有误差的。误差 原理如图2.3所示。 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。gJfeOrHW） 汨州个射多余（比如细了加个财）在图2.3中，假 设时2基信率的为量及误差产生原用此法测得的待测信号为 1KHzX5=5KHz。但从图中可以看出待测信号应该在5.5KHz左右，误差约有0.5/5.5 9.,1这个误差是比较大的。实际上，测量的脉冲个数的误差会在士 1之 间。假设所测得的脉冲

19、个数为N,所测频率的存在误差，减小误差的方法就是增 大N。本频率计要求测频误差在1%。以下，则N应大于1000,通过计算，对,1KHz 以下的信号用测频法，反应的时间长于或等10S。由此可以得出一个初步结论，测频法适合测高频信号。频率计数器严格地按照计数 N与时间间隔T之比进行测 频由于数字测量的离散性，被测频率在计数器中所记进的脉冲数可有正一个或负 一个脉冲的土 1量化误差，应当指出：测量频率时所产生的误差是由 N和T俩个 参数所决定的，一方面是单位时间内计数脉冲个数越多时，精度越高；另一方T越稳定时,精度越高。为了增加单位时间内计数脉冲的个数。一方面可在输入端 将被测信号倍频；另一方面，可

20、增加 T来满足，为了增加T的稳定度，只需提 高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能达到。上述表明：在频率测量时，被测信号频率越高，测量精度越高。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。2.4 设计方案在我此次的毕业设计硬件中，硬件主题部分主要分为频率产生模块、放大整形模块、电源模块、单片机模块和显示模块共五大模块，其总体设计框图如图2.4所示。凍鈹鋨劳臘错痫婦胫籴。电容值的稳定性易受外界温度影响，系统所体说框图温度是影响振荡频率的最主要因 素。在怛定温度下，NE555振荡器输出比较稳定的振荡频率。 在恒定的振荡频率 下，对我们测量频率的精确性有很大的提高，而200K电位器的作用则是：通过调节电位器来调节NE

21、5555时基电路输出的脉冲宽度，从而测得不同的频率值。 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。整个频率计设计中 频率产生模块产生的频率值送入单片机 然后再被送 入显示模块，通过显示模块显示的频率值与产生模块产生的频率值比较， 检测单 片机的C程序功能的正确性。测得 NE555时基电路输出频率值。鯊腎鑰诎漣鉀沩懼統 庫。2. 放大整形模块：因为在单片机计数中只能对脉冲波进行计数，而实际中需要测量频率的信号是多种多样的，有脉冲波、还有可能有正弦波、三角波等，所以需要一个电路。把待测信号转化为可以进行计数的脉冲波。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。3. 电源模块：为整个系统提供合适又稳定的电源主要为单片机、频率产生模块以及显示

22、模块提供电源，电压要求稳定、噪声小及性价高的电源，考虑到环 保因素、安全性以及展示方便性，我在此次硬件设计中加了 USB接口，在有数据 线的情况下，可以通过外接电源为此频率计充电，大大提高了产品的可携带性、 安全性以及环保性。 阌擻輳嬪諫迁择植秘騖。4. 单片机模块：以STC89C52单片机为控制核心，来完成待测信号的计数、译码和显示以及对分频比的控制。利用其内部的定时/计数器完成待测信周期/频率的测量。单片机STC89C52内部具有2个16位定时/计数器，定时/计数器 的工作可以由编程来实现定时/计数和产生计数溢出时中断要求的功能。氬嚕躑竄贸 第三章硬件电路设计13恳彈濾颔澩。5. 显示模块

23、：显示电路采用 LCD1602动态显示，其内容为162即可以显示 两行，每行16个字符液晶模块，显示字符和数字。它由若干个 5X7或者5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符， 每位之间有一个点距 的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，但也正因为如此， 它不能很好地显示图形。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。第三章硬件电路设计3.1硬件整体设计在我此次的设计中，硬件设计共分为：频率产生模块、放大整形模块、电源模块单片机模块和显示模块共五个模块。系统整体电路如图3.1所示。 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。Wi. :T,I:匚hi imtaaaF詰冷裁抄二：-；?ITr-iivi

