數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　保密類別       編 號(hào)      </p><p><b>　　xx學(xué)院</b></p><p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p><b>　　數(shù)字頻率計(jì)系

2、統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系 別 電子信息科學(xué)系</p><p>　　專 業(yè) 電子信息工程</p><p>　　年 級(jí) 級(jí)電信一班</p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　姓 名 </p>

3、<p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在電子測(cè)量領(lǐng)域中，頻率測(cè)量的精確度是最高的，可達(dá)數(shù)量級(jí)。因此，在生產(chǎn)過程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動(dòng)、位移、速度、加速度，乃至各種

4、氣體的百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號(hào)頻率，然后用數(shù)字頻率計(jì)來測(cè)量，以提高精確度。 </p><p>　　國際上數(shù)字頻率計(jì)的分類很多。按功能分類，測(cè)量某種單一功能的計(jì)數(shù)器。如頻率計(jì)數(shù)器，只能專門用來測(cè)量高頻和微波頻率；時(shí)間計(jì)數(shù)器，是以測(cè)量時(shí)間為基礎(chǔ)的計(jì)數(shù)器，其測(cè)時(shí)分辨力和準(zhǔn)確度很高，可達(dá)ns數(shù)量級(jí)；特種計(jì)數(shù)器，它具有特種功能，如可逆計(jì)數(shù)器、預(yù)置計(jì)數(shù)器、差值計(jì)數(shù)器、倒數(shù)計(jì)數(shù)器等，用于工業(yè)和自動(dòng)控技術(shù)等方面。數(shù)字頻率

5、計(jì)按頻段分類有低速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率＜10MHz；中速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10—100MHz；高速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率＞100MHz；微波頻率計(jì)數(shù)器：測(cè)頻范圍1—80GHz或更高。</p><p>　　本方案主要以信號(hào)輸入和放大電路、單片機(jī)模塊、分頻模塊及顯示電路模塊組成。AT89C52單片機(jī)是頻率計(jì)的控制核心，來完成它待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，譯碼，顯示以及對(duì)分頻比的控制。利用它內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量

6、。</p><p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，所制作的頻率計(jì)采用外部分頻，實(shí)現(xiàn)1Hz~1MHz的頻率測(cè)量，而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換流程。以AT89C52單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器的門控時(shí)間，方便對(duì)頻率計(jì)的測(cè)量。其待測(cè)頻率值使用四位共陰極數(shù)碼管顯示，并可以自動(dòng)切換量程，單位分別由3個(gè)發(fā)光二極管指示。本次采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一種數(shù)字顯示的頻率計(jì)，具有測(cè)量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點(diǎn)。</p>

7、<p>　　關(guān)鍵詞：頻率計(jì) 單片機(jī) 計(jì)數(shù)器 量程自動(dòng)切換</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In the field of electronic measuring, frequency measurement is the most accurate, The accuracy is up to orders

8、of magnitude. Therefore, many physical measure in the production line, such as the temperature, pressure and discharge, liquid and PH value, vibration and move, speed, acceleration, even as various gaseous percentage com

9、position etc. all use Sensor to convert into signal frequency, then measure with the digital frequency meter raise the accuracy.</p><p>　　There is a lot of kinds of digital frequency meter international.Dist

10、inguish theclassification of function, measuring a certain single function counter.As the digital frequency meter, could be used to measure high frequency and microwave frequency only;Time counter,which is based on measu

11、ring time,the time measuring resolution and accurate degree while measuring are very accurate, can reach the ns amount class;The special counter, it has a special kind function, such as reversible counter, prese</p>

12、;<p>　　This project is mainly formed by signal importation and enlarge an electric circuit and microcontroller module, frequency division module, the display circuit module. AT89C52 MCU is the controlling core of

13、the frequency meter, it completes the count of the signal under testing, decoding, display and controllig of the frequency division ratio. Using its internal timer and counter to complete measuring the signal under testi

14、ng.</p><p>　　In the design process,the produced frequency meter uses external dividing frequency, to achieve 1Hz ~ 1MHz frequency measurements, and could achieve the process that switch the flow automaticall

15、y. Regard AT89C52 microcontroller as the core, with the MCU internal timing / counter gated time, it can be easy for measuring frequency meter. The frequency to be measured displays with four common cathode, and it can a

16、utomatically switch range,the unit consists of 3 light-emitting diode indicates. The d</p><p>　　KEY WORD: Frequency Meter Single Chip Counter Range Automatically Switch</p><p><b>　　目 錄

17、</b></p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p>　　1.1頻率計(jì)概述1</p><p>　　1.2頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用1</p><p>　　1.3頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)4</p><

18、p>　　2.1測(cè)頻的原理4</p><p>　　2.2頻率測(cè)量的誤差分析5</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析及方案的論證6</p><p>　　2.4等精度測(cè)量技術(shù)的理論分析7</p><p><b>　　2.5總體思路8</b></p><p><b>　　2

19、.6具體模塊8</b></p><p>　　第三章 硬件電路具體設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 AT89C52主控制器模塊10</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)開發(fā)板原理圖10</p><p>　　3.2放大整形模塊12</p><p>　　3.3分頻設(shè)計(jì)模塊13</p>

20、<p>　　3.3.1 分頻電路分析13</p><p>　　3.3.2 74LS161芯片介紹14</p><p>　　3.3.3 74LS151芯片介紹16</p><p>　　3.3.4 分頻電路17</p><p>　　3.4 顯示模塊18</p><p>　　3.4.1 數(shù)碼管介紹1

21、8</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 軟件模塊設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.2 中斷服務(wù)子程序20</p><p>　　4.3 顯示子程序21</p><p>　　4.4 量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序22</p><p>　　4.5 應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介

22、22</p><p>　　4.5.1 Keil簡(jiǎn)介23</p><p>　　4.5.2 protues簡(jiǎn)介24</p><p>　　第五章 頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試25</p><p>　　5.1 硬件調(diào)試25</p><p>　　5.1.1整形模塊調(diào)試25</p><p>　　5.1.2 分

