基于89C55和FPGA的频率特性测试仪_李璐
简易频率特性测试仪电子竞赛
简易频率特性测试仪（E题）一、系统方案本系统主要由正交扫频信号源模块（DDS）、被测网络模块、乘法器模块、低通模块、显示模块、电源模块组成，最终通过液晶显示出幅频和相频曲线。
1.1 正交扫频信号源模块的论证与选择方案一：使用FPGA编程，运用DDS原理产生系统所需波形信号源。
此法成本低廉，但其性能受晶振频率精度限制较大，外部对应处理电路较为复杂。
方案二：采用锁相环（PLL）频率合成信号源,PLL频率合成器的输出频率可以按需要步进地变化，锁定后，其输出频率可以达到与参考频率同量级的频率精度和稳定度。
但其电路连接较为复杂，频率调整麻烦。
方案三：使用集成DDS芯片AD9854模块实现扫频波形发生，操作简单，频率精度与范围都可达到较高，波形稳定度高。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.2 控制系统的论证与选择方案一：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。
CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。
但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。
同时，CPLD的处理速度非常快，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。
方案二：采用MSP430F249单片机作为主控制器。
MSP430F249是一个超低功耗，和其他F14x系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，内部自带ADC12模数转换模块，有6组I/O口，降低了系统软件设计的难度，电路设计简单、价格低廉。
综合以上三种方案，选择方案三。
二、系统理论分析与计算2.1 正交扫频信号源的分析正交扫频信号源主要是由AD9854芯片构成的，AD9854数字合成器是高集成度的器件，它采用先进的DDS技术，片内整合了两路高速、高性能正交D/A转换器通过数字化编程可以输出I 、Q 两路合成信号。
在高稳定度时钟的驱动下，AD9854将产生一高稳定的频率、相位、幅度可编程的正弦和余弦信号，作为本振用于通信，雷达等方面。
基于AT89C51的频率计设计
基于AT89C51的频率计设计第一章绪论；随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片；采用不同的测量原理，可以设计出不同结构的频率测量；通常能对频率和时间两种以上功能测量的数字化测量仪；1.1频率计的概述；数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产；本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用；1.2频率计的主要性能；1.2.1.测试功能；它表明数字频率计所具备的全部测试第一章绪论随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片微机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代测量仪器。
频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。
对石英晶体振荡器，各种信号发生器，各种倍频和分频电路输出信号的频率需要测量；广播，电视，电讯，微电子技术等现代化的科学领域，更需要进行频率测量。
采用不同的测量原理，可以设计出不同结构的频率测量仪器，所以按测量原理来分，数字频率计可分为谐振式，比较式和计数式三类；按选用电路形式来分，它又可以分为模拟式和数字式两类。
通常能对频率和时间两种以上功能测量的数字化测量仪器，称为数字频率计，有时也称为通用计数器或电子计数器。
当前较多采用的是数字频率计。
计数式频率计是基于时间或频率的A/D转换原理，并依赖于数字计数技术发展起来的一类新型数字仪器。
与其他电子仪器一样，数字频率计也经历了电子管，晶体管和集成电路等几个阶段，其性能日臻完善，功能不断扩大，若配以适当的插件或传感器，还可以对多种电量和非电量进行测量。
1.1 频率计的概述数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。
它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信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。
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，经常要用到频率计。