24、 pa科 fl411图3.1系统总体电路图3.2 频率产生模块本频率计中频率产生模块采用 NE555 8路时基电路作为频率发生器，同时辅 以200K电位器来改变脉冲宽度以获得不同的频率。主要用于检测单片机的C程序是否能正确测出对应的频率。其主要应用的电路是NE555集成电路的改变。NE555集成电路有双极型和 CMOS型两种。CMOS型的优点是功耗低、电源电 压低、输入阻抗高、但输出功率较小，输出驱动电流只有几毫安。双极型的优点 输出功率大。双驱动电流达200毫安，其他指标不如COMS型。555的应用电路 很多，只要改变NE555集成电路的外部附加电路，就可以构成几百种应用电路。 大体可分为N

25、E555单稳、NE555双稳及NE555无稳，即振荡器三类。本次设计 的频率计采用的是NE555无稳振荡器电路。谚辞調担鈧谄动禪泻類。3.2.1 NE555简介及其主要特点NE555为8脚时基集成电路，大约在 1971年由Signetics Corporation发布， 在当时是唯一非常快速且商业化的 Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用， 且延伸出许多的应用电路，后来基于CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA 的MC1455已被大量的使用，但原规格的 NE555依然正常的在市场上供应，尽 管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直 接的代

26、用。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。NE555主要特点如下：1. 只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围 极广，可由几微秒至几小时之久。2. 它的操作电源范围极大，可与 TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。3. 其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。3.2.2 NE555芯片引脚图及引脚功能介绍NE555引脚功能介绍：第三章硬件电路设计15Pin 1 （接地）：地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。CND放电F.FQ控制

27、电压放电管阈值比较器Pin 2 （触发点）：这个脚位是触发NE555使2/3Vcc，下缘须低于1/3Vcc。OutPw图3.2 NE555内部功能框图其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于Pin 3 （输出）：输出的电平状态受触发器控制,下比较器2脚的控制。当触发器接受上比较器 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏输出1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平，2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用即电压 小于1Ucc/3，此时，3脚输出高电平。6脚为*值 端只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即 输入电压大于2Ucc/3，称高触发端。3脚输出低电平,但有一个先决条

28、件，即2 脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。3脚在高电位接近电源电压 Ucc，输出电流最 大可达200mA。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。Pin 4 （重置）：当4脚电位小于0.4时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚 输出低电平。Pin 5 （控制）：这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下，这输入能用来改变或调整输出频率。颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。Pin 6 （重置锁定）：Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3Vcc电压以下移至2/3 Vcc以上时启动这个动作。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。Pin 7（放电）:与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输

29、出电流，所以3 脚称为实高或低，7脚称为虚高。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。Pin 8 （V +）:这是NE555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。NE555芯片管脚介绍：NE555集成电路是8脚封装，双列直插型。 如图3.3所示。其中6脚称*值端（TH），是上比 较器的输入；2脚称触发端（TR）,是下比较器12VCCIBCl图3.3 NE555芯片管脚图介绍的输入；3脚是输出端（Vo）,它有0和1两种状态， 由输入端所加的电平决定。4脚是复位端（MR）， 加上低电平时可是输出为低电平；5脚控制电压 端（Vc）,可用它改变上

30、下触发电平值；7脚是放 电端（DIS），它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端 的状态决定，8脚是电源端，1是接地端。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。323电路分析本频率计中的方波发生器电路为 NE555振荡器电路（无稳电路）。由NE555 定时器构成的多谐振荡器如图3.4所示,其工作波形如图3.5所示。接通电源后 电源Vdd通过R1和R2对电容C充电当UcWdd/3时，振荡器输出Vo=1,放电 管截止。当Uc充电到2V5d /3后，振荡器输出Vo翻转成0,此时放电管导通， 使放电端（DIS）接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。当Uc下降到wVdd/3 后,振荡器输出Vo又翻转成