23、頻模塊調(diào)試26</p><p>　　5.2 功能調(diào)試27</p><p>　　5.3系統(tǒng)調(diào)試27</p><p>　　5.3.1 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試27</p><p>　　5.4 誤差分析28</p><p><b>　　總結(jié)29</b></p><p><

24、b>　　參考文獻(xiàn) 30</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p>　　附件：頻率計(jì)源程序32</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　頻率測(cè)量是電子學(xué)測(cè)量中最為基本的測(cè)量之一。由于頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)，易于傳輸，因此可以獲得較

25、高的測(cè)量精度。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測(cè)量成為一項(xiàng)越來越普遍的工作，測(cè)頻原理和測(cè)頻方法的研究正受到越來越多的關(guān)注。</p><p><b>　　1.1頻率計(jì)概述</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)及其他各種單位時(shí)

26、間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。傳統(tǒng)的頻率計(jì)采用測(cè)頻法測(cè)量頻率，通常由組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路組成，產(chǎn)品不但體積大，運(yùn)行速度慢而且測(cè)量低頻信號(hào)不準(zhǔn)確。在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計(jì)屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成，計(jì)算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量

27、方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得尤為重要。測(cè)量頻率的方法有多種，其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程自動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。本次采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一種數(shù)字顯示的頻率計(jì)，測(cè)量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.2頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)電子計(jì)數(shù)器也提出了新的要求

28、。對(duì)于抵擋產(chǎn)品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性能搞，低價(jià)格。而對(duì)于中高檔產(chǎn)品，則要求有高分辨率，高精度，搞穩(wěn)定度，高測(cè)量速率；除通常通用計(jì)數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含電壓測(cè)量等其他功能。這些要求有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)廠家來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了。</p><p>　　由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，

29、頻率計(jì)都在不斷地進(jìn)步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷地增加。在測(cè)試通訊、微波器件或產(chǎn)品時(shí)，通常都是較復(fù)雜的信號(hào)，如含有復(fù)雜頻率成分、調(diào)制的或含有未知頻率分量的、頻率固定的或變化的、純凈的或疊加有干擾的等等。為了能正確地測(cè)量不同類型的信號(hào)，必須了解待測(cè)信號(hào)特性和各種頻率測(cè)量?jī)x器的性能。微波計(jì)數(shù)器一般使用類型頻譜分析儀的分頻或混頻電路，另外還包含多個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)、合成器、中頻放大器等。雖然所有的微波計(jì)數(shù)器都是用來完成技術(shù)任務(wù)的，但

30、制造廠家都有各自的一套復(fù)雜的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、使得不同型號(hào)的計(jì)數(shù)器性能和價(jià)格會(huì)有所差別，比如說一些計(jì)數(shù)器可以測(cè)量脈沖參數(shù)，并提供類似于頻率分析儀的頻幕顯示，對(duì)這些功能具有不同功能不同規(guī)格的眾多儀器。我們應(yīng)該視測(cè)試需要正確的選擇，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)和最佳的應(yīng)用效果。</p><p>　　數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度?，F(xiàn)如今，數(shù)字頻率計(jì)已經(jīng)不僅僅是測(cè)量信號(hào)頻率的

31、裝置了，用它還可以測(cè)量方波脈沖的脈寬。在人們的生活中頻率計(jì)也發(fā)揮著越來越重要的作用，比如用數(shù)字頻率計(jì)來監(jiān)控生產(chǎn)過程，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況，以便給人們爭(zhēng)取時(shí)間處理。</p><p>　　除此之外，它還可以應(yīng)用于工業(yè)控制等其它領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器中，示波器在進(jìn)行頻率測(cè)量是頻率較低，誤差較大。頻率儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無法實(shí)時(shí)的跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào)的頻率變化。正是

32、由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化，因此頻率計(jì)擁有非常廣泛的引用范圍。在傳統(tǒng)生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛應(yīng)用在產(chǎn)線的生產(chǎn)測(cè)試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出的頻率變化，用于通過使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來對(duì)各種電子測(cè)量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。在無線通訊測(cè)試中，頻率計(jì)既可以被用來對(duì)無線通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以用來對(duì)電臺(tái)的跳幀信號(hào)進(jìn)行分析。</p&

33、gt;<p>　　對(duì)于頻率計(jì)的設(shè)計(jì)目前也有專用芯片可以實(shí)現(xiàn)，如利用MAXIM公司的ICM7240來設(shè)計(jì)頻率計(jì)。但由于這種芯片的計(jì)數(shù)頻率比較低，遠(yuǎn)不能達(dá)到在一些場(chǎng)合需要測(cè)量很搞的頻率要求，而測(cè)量精度也受到芯片本身的限制。提出的用AT8C52單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)的方法可以解決這些問題，實(shí)現(xiàn)精度較高、等精度和寬范圍頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.3頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求</p><p

34、><b>　　一、任務(wù)</b></p><p>　　目的在于設(shè)計(jì)出一個(gè)高頻寬（1Hz~1MHz），低誤差（誤差精度為）的時(shí)間參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)</p><p><b>　　二、要求</b></p><p><b>　　（1）頻率測(cè)量</b></p><p>　　a）測(cè)量范圍

35、信號(hào)：方波、正弦波</p><p>　　幅度：0.5～5 V</p><p>　　頻率：1Hz～1MHz</p><p>　　b）測(cè)試誤差≤0.1%</p><p>　?。?）周期測(cè)量 </p><p>　　a）測(cè)量范圍信號(hào)：方波、正弦波</p><p>　　幅度：0.5～5 V<

36、;/p><p>　　頻率：1Hz～1MHz</p><p>　　b）測(cè)試誤差≤0.1%</p><p>　?。?）周期脈沖信號(hào)占空比測(cè)量</p><p>　　a）測(cè)量范圍頻率：1Hz～15kHz</p><p><b>　　幅度：0.5～5V</b></p><p>　　占