基于89C52的数字万用表设计
基于89C52地数字万用表题目：基于89C52地数字万用表姓名：考号：基于89c52地数字万用表李志鹏测控1601摘要：近几年来，电子行业地发展速度相当快，电子行业地公司企业数目也不断增多.这个现象带来地直接结果是电子行业方面地人才需求不断增多.所以，现在大多数高校都开设与电子类相关地专业及课程，为社会培养大量地电子行业地人才.做过电路设计地工作人员或者学生大多数使用万用表来测量一些元件参数或者电路中地电压电流.然而万用表有一定地局限性，它只能测量有限种类地元器件地参数，对于电容和电感等一些电抗元件就无能为力了.所以制作一种简便地电容电感测量仪显得尤为重要，方便电路设计人员或者高校电子类专业地学生测量电路中需要用到地电容及电感地具体值.本次设计地思想是基于以上原因提出来地.该系统以STC89C52单片机为控制核心，搭配必要地外围电路对电阻、电容和电感参数进行测量.系统地基本原理是将电阻阻值、电容容值、电感感值地变化均转换成方波脉冲频率地变化，利用计数器测频后通过单片机做运算，最后计算出待测元件地各个参数并显示在1602液晶屏幕上.系统使用按键选择被测元件类型，使用1602液晶屏作为显示部分.测量时，只需将待测元件引脚放在测试仪地输入端，用按键操作需要测量地参数，便可以很快测出被测元器件地参数，简便易用.实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高.关键词：STC89C52单片机、电阻测量、电压测量、电容测量目录引言 (3)第一章电路方案地比较与论证 (3)1.1 电阻测量电路方案地比较与论证 (3)1.2 电容测量电路方案地比较与论证 (6)1.3 电压测量电路方案地比较与论 (8)第二章核心元器件介绍 (9)2.1 STC89C52介绍 (9)2.2 ADC0809介绍 (10)2.3 LM324介绍 (12)2.4 NE555介绍 (13)2.5 LM7805介绍 (15)2.6 1602液晶地介绍 (16)第三章电路设计 (18)3.1 电源电路设计 (18)3.2 电阻测量电路设计 (18)3.3 电容测量电路设计 (19)3.4 电压测量电路设计 (19)3.5 显示电路设计 (20)3.6 总体框图 (21)第四章程序设计 (22)4.1 主程序流程图 (22)4.2 电阻测量流程图 (23)4.3 电容测量流程图 (24)4.4 电压测量流程图 (25)第五章电路板制作 (27)5.1 PCB电路布线 (27)5.2 PCB板制作 (27)5.3 元器件焊接 (27)第六章电路仿真 (27)6.1 电阻测量电路仿真 (27)6.2 电容测量电路仿真 (28)6.3 实验数据记录 (28)第七章心得与体会 (30)参考文献 (31)附录一程序 (32)附录二原理图 (17)附录三 PCB板图 (35)附录四元器件清单 (36)引言在现代化生产、学习、实验当中，往往需要对某个元器件地具体参数进行测量，在这之中万用表以其简单易用，功耗低等优点被大多数人所选择使用.然而万用表有一定地局限性，比如：不能够测量容，所以制作一个简单易用地电抗元器件测量仪是很有必要地.现在国内外有很多仪器设备公司都致力于低功耗手持式电抗元器件测量仪地研究与制作，而且精度越来越高，低功耗越来越低，体积小越来越小一直是他们不断努力地方向.该类仪器地基本工作原理是将电阻器阻值地变化量，电容器容值地变化量和电压值地变化量通过一定地调理电路统统转换为电压地变化量或者频率地变化量等等，再通过高精度AD 采集或者频率检测计算等方法来得到确定地数字量地值，进而确定相应元器件地具体参数.第一章 电路方案地比较与论证1.1 电阻测量电路方案地比较与论证 方案一：利用串联分压原理地方案图1-1串联分压电路图根据串联电路地分压原理可知，串联电路上电压与电阻成正比关系.测量待测电阻Rx 和已知电阻R0上地电压，记为Ux 和U0.00R U U R xx方案二：利用直流电桥平衡原理地方案图1-2 直流电桥平衡电路图G NDR 1R 2根据电路平衡原理，不断调节电位器R3，使得电表指针指向正中间，再测量电位器电阻值.132R R R R x =方案三：利用555构成单稳态地方案图1-3 555定时器构成单稳态电路图根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得出频率，通过公式换算得到电阻阻值.由 CR R f x *)2(*2ln 11+=得 )**2ln 1(*211R Cf R x -=上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一地测量精度极差，方案二需要测量地电阻值多，而且测量调节麻烦，不易操作与数字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求地，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显地提高.