31、1,此时放电管又截止，使放电端（DIS）不接地。电源 Vdd通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从Vdd / 3上升到2Vdd/3,触发器 又发生翻转。如此周而复始，从而在输出端 Vo得到连续变化的振荡脉冲波形 塤礙 籟馐决穩賽釙冊庫。脉冲宽度TL0.7R2C，由电容C放电时间决定，TH=0.7(R1+R2)C式（3-21），裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。电容C充电时间决定脉冲周期：TTH+TL式(3-32)仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驚。图3.4原理图第三章硬件电路设计22图3.5波形图3.3放大整形模块3.3.1放大整形模块的意义因为在单片机计数中只能对脉冲波进行计数， 而实际中需要测量频率的信号 是多种

32、多样的，有脉冲波、还有可能有正弦波、三角波等，所以需要一个电路。 把待测信号转化为可以进行计数的脉冲波。在我此次的设计中，放大整形模块的作用就是将NE555输出的待测信号转化成可以计数的矩形波。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。3.3.2 放大整形模块原理放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。它将正弦输入信号Vx整形成同频率方波Vo幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放 大器，以避免波形失真。由运算放大器构成的射极跟随器起阻抗变换作用， 使输 入阻抗提高。同相输入的运算放大器的放大倍数为（R1+R2） /R1，改变R1的大 小可以改变放大倍数，系统的整形电路由施密特触发器组成， 整形后

33、的方波送到 闸门以便计算。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。由于输入的信号可以是正弦波、三角波，而后面的闸门或计数电路要求被测 信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路在测量的时候， 首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情 况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。 在输入信号电压幅度较大时，通过 输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零 时若不能驱动后面的整形电路，贝碉节输入放大的增益时被测信号得以放大。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。根据上述分析，放大电路放大整形电路采用高频晶体管3DG100与74LS00等组成。其中3DG100为NPN

34、型高频小功率三极管，组成放大器将输入频率为 fx的周期信号如正弦波、三角波及方波等波进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出波形信号进行整形，使之成为矩形脉冲。具体放 大整形模块图3.6所示。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。图3.6整形电路3.4 电源模块电源模块，顾名思义，为整个系统提供合适又稳定的电源主要为单片机、频率产生模块以及显示模块提供电源电压要求稳定、噪声小及性价高的电源，考虑到环保因素、安全性以及展示方便性，我在此次硬件设计中加了 USB接口， 在有数据线的情况下，可以通过外接电源为此频率计充电， 大大提高了产品的可 携带性、安全性以及环保性。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。3

35、.4.1 充电宝的定义及优点充电宝是指可以直接给移动设备充电且自身具有储电单元的装置。 充电宝自 身的充电插头直接通过交流电源可以对移动设备充电且自身具有存电装置， 相当 于一个充电器和备用电池的混合体，相比备用电源而言可以简化一个充电插头的装置，而相比于充电器它又自身具有存电装置， 可以在没有直电源或外出时给数 码产品提供备用电源。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。充电宝其定义就是方便易携带的大容量随身电源。它是一个集储电，升压， 充电管理充电宝的优点：1普适性：充电宝能够满足多种数码产品对电能的需求，不仅仅是数码产品, 还有很多其他便携式设备，充电宝都可以兼容。峴扬爛滾澗辐滠兴渙藺。2功能强大：充电宝

36、能够保证相当长时间内的持续供电能力3. 便携性：目前的充电宝产品发展趋势之一就是轻便型，就是保证产品足够轻薄的情况下能够具备较强的供电能力。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。在我的毕设设计中，我给毕设选用的外接电源是科比电麝鼻灯图3.7充电宝结构“惠世通”牌充电宝。其优点是本应急电源可适用于各 品牌系列智能手机及数码产品充电。全新结构、精致 设计、内置智能充电及全面的过充、过放、过压保护 电路，使用方便安全。如图3.7所示其技术规格如下：输入：DC5V-500mA输出：DC5V-600mA Max容量：4800mWh执行标准：GB4943-2001外观尺寸：长96 (mm)、宽60 (mm)、厚14 (m