37、空比變化范圍：10%～90%</p><p><b>　　b）測(cè)試誤差≤1％</b></p><p>　?。?）小信號(hào)放大和整形電路</p><p>　　其中，頻率測(cè)量、周期測(cè)量應(yīng)實(shí)現(xiàn)電路實(shí)模型及相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試，對(duì)于周期脈沖信號(hào)占空比測(cè)量應(yīng)完成仿真電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p

38、><p><b>　　2.1測(cè)頻的原理</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)時(shí)間參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量的儀器是電子計(jì)數(shù)器。對(duì)于電子計(jì)數(shù)器而言，測(cè)量頻率的實(shí)質(zhì)就是通過計(jì)數(shù)器記錄待測(cè)信號(hào)的周期變化的次數(shù)，然后通過頻率的定義計(jì)算出待測(cè)信號(hào)的頻率。</p><p>　　已知頻率的測(cè)量表達(dá)式為：</p><p>　　從其測(cè)量原理和頻率的數(shù)學(xué)表達(dá)

39、式中不難看出，計(jì)數(shù)器測(cè)頻必須具備以下三個(gè)條件：</p><p>　?。?）測(cè)量是一個(gè)比較的過程，被測(cè)信號(hào)要和基準(zhǔn)信號(hào)作比較，必須有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單位時(shí)間。</p><p>　?。?）為實(shí)現(xiàn)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)于被控信號(hào)的振動(dòng)次數(shù)的記錄，必須有一個(gè)控制電路。</p><p>　?。?）被測(cè)信號(hào)采樣后的量化由電子計(jì)數(shù)器完成，以獲得量化值N。</p><p>

40、;　　對(duì)應(yīng)于電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的原理圖如2.1所示：</p><p>　　圖2.1 電子測(cè)頻的原理框圖</p><p>　　可知電子計(jì)數(shù)法測(cè)頻主要由3個(gè)部分組成：</p><p>　?。?）時(shí)間基準(zhǔn)T產(chǎn)生電路。</p><p>　　時(shí)間基準(zhǔn)產(chǎn)生電路的作用是用來產(chǎn)生計(jì)數(shù)器所使用的標(biāo)準(zhǔn)頻率。</p><p>　　（2）計(jì)

41、數(shù)脈沖形成電路</p><p>　　計(jì)數(shù)脈沖形成電路的作用是將被測(cè)的周期信號(hào)轉(zhuǎn)換成可計(jì)數(shù)的窄脈沖。</p><p><b>　?。?）計(jì)數(shù)顯示電路</b></p><p>　　計(jì)數(shù)顯示電路的作用是對(duì)主門輸出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，其結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。</p><p>　　2.2頻率測(cè)量的誤差分析</p><

42、p>　　對(duì)于電子計(jì)數(shù)器而言，直接測(cè)頻的誤差主要由兩項(xiàng)組成，即±1量化誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。一般地，總誤差可采用分項(xiàng)誤差絕對(duì)值合成，即：</p><p>　　式中，等號(hào)右邊括號(hào)內(nèi)第一項(xiàng)為±1量化誤差，第二項(xiàng)為標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。</p><p><b>　?。?）量化誤差</b></p><p>　　用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率，實(shí)際上

43、就是一個(gè)量化的過程，量化的最小單位是數(shù)碼的一個(gè)字或者一個(gè)脈沖。在測(cè)頻時(shí)候，由于主門開啟時(shí)刻與計(jì)數(shù)脈沖之間的時(shí)間關(guān)系是不相關(guān)的，它們?cè)跁r(shí)間軸上的相對(duì)位置是隨機(jī)的，門控信號(hào)很難精確的是被測(cè)信號(hào)的整數(shù)倍所以量化會(huì)帶來誤差，可知對(duì)于計(jì)數(shù)誤差最大為1個(gè)數(shù)，所以計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的最大的相對(duì)誤差為：</p><p>　　式中，是被測(cè)頻率；T是閘門時(shí)間。該表達(dá)式表明被測(cè)頻率越高，閘門時(shí)間越寬，相對(duì)誤差就越小。</p>&

44、lt;p><b>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差又稱為閘門時(shí)間誤差，它是由晶振信號(hào)本身通過分頻輸出的信號(hào)頻率不穩(wěn)定性導(dǎo)致的閘門時(shí)間的不穩(wěn)定，而造成測(cè)頻誤差。</p><p>　　由誤差合成原理可知：</p><p>　　式中，晶振頻率為 。該表達(dá)式表明閘門相對(duì)誤差在數(shù)值上等于晶振頻率的相對(duì)誤差。所以，在設(shè)

45、計(jì)中要求晶振達(dá)到的精度要比系統(tǒng)所要達(dá)到的精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析及方案的論證</p><p>　　本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于單片機(jī)平臺(tái)的時(shí)間參數(shù)（頻率）測(cè)量系統(tǒng)。由于本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的測(cè)頻范圍很寬（1Hz~1MHz）、精度高（測(cè)量誤差），因此精確的控制閘門的開啟和關(guān)閉，追求計(jì)數(shù)器較高的頻率和較大的計(jì)數(shù)容量，保持系統(tǒng)在整個(gè)測(cè)量頻段內(nèi)的測(cè)量精度不變及實(shí)現(xiàn)頻標(biāo)信號(hào)的高穩(wěn)定

46、度和高精確度成為了評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的關(guān)鍵。</p><p>　?。?）直接測(cè)頻法（閘門時(shí)間計(jì)數(shù)法）</p><p>　　直接測(cè)頻法就是在確定的閘門時(shí)間內(nèi)，通過計(jì)數(shù)器記錄待測(cè)信號(hào)的周期變化次數(shù)，并根據(jù)頻率的定義來計(jì)算待測(cè)信號(hào)的頻率。由于測(cè)量的起始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻相對(duì)于信號(hào)而言是隨機(jī)的，將會(huì)有一個(gè)脈沖周期的量化誤差，也就是對(duì)于不同的閘門時(shí)間會(huì)產(chǎn)生同樣的計(jì)數(shù)值N。如圖2.2中閘門1和閘門2時(shí)間長