故本设计选择了方案三.1.2 电容测量电路方案地比较与论证方案一：利用串联分压原理地方案（原理图同图1-1）通过电容换算地容抗跟已知电阻分压，通过测量电压值，再经过公式换算得到电容地值.原理同电阻测量地方案一.方案二：利用交流电桥平衡原理地方案（原理图同图1-2）)(2)(21221x j x j e Z Z e Z Z ϕϕϕϕ++∙∙=∙∙通过调节Z1、Z2使电桥平衡.这时电表地读数为零.通过读取Z1、Z2、Zn 地值，即可得到被测电容地值.方案三：利用555构成单稳态原理地方案图1-4 555定时器构成单稳态电路图根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得出频率，通过公式换算得到电容值.由 xC R R f *)2(*2ln 121+=若R1=R2,得 1**2ln 31R f C x上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一地测量精度极差，方案二需要测量地电容值多，而且测量调节麻烦、电容不易测得准确值，不易操作与数字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求地，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显地提高.故本设计选择了方案三.1.3 电压测量电路方案地比较与论证方案一：直接将被测电压值输入给模数转换器ADC0809，转换成数字量，再通过单片机计算，可地出被测电压值地大小.方案二：将被测电压分为三个不同地级别：0.00~0.200、0.200~2.00、2.00~20.00，分别将这三个档位地电压放大不同地倍数，使其输入模数转换器ADC0809地值在0~5V 直接，便于模数转换器工作.这三个档位可以通过比较输入电压值地大小来自动选择用哪一级地放大倍数.其中输入电压调理电路如图：图1-5 电压输入信号调理电路上述俩种方案从对测量精度要求而言，方案一地测量精度极差，而且测量范围只有0~5V，范围太小.相比较而言，方案二还是比较符合要求地，由于是通过单片机读取转化，并且通过不同地放大倍数，精确度会明显地提高.故本设计选择了方案二.第二章核心元件介绍2.1 STC89C52介绍STC单片机地优点：★加密性强,很难解密或破解★超强抗干扰：1 、高抗静电(ESD保护)2 、轻松过 2KV/4KV快速脉冲干扰(EFT 测试)3 、宽电压，不怕电源抖动4 、宽温度范围，-40℃~85℃5 、I/O 口经过特殊处理6 、单片机内部地电源供电系统经过特殊处理7 、单片机内部地时钟电路经过特殊处理8 、单片机内部地复位电路经过特殊处理9 、单片机内部地看门狗电路经过特殊处理★超低功耗：1 、掉电模式：典型功耗<0.1 μ A2 、空闲模式：典型功耗2mA3 、正常工作模式：典型功耗4mA-7mA4 、掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统，如水表、气表、便携设备等.STC89C52单片机最小系统原理图：2.2 ADC0809介绍(1)AD0809 地逻辑结构ADC0809是8 位逐次逼近型A/D转换器.它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成.多路开关可选通8个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换.三态输出锁存器用于锁存A/D 转换完地数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完地数据.（2）AD0809 地工作原理IN0－IN7：8 条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入地模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路.地址输入和控制线：4条ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效.当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A， B，C 三条地址线地地址信号进行锁存，经译码后被选中地通道地模拟量进转换器进行转换.A，B 和C 为地址输入线，用于选通IN0－IN7 上地一路模拟量输入.通道选择表如下表所示.C B A 选择地通道0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN7数字量输出及控制线：11 条ST 为转换启动信号.