2015年全国大学生电子设计竞赛F题数字频率计设计论文

1、2015年全国大学生电子设计竞赛数字频率计(f问题)本科生组2015年8月15日摘要信息本文介绍了以单片机STC12C5A60S2作为控制核心实现频率测量的数字频率计设计方案。频率测量的基本方法是放大正在测试的信号，对其进行整形，然后通过单片机的计时计数器计数求出频率值。硬件部分由放大电路和整形电路、单片机和多个显示电路组成。软件部分由信号频率测量模块和数据显示模块等模块实现。应用单片机的控制功能和数学运算能力，实现计算功能和频率转换。关键词：数字频率计；微控制器；测量目录第一章简介1第二章总体方案设计22.1比较方案22.2计划演示22.3选择方案3第三章系统设计和理论分析33.1频率计程序

2、概述33.2微控制器43.3放大器电路53.4比较器电路53.5计数器电路53.5软件设计63.5方块图6第四章测试程序和测试结果74.1测试方案84.2测试条件和工具84.3测试结果和分析9第五章参考文献10附录1电路线路图11第一章引言频率计是数字电路中的典型应用，是实际硬件设计中使用的设备更多，联机更复杂，复杂的可编程逻辑设备广泛应用，使整个系统大大简化了整体性能，直接以十进制显示被测试信号的频率的测量设备。不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其他周期性信号的频率，还可以测量它们的周期。修改后，频率计还可以测量脉冲宽度，使其成为数字脉宽测量仪；如果在电路上添加传感器，也可以用数

3、字脉象或仪表等制作。因此，数字频率计广泛用于测量物理学。以前的频率计大多设计为TTL数字电路，其电路复杂，功耗高，体积大，成本高。随后出现了大型专用集成电路(IC)，如ICm 7216和ICM7226频率计专用IC，它简化了频率计的开发设计，但由于价格昂贵，因此使用IC设计数字频率计的次数较少。目前单片机技术发展得很快，利用单片机实现数字频率计的开发和设计，实现频率测量，测量准确，精度高，误差也很小。这里以单片机STC12C5A60S2为核心的数字频率计比较简单实用。第二章总体方案设计2.1比较方案方案1:该程序主要以单片机为中心，使用单片机的计数定时功能实现频率计数，并使用单片机将测量的数据

4、传输到液晶显示电路显示中。实际上，方块图等于2.1。方案2:该方案主要以数字设备为核心，分为基于时间的电路、逻辑控制电路、放大成型电路、门电路、计数电路、锁定电路、解码显示电路的7个部分。方块图如图2.2所示2.2演示计划方案1:该方案主要以单片机为中心，进入信号放大电路放大，然后发送到比较器进行电路整形，将测试的正弦波转换为方波。利用单片机的计数器和计时器的功能计算测量的信号。编写适当的程序后，微芯片可以自动调节测量范围，并将测量的频率数据发送到显示电路显示方案2:该方案使用大量数字设备，测量信号放大成型电路转换为计数器所需的脉冲信号，该频率与正在测量的信号的频率相同。同时，基于时间的电路在

5、1s的高水平期间提供标准的基于时间的信号。当1s信号到来时，大门打开，1s信号通过大门，计数器开始计数，停止计数，直到1s信号结束大门。在栅极时间1s时，如果计数器中的脉冲数为n，则测试信号频率FX=NHZ。逻辑控制电路有两个作用。一个是产生锁定脉冲，这是显示器的数字稳定性。二是生成零脉冲，使计数器的角度测量从0开始计算。2.3选择方案通过比较上述两种方案，可以看出，程序1的核心是单片机，使用较少的组件，简单的原理电路，只要改变简单的调试程序设置，就可以通过各种频率范围的测试自动选择测试的范围。方案1和比较方案2使用了大量数字部件，原理电路复杂，硬件调试很麻烦。要测量高频信号，需要使用分频电路