47、度不一樣，但是計(jì)數(shù)值相同。</p><p>　　圖2.2 直接測(cè)頻法示意圖</p><p>　　當(dāng)測(cè)量時(shí)間為T時(shí)，測(cè)量的準(zhǔn)確度=T/,其中為待測(cè)信號(hào)，可知對(duì)于測(cè)量頻高時(shí)，測(cè)量準(zhǔn)確度越高。但是低頻達(dá)不到所要達(dá)到的要求。</p><p><b>　?。?）間接測(cè)周法</b></p><p>　　間接測(cè)周法就是在一個(gè)信號(hào)周期

48、內(nèi)記錄下基準(zhǔn)脈沖的個(gè)數(shù)。原理恰好與直接測(cè)頻法相對(duì)應(yīng)，當(dāng)測(cè)量的信號(hào)周期越長，即其頻率越低，測(cè)量的精度就越高，但對(duì)于高頻信號(hào)就不能適用。</p><p><b>　?。?）分段法</b></p><p>　　分段法就是采用直接測(cè)頻和間接測(cè)周相結(jié)合的方法，在高頻段采用直接測(cè)頻，在低頻段采用間接測(cè)周，但是中間頻率難以確定，要實(shí)現(xiàn)全頻段的等精度測(cè)量，且達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

49、復(fù)雜度很高。</p><p>　?。?）相關(guān)計(jì)數(shù)測(cè)頻法</p><p>　　相關(guān)計(jì)數(shù)測(cè)頻法采用多周期同步測(cè)量原理，測(cè)量輸入信號(hào)的整數(shù)個(gè)周期值而求得頻率的一種測(cè)量方法。由于被測(cè)信號(hào)與門控信號(hào)之間采用同步鎖定的方式，使得主門的開啟時(shí)刻計(jì)數(shù)脈沖之間的時(shí)間關(guān)系是相關(guān)的，這樣便可以實(shí)現(xiàn)在測(cè)頻范圍內(nèi)頻率的等精度測(cè)量。</p><p>　　其實(shí)，等精度測(cè)量并非嚴(yán)格意義上的等精度，

50、閘門信號(hào)在測(cè)量中的開啟和關(guān)閉受控于被測(cè)信號(hào)的上升沿或下降沿。其測(cè)量的精度就有賴于頻標(biāo)信號(hào)的穩(wěn)定度和精度。若系統(tǒng)要求測(cè)量精度為，那么基準(zhǔn)源的開機(jī)穩(wěn)定度和溫度穩(wěn)定度應(yīng)該較高，其綜合性能應(yīng)優(yōu)于。</p><p>　　綜上所述，對(duì)于測(cè)頻方案的選擇，直接測(cè)頻法和間接測(cè)周法的原理很簡(jiǎn)單，電路實(shí)現(xiàn)容易，但是它們都不能滿足全頻段范圍內(nèi)的信號(hào)的測(cè)量，分段法在理論上可以保證等精度測(cè)量，其中界頻率的確定也比較容易，但是隨著系統(tǒng)測(cè)量精度

51、的提高，測(cè)試盲區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)。而相關(guān)計(jì)數(shù)測(cè)頻法雖同時(shí)對(duì)于未知待測(cè)信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)兩路信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，且對(duì)于閘門控制和頻標(biāo)信號(hào)的穩(wěn)定度有很高的要求，卻可以滿足在整個(gè)測(cè)量頻段的等精度測(cè)量。</p><p>　　2.4等精度測(cè)量技術(shù)的理論分析</p><p>　　相關(guān)計(jì)數(shù)法測(cè)頻原理如下圖2.3所示，同步閘門是由預(yù)置開門脈沖經(jīng)同步后得到的，因而閘門時(shí)間可以準(zhǔn)確地等于的整周期倍數(shù)，所以沒有量化誤差，但由于

52、同步閘門與并不同步，因而存在±1的量化誤差，可得到下式：</p><p>　　式中，為的頻率準(zhǔn)確度。由于所用的晶體振蕩器有較高的穩(wěn)定度，誤差很小，可以忽略，因而最大的相對(duì)誤差取決于，所以當(dāng)=1MHz，則在=1s的同步閘門時(shí)間內(nèi)，可達(dá)量級(jí)，能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。</p><p>　　圖2.3 相關(guān)計(jì)數(shù)法測(cè)頻原理框圖</p><p><b>　　2.5總

53、體思路</b></p><p>　　頻率計(jì)是我們經(jīng)常會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一，頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值就是信號(hào)頻率。本文介紹了一種基于單片機(jī)AT89C52 制作的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法,所制作的頻率計(jì)測(cè)量比較高的頻率采用外部十分頻，測(cè)量較低頻率值時(shí)采用單片機(jī)直接計(jì)數(shù)，不進(jìn)行外部分頻。該頻率計(jì)實(shí)現(xiàn)1HZ~1MHZ的頻率測(cè)量，八位共陰極動(dòng)態(tài)顯示測(cè)量結(jié)果，可以測(cè)量正弦波、三角波及方波的頻

54、率值、周期值以及脈沖寬度。</p><p><b>　　2.6具體模塊</b></p><p>　　根據(jù)上述系統(tǒng)分析，頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體模塊有：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、放大整形模塊、分頻模塊、獨(dú)立按鍵模塊及顯示模塊。各模塊作用如下：</p><p>　　單片機(jī)控制模塊：以AT89C52單片機(jī)為控制核心，來完成它待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，譯碼，和顯示以及對(duì)分頻比的

55、控制。利用其內(nèi)部的定時(shí)／計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期／頻率的測(cè)量。單片機(jī)AT89C52內(nèi)部具有2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。</p><p>　　2、放大整形模塊：放大電路是對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度的要求。整形電路是對(duì)一些不是方波的待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)，便于測(cè)量。</p><p>　　3、分頻模塊：考慮單片機(jī)外部