37、m)3.5 单片机模块在我此次的硬件设计中，选用的是 STC89C52单片机 3.5.1 STC89C52单片机简介8位单片机是MSC-51系列产品升级版，有世界著名半导体公司 ATMEL在 购买MSC-51设计结构后，利用自身优势技术(掉电不丢数据)闪存生产技术对 旧技术改进和扩展，同时使用新的半导体生产工艺，最终得到成型产品。此同时， 世界上其他的著名公司也通过基本的 51内核，结合公司自身技术进行改进生产， 推广一批如51 F02等高性能单片机。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具 有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯

38、片上，拥有灵巧的8位CPU和在系 统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有 效的解决方案。 具有以下标准功能：8k字节Flash, 512字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时 器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2 级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52可降至OHz静态逻辑操作，支 持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被 冻结，单片

39、机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T可选。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。3.5.2 STC89C52单片机的特性STC89C52单片机内部主要特性如下：1.8K字节程序存储空间。2.512字节数据存储空间。3. 内带2K字节EEPRO存储空间。4. 可直接使用串口下载。5. AT89S52 单片机。6.8K字节程序存储空间。7.256字节数据存储空间。8.没有内带EEPROM存储空间。3.5.3 STC89C52单片机引脚图及引脚功能介绍STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具 有以下标准功能：8k字节Flash，512字

40、节RAM， 32位I/O 口线，看门狗定 时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构(兼谷传统51的5向量2级中断结构), 全双工串行口。另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选 择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM定时器/计数器、串口、 中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一 切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。STC89C52单片机引脚功能介绍匸.3.4iMSOPl C C (5CKP1,7C RSTC 户冥D) P3QC

41、 CO PX1 E ;CiTC PH 匸 tl*fn)PX3 r(TD P3C(TiPX5C F3.6C r 7匸XTAL2C XT心C Gt*or T2 P1.0E T2EM .P1 * CZ)Z)PSEN P： 7 (Alt： P2 C (A 1 i Pie CA13) P2 斗(AiN) P2 3 (All) F22 (AT6 P2 1 (A0) P3 0 LA8匸匸匸gpcFOropoFOpcFCVCC :电源电压。GND:接地。P0 口： P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O。作为输出口，每位能驱动 8 个TTL逻辑电平。对P0端口写“ 1”时，弓I脚用作高阻抗输入。当访问外部程

42、序和数据存储器时，P0 口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0 口用来接收指令字节；在程序校验时， 输出指令节。程序校验时，需要外部上拉电阻。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1输出缓冲器能 驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此 时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原 因，将输出电流。此外 P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和定时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)，P

43、1 口功能具体如表I所示。在flash编程和校验时，P1 口接收低8位地址字节。陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟表3.1 P1 口第二种功能说明表引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）， 时钟输出P1.5MOSI在系统编程用）P1.6MISO在系统编程用）P1.7SCK在系统编程用）P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能 驱动4个TTL逻辑电平,对P2端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时 可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻

44、的原因， 将输出电流。在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如 执行MOVXDPTR ）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很 强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVXRI ）访问外部数据存储器时， P2 口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2 口也接收高8位地址字 节和一些控制信号。P2 口第二功能说明如表3.2所示。 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。表3.2 P2 口第二功能说明表引脚号第二功能P3.0RXD串行输入）P3.1TXD （串行输出）P3.2INT0 （外部中断0）P3.3INT1 （外部中断1）P3.4T0 （定时器0外部输入

45、）P3.5T1 （定时器1外部输入）P3.7WR（外部数据存储器写选通）P3.8RD （外部数据存储器写选通）P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能 驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此 时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于电阻的原因， 将输出电流。P3 口亦作为AT89C51特殊功能（第二功能）使用，P3 口功能如表 所示。在flash编程和校验P3 口也接收一些控制信号。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。RST:复位位输入。当晶振工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平 将是单片机复位。看门狗计

46、时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR （地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认 状态下，复位高电平有效。 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。ALE/PROG :当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE （地址锁存允许） 输出脉冲用于锁存地址的低 8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的 1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间， 该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR） 区中的8EH单元的DO位置位