当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平.EOC 为转换结束信号.当EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D 转换.OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到地数据.OE=1，输出转换得到地数据；OE=0，输出数据线呈高阻状态.D7－D0 为数字量输出线.CLK为时钟输入信号线.因ADC0809地内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（+），VREF（－）为参考电压输入.（3）、ADC0809 应用说明a． ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与AT89S51 单片机直接相连.b．初始化时，使ST 和OE信号全为低电平.c．送要转换地哪一通道地地址到A，B，C 端口上.d．在ST 端给出一个至少有100ns 宽地正脉冲信号.e．是否转换完毕，我们根据EOC 信号来判断.f．当EOC变为高电平时，这时给OE 为高电平，转换地数据就输出给单片机了.2.3 LM324介绍LM324系列运算放大器是价格便宜地带差动输入功能地四运算放大器.电压范围是3.0V-32V或+16V.LM324地特点：1.短跑保护输出2.真差动输入级3.可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA（LM324A）5.每封装含四个运算放大器6.具有内部补偿地功能.7.共模范围扩展到负电源8.8.行业标准地引脚排列9.输入端具有静电保护功能10.LM324引脚图（管脚图）2.4 NE555介绍555集成电路开始是作定时器应用地，所以叫做555定时器或555时基电路.但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测.此外，还可以组成脉冲震荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等.它由于工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路地混合体.555集成电路内部结构图：引脚图：管脚介绍：555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图（A）所示，按输入输出地排列可看成如图（B）所示.其中6脚称阈值端（TH），是上比较器地输入；2脚称触发端，是下比较器地输入；3脚是输出端（VO），它有0和1两种状态，由输入端所加电平决定；7脚是放电端（DIS），它是内部放电管地输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端地状态决定；4脚是复位端（MR），加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端（VC），可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是接地端.典型应用—555震荡器电路：由555构成地多谐振荡器如图（a）所示，输出波形如图（b）所示.2.5 LM7805介绍三端稳压集成电路LM7805.电子产品中，常见地三端稳压集成电路有正电压输出地lm78 ××系列和负电压输出地lm79××系列.顾名思义，三端IC是指这种稳压用地集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端.它地样子象是普通地三极管，TO- 220 地标准封装，也有lm9013样子地TO-92封装.如图2.6 1602液晶地介绍本设计使用地1602液晶为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字，内置含128个字符地ASCII字符集字库，只有并行接口，无串行接口.1602与单片机接口：基本操作时序：读状态输入：RS=L,R/W=H,E=H 输出：D0~D7=状态字读数据输入：RS=H,R/W=H,E=H 输出：无写指令输入：RS=L,R/W=L,D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：D0~D7=数据写数据输入：RS=H,R/W=L,D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：无1602写操作时序图：第三章电路设计3.1 电源电路设计由于系统需要+5V、+12V、-12V、0V地电，所以电源供电是一个很关键地问题，经过不断地调试，最后选定了如下地电路供电3.2 电阻测量电路设计P1^5接一独立按键，当其按下时，NE555地3引脚输出方波，3脚与P1^2相接，可通过程序测出其频率，进而求出Rx地值，显示在1602液晶屏上.)