6、，但价格相对较高。以上述为基础，选择了情景1。第三章系统设计和理论分析3.1频率计程序概述我们设计的频率计组分为放大器、比较器、非图、计数器、单片机控制系统、液晶显示等部分。该设计的核心是两个STC12C5A60S控制系统，通过计数器和单片机内部的计时器测量要测试的信号频率和周期。计时器的操作可以编程为在计时器、计数和计数溢出时生成中断要求。在计时器工作方式中，在测试间隔期间，每个机器周期自动在计数器上加1，因此可以用于基于机器周期测量时间间隔。计数器工作时，添加到外部针的测试目标信号可以在1到0的跳跃计数器上加1，用于在栅极控制下测量测试目标信号的频率。由于设计要求中测试信号的有效电压过低，

7、为了在比较器前实现信号放大功能，添加了广告AD603高速op放大器，并通过74HC14将正弦波转换为方波。为了满足设计要求中测量的频率范围，将分频计数器添加到使用74LS163芯片的单芯片前端，从而比较好地实现设计要求。3.2微控制器P0端口：P0端口是8位泄漏等级双向I/O端口，可吸收8TTL门电流。P1端口上的端号编写为“1”时，将其定义为高电阻输入。P0可用于外部程序数据存储，并可定义为数据/地址的第8位P1端口：P1端口是提供内部牵引电阻的8位双向I/O端口，P1端口缓冲区可以接收输出4TTL门电流。如果P1端口端号写在“1”上，则电位在内部被拉高，可以用作输入，当P1端口被外部拉低到

8、较低级别时，电流将输出3.3放大器电路放大电路中使用的芯片是AD603，AD603是AD公司发布的宽带、低噪声、低失真、增益范围持续可调的可控制增益放大器。AD603的增益由针脚电压控制，并根据线性规律变化。内部包含的固定增益放大器的增益限制取决于外部反馈的网络，以满足增益变化的需要。3.4比较器电路比较器芯片74HC14 14，74HC14 14是一种高速CMOS设备，与TTL设备针兼容，该设备使用6路斯米特触发器逆变器将速度较慢的输入信号转换为清晰、无抖动的输出信号。74HC14包含6个基本设备：3.5计数器电路计数器电路的芯片为74LS163，CEP，CET升高时，芯片正常计数，P0P3

9、是定位数据的输入，Q0Q3是数据的输出，位置和0侧仅具有一个子级，定位或0运行。芯片和碑文配置分频电路以提高频率测量值。3.6软件设计根据标题要求，软件部分主要实现键盘设置和显示、计时器和计数器设置。(1)键盘实现功能：设置显示项目和信号分割设置。(2)标记部分：显示频率、间隔、占空比和设置菜单。(3)计时器部分：设置为1s栅极时间，使用其他计时器将输入脉冲记录到计数器。3.7方块图主方块图中断副程式方块图第四章测试程序和测试结果4.1测试程序(1)硬件测试将每个逻辑部分连接在一起，输入为单个脉冲和固定频率信号，以确认输出逻辑。(2)软件模拟测试在计算机上编译并运行主逻辑，以查看输出结果和动作计时。(3)硬件软件协同内容将烧录固件的单芯片微型计算机连接到逻辑部分，将已知频率作为测试的信号输入，以验证输出数据是否正确。4.2测试条件和工具测试条件：重复多次，确保仿真电路和硬件电路与系统原理图完全相同，检查正确，硬件电路非虚拟焊接、无效连接等问题。测试设备：高精度信号发生器、模拟示波器、数字示波器、数字多用表。4.3测试结果和分析(1)测试结果：占空比转换电压测试拟合曲线：(2)考试分析和结论基于上述测试数据，与信号源发生信号的参数进行比较，得出以下结论。1、测量信号频率正确，误差在标题要求范围内。2、双信号间隔测量准确，误差在请求范围内。3、占空比测定正确。总之，该设计达