47、，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部 程序时，应设置ALE禁止位无效。謾饱兗争詣繚鮐癞别濾。PSEN:程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN有 效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN信 号。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。EA/VPP :外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为OOOOH-FFFFH） , EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，

48、复位时内部会锁存 EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc 端），CPU 则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程 允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V编程电压Vpp。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。XTAL1 :振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2 :振荡器反相放大器的输出端。3.5.4 单片机引脚分配根据系统设计及各模块的分析得出，单片机的引脚分配如表3.3所示:表3.3单片机端口分配表模块端口功能显示模块P0.0-P0.4、P2.0-p2.7数码管频率显示P1.4-P1.6LED单位显示3.6 显示模块在我此次毕设硬件的显示器选择中，

49、我选择了LCD1602工业字符型液晶显示器，它能够同时显示16x02即32个字符。在单片机系统中应用液晶显示器作 为显示输出器件有以下几个优点：麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。1. 显示质量高。由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点。 因此，液晶显示器画质咼且不会闪烁。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。2. 数字式接口。液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可 靠，操作更加方便。3. 体积小、重量轻。液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。風撵鲔貓铁频钙蓟

50、纠庙。功耗低。相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC 上,因而耗电量比其他显示器要少得多。灭暧骇諗鋅猎輛觏馊藹。3.6.2 LCD1602液晶显示器简介1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号 等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵 字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔， 起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。LCD1602液晶显示器操作控制：LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了 160个不 同的

51、点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、 和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B (41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来， 我们就能看到字母“ A ”。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编 程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A 。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。2523第四章系统软件设计4.1 软件模块设计系统软件设计采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块，信号频率测量 模块，自动量程转换和显示模块等模块组成。系统软件流程如图 4.1所

52、示。夹覡闾 辁駁档驀迁锬減。频率计开始工作或者完成一次频率测量， 系统软件都进行测量初始化。测量 初始化模块设置堆栈指针（SP）、工作寄存器、中断控制和定时/计数器的工作 方式。定时/计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率。 视絀 镘鸸鲚鐘脑钧欖栃。图4.1系统软件流程总图工作流程：首先定时/计数器的计数寄存器清0,运行控制位TR置1,启动#第四章系统软件设计27对待测信号的计数。计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值（即测 量频率的高量程）开始测量，计数闸门结束时TR清0,停止计数。计数寄存器中 的数值经过数制转换程序从十六进制数转换为十进制数。得到满足测量数据有效

53、位数的要求。定时/计数器的工作被设置为定时器方式，定时/计数器的计数寄 存器清0,在判断待测信号的上跳到来后，运行控制位TR置为1,以单片机工作周期为单位进行计数，直到信号的下跳沿到来，运行控制位TR清0,停止计数。 16位定时/计数器的最高计数位为65535,在我此次的毕设中，待测信号的频率 较低，定时/计数器可以对被测信号直接计数。 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。4.2 中断服务子程序T0中断子程序流程如图20所示。测频时、定时器T0工作在定时方式，每 次定时50ms,则T0中断20次正好为I秒，即T0用来生产标准秒信号，定时器 T0用作计数器，对待测信号计数，每秒钟的开始启动T0，每秒钟的结束关

54、闭T0, 则定时器T0之值乘以分频系数就为待测信号的频率。如图4.2所示。 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。图4.2 T0中断服务子程序定时/计数器T1工作在计数方式，对信号进行计数，其工作流程如图4.3所示。图4. 3计数器1中断服务子程序*4.3显示子程序显示子程序流图4 4显不子程序流程图4程图如所示:第四章系统软件设计274.4应用软件简介在我此次毕业设计中，软件需要在 Keil平台上完成程序的调试，在 Aultium designer软件平台上完成仿真显示。在这里，对 Keil和Aultium designer软件做 简单介绍。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。4.4.1 Keil的简介及其优点Keil是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系 统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势， 因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功 能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行 Keil软件需要 WIN98、NT、WIN2000、