56、計(jì)數(shù)，使用12 MHz時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為500 kHz，因此需要外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差?？捎?4LS161和74LS00進(jìn)行外部十分頻。</p><p>　　4、顯示模塊：顯示電路采用八位共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。</p><p>　　綜合以上頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有單片機(jī)控制模塊、放大整

57、形模塊、分頻模塊及顯示模塊等組成，頻率計(jì)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 頻率計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　第三章 硬件電路具體設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，頻率計(jì)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：AT89C52單片機(jī)開發(fā)板、放大整形模塊、分頻模塊，下面將分別給予介紹。</p><p&g

58、t;　　3.1 AT89C52主控制器模塊</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)開發(fā)板原理圖</p><p>　　單片機(jī)開發(fā)板原理如3.1圖AT89C52引腳圖,3.2圖獨(dú)立按鍵電路圖，3.3八位數(shù)碼管顯示電路圖所示。</p><p>　　3.1.2 引腳功能及單片機(jī)端口分配</p><p>　　引腳功能及單片機(jī)端口分配如下表3.1：引腳

59、功能表，表3.2 ：P3口的第二種功能說明表，表3.3：?jiǎn)纹瑱C(jī)端口分配表所示。</p><p>　　表3.1 引腳功能表</p><p>　　P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。P3口亦作為AT89C

60、52特殊功能（第二功能）使用，P3口功能如表3.2所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　表3.2 P3口的第二種功能說明表</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各模塊的分析得出，單片機(jī)的引腳分配如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 單片機(jī)端口分配表</p><p><b>　　3.2

61、放大整形模塊</b></p><p>　　由于輸入的信號(hào)可以是正弦波、三角波以及方波。而后面的閘門或計(jì)數(shù)電路要求被測(cè)信號(hào)為矩形波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測(cè)量的時(shí)候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較大時(shí)，通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較小時(shí)，前級(jí)輸入衰減為零時(shí)若不能

62、驅(qū)動(dòng)后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時(shí)被測(cè)信號(hào)得以放大。</p><p>　　根據(jù)上述分析，放大電路放大整形電路采用高頻晶體管3DG100與74LS00等組成。其中3DG100為NPN型高頻小功率三極管，組成放大器將輸入頻率為fx的周期信號(hào)如正弦波、三角波及方波等波形進(jìn)行放大。與非門74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)放大器的輸出波形信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩 形脈沖。具體放大整形電路如圖3.4所示。 <

63、/p><p>　　圖3.4 放大整形電路</p><p><b>　　3.3分頻設(shè)計(jì)模塊</b></p><p>　　分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率和周期測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差。可用74LS161進(jìn)行分頻。</p><p>　　3.3.1 分頻電路分析&l

64、t;/p><p>　　本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)為核心，利用內(nèi)部的定時(shí)／計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期／頻率的測(cè)量。單片機(jī)AT89C52內(nèi)部具有2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。在定時(shí)器工作方式下，在被測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)，每來一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1（使用12 MHz時(shí)鐘時(shí)，每1μs加1），這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來測(cè)量時(shí)間間隔。在計(jì)數(shù)器工作方式下，

65、加至外部引腳的待測(cè)信號(hào)發(fā)生從1到0的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1，這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以用來測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，這樣檢測(cè)一次從1到0的跳變至少需要2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期），所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的1／24（使用12 MHz時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為500 kHz），因此采用74LS161進(jìn)行外部十分頻使測(cè)頻范圍達(dá)到1MHz。為了測(cè)量提高精度，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值較低時(shí)，直接使用單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值；當(dāng)被

66、測(cè)信號(hào)頻率值較高時(shí)采用外部十分頻后再計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值。這兩種情況使用74LS151進(jìn)行通道選擇，由單片機(jī)先簡(jiǎn)單測(cè)得被測(cè)信號(hào)是高頻信號(hào)還是低頻信號(hào)，然后根據(jù)信號(hào)頻率值</p><p>　　3.3.2 74LS161芯片介紹</p><p>　　74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。74LS161引腳如圖

67、3.5所示。</p><p>　　圖3.5 74LS161引腳圖</p><p>　　時(shí)鐘CP和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0~P3，清零/MR，使能CEP，CET，置數(shù)PE，數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3，以及進(jìn)位輸出TC (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)。表3.4為74LS161的功能表。</p><p>　　表3.4 74LS16

68、1的功能表</p><p>　　其中RD是異步清零端，LD是預(yù)置數(shù)控制端，A、B、C、D是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，EP和ET是計(jì)數(shù)使能端，RCO(=ET.QA.QB.QC.QD)是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)提供了方便。計(jì)數(shù)過程中，首先加入一清零信號(hào)RD＝0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為0，即計(jì)數(shù)器清零。RD變?yōu)?后，加入一置數(shù)信號(hào)LD＝0，即信號(hào)需要維持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的正跳變到來后。在這個(gè)置數(shù)信號(hào)和時(shí)鐘脈沖上升的

69、共同作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置的輸入數(shù)據(jù)相同，這就是預(yù)置操作。接著EP=ET=1,在此期間74LS161一直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。一直到EP=0，ET＝1，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)結(jié)束。</p><p>　　從74LS161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2

70、、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。</p><p>　　3.3.3

71、 74LS151芯片介紹</p><p>　　數(shù)據(jù)選擇端（ABC）按二進(jìn)制譯碼，以從8個(gè)數(shù)據(jù)（D0-D7）中選取1個(gè)所需的數(shù)據(jù)。只有在選通端STROBE為低電平時(shí)才可選擇數(shù)據(jù)。74LS151有互補(bǔ)輸出端（Y、W），Y輸出原碼，W輸出反碼。74LS151引腳如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 74LS151管腳圖</p><p>　　74LS151的功能如

72、下表3.5所示。其中A、B、C 為選擇輸入端，D0-D7為 數(shù)據(jù)輸入端，STROBE 為選通輸入端（低電平有效），W為反碼數(shù)據(jù)輸出端，Y為數(shù)據(jù)輸出端。</p><p>　　表3.5 74LS151功能表</p><p>　　3.3.4 分頻電路</p><p>　　根據(jù)以上分析，采用74LS161和74LS151設(shè)計(jì)分頻電路如圖3.7所