(150*2.0*2ln1000000Ω-=fRxP1^5P1^23.3 电容测量电路地设计P1^6接一独立按键，当其按下时，NE555地3引脚输出方波，3脚与P1^3相接，可通过程序测出其频率，进而求出Cx 地值，显示在1602液晶屏上.)(510000**2ln 30001000000000pF f C x3.4电压测量电路设计P1^6P1^33.5 显示电路设计第四章程序设计4.1 主程序流程图4.2 电阻测量流程图4.3 电容测量流程图4.4 电压测量流程图第五章电路板制作5.1 PCB电路布线使用AD软件绘制电路原理图，待检查无误后生成PCB板图，裁剪板子尺寸大小为10*15，将元器件排步在板子上，注意其合理性与美观性，然后就进行布线.由于采用地是双面布线，所以一定要仔细.5.2 PCB板制作将绘制好地PCB板打印纸转印纸上，一定要注意打印正面是要镜像.然后现将覆铜板打磨干净，再将印有图地转印纸固定在覆铜板上，用款头烙铁加热松香滴至转印纸，再用烙铁将转印纸上地图烫至覆铜板.将需要地洞打好.准备好腐蚀液，保持其温度为60度左右，进行腐蚀.腐蚀完以后进行打磨、清洗，PCB板就制作好了，接下来就可以焊接了.5.3 元器件焊接焊接时一定要注意，先焊接小元器件，再焊接大元器件，有些元器件要进行双面焊接，一定要注意.焊接完，待检查无误后，就可以进行调试了.第六章电路仿真6.1 电阻测量电路仿真仿真电路图：输出波形：6.2 电容测量电路仿真仿真电路图：输出波形：6.3 实验数据记录第七章心得与体会这次课题地论文和设计是我这大学期间干地最有意义地事之一.从最初地选题，开题到写论文直到完成论文.其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改论文，每一个过程都是对自己能力地一次检验和充实.通过这次实践，我了解了简易电阻、电容和电压测试仪地用途及工作原理，熟悉了其地设计步骤，锻炼了设计实践能力，培养了自己独立设计能力.这次课程设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己地制作能力.这么一次锻炼可以学到书本里许多学不到地知识，坚韧、独立、思考等.但是课程设计也暴露出自己专业基础地很多不足之处.比如缺乏综合应用专业知识地能力，对材料地不了解等等.由于能力有限，未能做到准确测量电阻、电容和电压，某些测量结果误差，测量范围较小，感到有点儿遗憾.这次实践是对自己所学知识地一次大检阅，使我明白自己知识还很不全面.本设计是在老师地精心指导和鼓励下完成地.在此，谨向老师和帮助我地同学表示衷心地感谢！此外，我还要感谢在我地论文中所有被援引过地文献地作者们，他们是我地知识之源！最后，再次向所有给予我帮助和鼓励地同学和老师致以最诚挚地谢意！参考文献[1] 江晓安，董秀峰.模拟电子技术.陕西：西安电子科技大学出版社，2008.3[2] 张金，左修伟，黄国锐，周生.电子设计工程师之路.北京：电子工业出版社，2014.1[3] 王昊，李昕.集成运放应用电路设计360例.北京：电子工业出版社，2007.1[4] 张新，陈跃琴.51单片机应用开发25例.北京：电子工业出版社，2013.10[5] 江晓安.数字电子技术.陕西：西安电子科技大学出版社，2008.6[6] 潘明.单片机原理与应用技术.北京：清华大学出版社，2011.1附录一程序#include <reg52.h>#define LEDDATA P0#define v20_on{ADC=0。
【精品】基于AT89C51的频率和功率因数的测量
编号 2012180140 研究类型应用研究分类号 TM93学士学位论文（设计）Bachelor’s Thesis论文题目基于AT89C51的频率和功率因数的测量作者姓名学号所在院系机电与控制工程学院学科专业名称电气工程及其自动化导师及职称论文答辩时间2012年5月5日湖北师范学院学士学位论文（设计）诚信承诺书目录前言 (1)1 绪论 (2)1.1论文的选题背景 (2)1.2论文的研究意义 (3)1.3国内外现状 (3)1.4本课题的主要工作及内容安排 (4)2.方案论证 (5)3 基础知识 (6)3.1AT89C51单片机性能 (6)3.2触发器74LS74 (10)3.3定时器/计数器 (10)3.4中断系统 (13)3.5LCD1602液晶显示 (16)4系统软件设计 (17)4.1系统软件的编译环境 (17)4.2系统软件总流程图 (20)5系统的硬件设计 (23)5.1输入整形电路 (24)5.2AT89C51主控制器模块 (25)6总结与展望 (28)6.1总结 (28)6.2展望 (28)基于AT89C51的频率和功率因数的测量陈强（指导教师：张先鹤）（湖北师范学院机电与控制工程学院，中国黄石 435002）摘要：在电力系统管理过程中，有必要对功率因数和频率进行实时、准确的测量。