73、示。</p><p>　　圖3.7 分頻電路原理圖</p><p><b>　　3.4 顯示模塊</b></p><p>　　頻率值顯示電路采用八位共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示頻率計(jì)被測(cè)數(shù)值。頻率、周期、脈寬由獨(dú)立按鍵控制轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.4.1 數(shù)碼管介紹</p><p>　　常見的數(shù)碼管

74、由七個(gè)條狀和一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是何種接口類型.兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理如圖3.8。</p><p>　　圖3.8 兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要采用模塊化設(shè)計(jì)，敘述了各個(gè)模塊的程序流程圖，并介紹

75、了軟件Keil和Proteus的使用方法和調(diào)試仿真。</p><p>　　4.1 軟件模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊，信號(hào)頻率測(cè)量模塊和顯示模塊等模塊組成。系統(tǒng)軟件流程如圖4.1所示。</p><p>　　頻率計(jì)開始工作或者完成一次頻率測(cè)量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)量初始化模塊設(shè)置堆棧指針（SP）、工作寄存器、

76、中斷控制和定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式。定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，即用來測(cè)量信號(hào)頻率。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)軟件流程總圖</p><p>　　首先定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0，運(yùn)行控制位TR置1，啟動(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門的最小值（即測(cè)量頻率的高量程）開始測(cè)量，計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時(shí)TR清0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的數(shù)值經(jīng)過數(shù)制轉(zhuǎn)換程序從十

77、六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。判斷該數(shù)的最高位，若該位不為0，滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測(cè)量值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為0，將計(jì)數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大10倍，重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，直到滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作被設(shè)置為定時(shí)器方式，定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0，在判斷待測(cè)信號(hào)的上跳沿到來后，運(yùn)行控制位TR置為1，以單片機(jī)工作周期為單位進(jìn)行計(jì)數(shù)，直至信號(hào)的下跳沿到來，運(yùn)行控制位TR清0，停止計(jì)數(shù)。16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器的最高

78、計(jì)數(shù)值為65535，當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，定時(shí)／計(jì)數(shù)器可以對(duì)被測(cè)信號(hào)直接計(jì)數(shù)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較高時(shí)，先由硬件十分頻后再有定時(shí)／計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，加大測(cè)量的精度和范圍。</p><p>　　4.2 中斷服務(wù)子程序</p><p>　　T0中斷服務(wù)子程序流程如圖4.2所示。測(cè)頻時(shí),定時(shí)器T0 工作在定時(shí)方式,每次定時(shí)50mS ,則T0 中斷20 次正好為1秒,即T0用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào),

79、定時(shí)器T0 用作計(jì)數(shù)器,對(duì)待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù),每秒鐘的開始啟動(dòng)T0 ,每秒鐘的結(jié)束關(guān)閉T0 ,則定時(shí)器T0 之值乘以分頻系數(shù)就為待測(cè)信號(hào)的頻率。</p><p>　　圖4.2 T0中斷服務(wù)子程序</p><p>　　定時(shí)／計(jì)數(shù)器T1工作在計(jì)數(shù)方式, 對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)器1中斷流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 計(jì)數(shù)器1中斷服務(wù)子程序</p>

80、<p><b>　　4.3 顯示子程序</b></p><p>　　顯示子程序?qū)⒋娣旁陲@示緩沖區(qū)的頻率或周期值送往數(shù)碼管上顯示出來,由于所有4 位數(shù)碼管的8 根段選線并聯(lián)在一起由單片機(jī)的P2口 控制,因此,在每一瞬間4位數(shù)碼管會(huì)顯示相同的字符,要想每位顯示不同的字符就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管,即在每一瞬間只點(diǎn)亮某一位顯示字符,在此瞬間,段選控制口P2輸出相應(yīng)字符。由P

81、0.0-P0.3逐位輪流點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管, 每位保持1mS ,在10mS～20mS 之內(nèi)再點(diǎn)亮一次,重復(fù)不止,利用人的視角暫留,好像4 位數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。數(shù)碼管顯示子程序流程如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 顯示子程序流程圖</p><p>　　4.4 量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序</p><p>　　使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量時(shí)，外部的待測(cè)信號(hào)通過頻率計(jì)的預(yù)處理

82、電路變成寬度等于待測(cè)信號(hào)周期的方波，該方波同樣加至定時(shí)／計(jì)數(shù)器的輸入腳（P3.5）。工作高電平是否加至定時(shí)／計(jì)數(shù)器的輸入腳；當(dāng)判定高電平加至定時(shí)／計(jì)數(shù)器的輸入腳，運(yùn)行控制位TR置1，啟動(dòng)定時(shí)／計(jì)數(shù)器對(duì)單片機(jī)的機(jī)器周期的計(jì)數(shù)，同時(shí)檢測(cè)方波高電平是否結(jié)束；當(dāng)判定高電平結(jié)束時(shí)TR清0，停止計(jì)數(shù)，然后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù)。由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果，根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷，進(jìn)行頻率計(jì)比較后，進(jìn)行檔位的自動(dòng)切換，具體檔位自動(dòng)切換流程圖如圖4.5所示。&

83、lt;/p><p>　　圖4.5 量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序</p><p>　　4.5 應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　此設(shè)計(jì)需要在Keil軟件平臺(tái)上完成程序的調(diào)試,在Proteus軟件平臺(tái)上完成仿真顯示。因此介紹如何使用Keil和Proteus進(jìn)行軟件的仿真。</p><p>　　4.5.1 Keil簡(jiǎn)介</p><p>

84、　　Keil軟件是目前最流行開發(fā)系列單片機(jī)的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。而Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工

85、程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。</p><p><b>　?。?）建立工程文件</b></p><p>　　點(diǎn)擊“Project->New project”菜單，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，要求給將要建立的工程起一個(gè)名字，你可以在編緝框中輸入一個(gè)名字,點(diǎn)擊“保存”按鈕，出現(xiàn)第二個(gè)對(duì)

86、話框，按要求選擇目標(biāo)器件片。建立新文件并增加到組。分別設(shè)置“target1”中的“Target,output,debug”各項(xiàng)，使程序匯編后產(chǎn)生HEX文件。</p><p>　?。?）匯編，調(diào)試系統(tǒng)程序</p><p>　　Keil 單片機(jī)模擬調(diào)試軟件內(nèi)集成了一個(gè)文本編輯器，用該文本編輯器可以編輯源程序。在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“File → New...”、單擊對(duì)應(yīng)的工具按鈕或者快捷鍵C

87、trl +N 將打開一個(gè)新的文本編輯窗口，完成匯編語言源文件的輸入，并且完成源程序向當(dāng)前工程的添加。</p><p>　　然后在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“File→Save As...”可以完成文件的第一次存儲(chǔ)。注意，匯編語言源文件的擴(kuò)展名應(yīng)該是“ASM”，它應(yīng)該與工程文件存儲(chǔ)在同一文件夾之內(nèi)。在完成文件的第一次存儲(chǔ)以后，當(dāng)對(duì)匯編語言源文件又進(jìn)行了修改，再次存儲(chǔ)文件則應(yīng)該選擇菜單“File→Save”、單擊對(duì)應(yīng)的工

88、具按鈕或者快捷鍵Ctrl +S 實(shí)現(xiàn)文件的保存。</p><p>　　接著的工作需要把匯編語言源文件加入工程之中。選擇工程管理器窗口的子目“Source Group 1”，再單擊鼠標(biāo)右鍵打開快捷菜單。在快捷菜單中選擇“Add File to Group ‘Source Group 1’”，加入文件對(duì)話框被打開。在這個(gè)對(duì)話框的“查找范圍（I）”下拉列表框中選擇存儲(chǔ)匯編語言源文件的文件夾，在“文件類型（T）” 下拉列

89、表框選擇“Asm Source file（*.a*；*.src）”，這時(shí)存儲(chǔ)的匯編語言源文件將顯示出來。雙擊要加入的文件名或者選擇要加入的文件名再單擊“Add”按鈕即可完成把匯編語言源文件加入工程。文件加入以后，加入文件對(duì)話框并不消失，更多的文件也可以利用它加入工程。如果不需要加入其它文件，單擊“Close”按鈕可以關(guān)閉加入文件對(duì)話框。這時(shí)工程管理窗口的文件選項(xiàng)卡中子目錄“Source Group 1”下出現(xiàn)一個(gè)匯編語言源文件。 需要注

90、意，當(dāng)把匯編語言源文件加入工程但還沒有關(guān)閉加入文件對(duì)話框，這時(shí)有可能被誤認(rèn)為文件沒有成功地加入工程而再次進(jìn)行加入操作，系統(tǒng)將顯示所需的文件已經(jīng)加入的提示。在這種情況下，單擊提示框中的“確定”按鈕，再單擊“Close</p><p>　　（3）編譯源程序，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，返回上一級(jí)對(duì)錯(cuò)誤更改后重新編譯，直到?jīng)]有錯(cuò)誤為止。</p><p>　　4.5.2 protues簡(jiǎn)介</p>

91、<p>　　protues是Labcenter公司出品的電路分析、實(shí)物仿真系統(tǒng)，而KEIL是目前世界上最好的51單片機(jī)匯編和C語言的集成開發(fā)環(huán)境。他支持匯編和C的混合編程，同時(shí)具備強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真功能。Protues能夠很方便的和KEIL、Matlab IDE等編譯模擬軟件結(jié)合。Proteus提供了大量的元件庫有RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件，它可以仿真單片機(jī)和周

92、邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU，與keil和MPLAB不同的是它還提供了周邊設(shè)備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真。</p><p>　　這里我將keil和 Protues兩個(gè)軟件的快速集成起來使用。</p><p>　?。?）首先將keil和 Protues兩個(gè)軟件安裝好。</p><p>　?。?）然后在C：\Program Files\L

93、abcenter Eletronics\Protues 6 Professional\MODELS(我的Protues是安裝C盤里面的)目錄下的VDM51.DLL 動(dòng)態(tài)連接庫文件復(fù)制到C:KEIL\C51\BIN 目錄下面（我的keil 也安裝在C盤）這個(gè)文件將在keil的debug設(shè)置時(shí)用到。</p><p>　?。?）打開protues軟件，新建一文件將硬件原理圖繪入圖中。</p><p&

94、gt;　?。?）將KEIL生成的HEX文件下載入單片機(jī)中，點(diǎn)擊“開始”進(jìn)行仿真。</p><p>　　（5）在keil中進(jìn)行debug，同時(shí)在proteus中查看直觀的結(jié)果（如LCD顯示??）。這樣就可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。利用Proteus與Keil整合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然其存在的缺點(diǎn)也是有的。利用仿真實(shí)驗(yàn)可以做全部的軟件實(shí)驗(yàn)和極大多數(shù)的硬件系統(tǒng)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，因極少硬件投入、所以經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

95、明顯，不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器和元器件缺乏帶來的不足，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素。</p><p>　　第五章 頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試</p><p>　　頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試包括系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)合調(diào)試。硬件調(diào)試包括整形模塊、分頻模塊等模塊，軟件調(diào)試就是通過修改程序，使頻率計(jì)功能完善，提高頻率計(jì)的測(cè)量精度。使用軟件仿真，調(diào)試仿真結(jié)果，同時(shí)使用數(shù)字萬用表和示波器測(cè)試輸出電壓值和輸出波形，調(diào)試出正確

96、的硬件電路。</p><p><b>　　5.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　5.1.1整形模塊調(diào)試</p><p>　　整形電路采用與非門74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)正弦波、三角波等各種波形信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。</p><p>　　整形電路在Multisim10中進(jìn)行電路的仿真與調(diào)試，在Mu