电参量监测系统能详细记录电力系统运行过程中的电能质量指标、监测电能质量污染源，从而为电网电能质量的治理和改善提供依据，对保证电力系统的安全、经济及稳定运行有重要的意义。
介绍了通过测量单相电流及电压之间的相位差来得到三相系统的功率因数的检测方法，并对该方法的原理作了详细的说明。
文章阐述了基于AT89C51单片机频率和功率因数的测量，其中包括系统硬件和软件设计，实践表明该方法简单可靠，精度高，易于实现。
关键词：AT89C51；频率；功率因数；相位差；交流中图分类号：TM92A Measurement System of Frequency and Power Factor Basedon AT89C51 MicroprocessorChen Qiang(Tutor：Zhang Xianhe)(College of Mechatronics and Control engineering, Hubei Normal University, Huangshi,China 435002)Abstract : It is necessary to detect the power factor in the course of electric power system management．Electric parameter detection system can keep detailed records power quality indices、monitoring power quality pollution sources when the system running，Thus provides the basis for The governance and improve of power quality. It is important to ensure the safety of electric power system and Economic stability operation.The designing manner ofthe power factor detection ofthree-phase alternating current machine is presented．It is counted by the phase difference of angle between one—phase electric current and the same phase voltage．This paper illustrated the measurement and control system of frequency and power factor based on AT89C51 microprocessor，including its hardware and software design．Running results showed that it is simple，credible 、precise and accessible to reality.Key words: AT89C51；frequency ；power factor ；phase difference ；AC基于AT89C51的频率和功率因数的测量陈强（指导教师:张先鹤）（湖北师范学院机电与控制工程学院中国黄石 435002）前言频率和功率因数是交流电路中的重要参数，是衡量电力系统是否经济运行的一个重要指标，也是供电线路在线监测系统的重要检测量，在功率因数补偿系统中需对其进行实时测量。
一种基于stc89c52宽频带的数字频率计设计
在设计 中 ， 由于要考 虑到对高频 的分频处理 ， 因此 在显 示模块 的处 理 中应该要考虑 利用软件 的方法 将档位分 为三 个档 ， 增加 Ｋ ｚ ， Ｈ 档 这样 就可以 比较好地显示 出分 频后的频 率。
４ 结 语
今 年 购 置 补 贴 农 机 在 操 作 流 程 和 资金 结 算 办 法上
对于低频信号 ， 采用测周法 。当低频信号产生一个下降
沿时 ， 引发 Ｔ ｌ中断 ， 同时启动定时器 ， 一直到第 二个下 降沿 开始时关 闭定 时器 。这样就可以测出信号周期 ， 过求倒得 经 到频率 ， 显示在 Ｌ Ｄ上 ， Ｃ 所以 Ｔ １工作在 定时状态下 ， 每定 时 １ 秒钟 到，就停止 ｒ Ｉ Ｄ的计数 ， 而从 １ 、 Ｄ的计数 单元 中读 取计 数的数值 ， 进行数据处理 ， 送到 Ｌ Ｄ显示 。Ｔ 工作 在定 时状 Ｃ １ 态下 ， 最大定 时 时间约 为 ６ ｍｓ所 以定 时 ５ ｍｓ共定 时 ２ ５ ， ０ ， Ｏ
号很容易产生较大误差；第二种方法是单片机定时器测周长 ，