97、ltisim10繪制的整形電路如圖5.1所示。選擇虛擬函數(shù)發(fā)生器輸入不同的信號(hào)，同時(shí)使用數(shù)字示波器測(cè)的輸出波形，經(jīng)測(cè)試施密特觸發(fā)器可以把1Hz-1MHz的正弦波等波形整形為方波信號(hào)，仿真結(jié)果如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.1 整形電路仿真</p><p>　　圖5.2 整形電路輸出波形仿真</p><p>　　搭建整形電路模塊，測(cè)試電路基本正確，使用數(shù)字

98、示波器測(cè)得輸入輸出波形如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3 整形電路實(shí)際輸出波形</p><p>　　5.1.2 分頻模塊調(diào)試</p><p>　　為了達(dá)到1Hz-1MHz的頻率范圍，使用外部分頻，搭建分頻電路，測(cè)試電路基本正確，選擇函數(shù)發(fā)生器輸入1MHz以下不同頻率的的方波信號(hào)，同時(shí)使用數(shù)字示波器測(cè)的輸出波形，經(jīng)觀察分頻電路可以把1MHz以下不同頻率的方

99、波波形進(jìn)行十分頻，示波器測(cè)得輸入輸出波形如圖5.4所示。</p><p>　　圖5.4 分頻電路實(shí)際輸出波形</p><p><b>　　5.2 功能調(diào)試</b></p><p>　　當(dāng)測(cè)量頻率值小于1KHz以下時(shí)，數(shù)碼管顯示頻率值，并最右邊發(fā)光二極管亮，作為Hz檔單位指示。當(dāng)測(cè)量頻率值大于且等于1KHz并小于1MHz時(shí)，數(shù)碼管顯示頻率值，并從

100、右邊數(shù)第二個(gè)發(fā)光二極管亮，作為KHz檔單位指示。當(dāng)測(cè)量頻率值大于1MHz時(shí)，數(shù)碼管顯示頻率值，并從右邊數(shù)第四個(gè)發(fā)光二級(jí)管亮，作為MHz檔單位指示。</p><p>　　經(jīng)上述測(cè)試，基本功能都以實(shí)現(xiàn)，可以測(cè)出波形頻率值，并可以自動(dòng)切換量程單位，符合要求。</p><p><b>　　5.3系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　5.3.1 系統(tǒng)軟硬

101、件調(diào)試</p><p>　　測(cè)試只能測(cè)試方波信號(hào)，外加硬件整形電路，可以測(cè)試正弦波、三角波等各種波形的頻率值，把各模塊組合在一起，做成完整的頻率計(jì)。經(jīng)過不斷的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，修改程序和硬件，最終符合設(shè)計(jì)功能要求。為了衡量這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)的工作情況和測(cè)量精度，我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。用這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行了測(cè)量，使用函數(shù)發(fā)生器輸出各種波形，由實(shí)物頻率計(jì)測(cè)得頻率，記錄數(shù)據(jù)。實(shí)際測(cè)得頻率范圍沒有仿真結(jié)果那么高，只能

102、稍微超過1MHz。實(shí)際記錄數(shù)據(jù)如下表表5.1：HZ檔的數(shù)據(jù)記錄表，表5.2：KHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表，表5.3：MHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表所示。</p><p>　　表5.1：HZ檔的數(shù)據(jù)記錄表</p><p>　　表5.2：KHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表</p><p>　　表5.3：MHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表</p><p><b>　　5.4 誤差分析

103、</b></p><p>　　從記錄的數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)軟件仿真誤差很小，在1Hz-1MHz范圍內(nèi)測(cè)量出來的頻率基本上就是輸入信號(hào)的頻率，在超出這個(gè)范圍后，才出現(xiàn)很小的誤差。但是在硬件調(diào)試中，可能是由于標(biāo)準(zhǔn)元器件本身誤差，如隨著時(shí)間的延長，造成測(cè)量結(jié)果沒有軟件仿真精確。同時(shí)手工焊接單片機(jī)最小系統(tǒng)、分頻整形電路等也會(huì)帶來一定的干擾，造成信號(hào)的失真，從而導(dǎo)致測(cè)量精度下降，測(cè)量范圍有所縮小，但是可以看出，誤

104、差在允許范圍內(nèi)，所設(shè)計(jì)的電路基本符合要求。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，通過這次設(shè)計(jì)，我受益匪淺。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次綜合性的實(shí)踐，它將各種知識(shí)結(jié)合到一起綜合運(yùn)用到實(shí)踐上來擴(kuò)展、彌補(bǔ)、串聯(lián)所學(xué)的知識(shí)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我得到了很多收獲。首先，了解了單片機(jī)的基本知識(shí)和在控制領(lǐng)域的作用和地位。其次掌握了C語言的編寫程序，學(xué)會(huì)了使

105、用PROTUTES和KEIL的仿真來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)掌握了如何收集、查閱、應(yīng)用文獻(xiàn)資料，如何根據(jù)實(shí)際需要有選擇的閱讀書籍和正確確定系統(tǒng)所要使用的元器件的類型。再次，在精神方面鍛煉了思想、磨練了意志。面對(duì)存在的困難首先分析問題根據(jù)目的要求確定可實(shí)現(xiàn)的部分，不明白方面找同學(xué)和老師討論研究，再完善、再修改、再發(fā)現(xiàn)問題、再解決培養(yǎng)了自己的耐心、恒心及遇事不亂的精神。總之，我明白了理論和實(shí)踐之間存在的距離只有靠不斷的思考不斷的動(dòng)手才能將所學(xué)的知識(shí)真正運(yùn)

106、用到實(shí)踐上來。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我的很多方面的能力都得到了提高，尤其在單片機(jī)軟件編程方面讓我感觸頗深。我個(gè)人認(rèn)為軟件設(shè)計(jì)是個(gè)即靈活又細(xì)膩的工作，它要求耐心和細(xì)心去不斷完善，同時(shí)還需要有良好的邏輯思維能力。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我分析問題和解決問題的能力有所提高，也鞏固了所學(xué)的知識(shí)，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1

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