对正 弦波进行频率测量 ，首先要将正弦波整形成方波。 由于频率范 围从 １ ｚ １ Ｍ ，本设计采用 了两个施密特 Ｈ 到 ０ Ｈｚ 整形 ， 能够很 好地将正弦波整成方 波 ， 并且只要输 入电压合 适， 施密特能够工作 的频率范围能够达到 Ｉ Ｍ 以上 。 Ｏ Ｈｚ 一般 的比较器只有一个作 比较的临界电压 ， 若输入端有噪声来 回
均 销 售 价 格 的 ３％。 ０
对于高频信号 ， 采用测 频法 ， 即使用单 片机 自带 的计数 器对输入脉 冲进行计数 ，从 而对频率 进行测量 。 为计数
器 ， 闸门打开 时间 内计数 ；１作为定时器 ， 在 Ｔ 控制 闸门开关
基于AT89C55的16x16LED点阵汉字显示设计
重庆三峡学院课程设计报告书题目：基于AT89C55的16*16LED点阵汉字显示设计学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：完成日期2012年11月30日目录摘要 (3)第一章引言 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 设计目的 (4)1.3 设计方案 (4)第二章硬件系统设计 (4)2.1AT89C55简介 (4)2.2原理电路 (5)2.3驱动电路 (6)2.4显示模块 (9)第三章软件系统设计 (10)3.1点阵显示主程序 (10)3.2点整显示子程序 (13)3.3电路仿真 (19)第四章实验结果与分析 (21)第五章总结 (21)致谢 (22)元件清单表 (22)参考目录 (22)基于AT89C55的16*16LED点阵汉字显示设计摘要：以单片机AT89C55芯片设计16*16LED点阵汉字显示设计，系统由控制模块、显示模块、驱动模块三大部分组成。
阐述了AT89C55的LED显示功能。
运用keil 软件进行编程与调试，利用Proteus 7 Professional软件进行绘制硬件电路图且进行仿真。
结果表明该电路可以正确显示汉字，具有移动显示效果。
具有很好的实用意义。
关键词：单片机、LED点阵显示、动态显示第一章引言1.1 设计任务1.基本要求：设计一个8*8或16*16的点阵控制系统，能够在显示器上显示任何想要的字符或图形。
具有一定的显示效果。
2．扩展要求：扩展为4个8*8或16*16LED点阵。
3．用keil软件进行编程与调试，利用Proteus 7 Professional软件进行绘制硬件电路图且进行仿真。
1.2 设计目的通过课程设计使学生较系统地掌握单片机控制系统设计的基本理论，熟练掌握51系列单片机的编程方法，学生在接近实际工作环境下，能够完成一个简单的单片机控制系统的设计。
设计一个16*16的点阵控制系统，能够在显示器上显示任何想要的字符或图形，有一定的动态显示效果。
基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现
基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现1. 引言1.1 背景介绍数字计数器是一种广泛应用于科学研究、工程技术和日常生活中的仪器设备，用于测量信号的频率、周期和脉冲数量等。
随着科技的不断发展，对于数字频率计的精度和性能要求也越来越高。
传统的数字频率计主要基于单片机或专用芯片的设计，存在精度受限、功能单一等问题。
而基于FPGA和单片机的高精度数字频率计能够充分发挥FPGA在并行计算和高速数据处理方面的优势，结合单片机的灵活性和易编程性，实现更高精度、更丰富功能的数字频率测量。
本文基于FPGA和单片机，设计并实现了一种高精度数字频率计，具有高度精准、快速响应的特点。
通过软硬件结合的设计思路，实现了数字信号频率的精确测量，同时在硬件设计和软件设计上都进行了详细优化和实现。
系统测试结果表明，该数字频率计具有较高的测量精度和稳定性，在实验中取得了良好的效果和准确的测量数据。
此设计不仅具有实用价值，还对数字频率计的进一步研究和应用具有一定的参考意义。
1.2 研究意义随着科技的发展，对于频率计的要求也越来越高，需要具备更高的精度、更快的响应速度和更广泛的适用范围。
设计和实现基于FPGA 和单片机的高精度数字频率计具有重要的研究意义。
通过本文的研究，可以深入了解数字频率计的工作原理和设计方法，为高精度频率计的研究和应用提供参考和借鉴。
本文的研究成果还可以为提高电子测量仪器的性能，推动数字频率计技术的发展做出重要的贡献。
本文的研究具有重要的理论和实践意义。
1.3 研究现状当前，数字频率计在电子测量领域具有重要的应用价值，其精度和稳定性对于提高测量精度和准确性至关重要。
目前，数字频率计的研究主要集中在硬件设计和软件算法的优化上。
在硬件设计方面，传统的数字频率计主要采用FPGA（现场可编程门阵列）作为核心控制器，实现高速、高精度的频率测量。
通过合理的电路设计和时序控制，可以实现更稳定和准确的频率计算。
在软件设计方面，研究者们致力于优化频率计算算法，提高频率计算的速度和精度。
简易频率特性测试仪(E题)要点
4.3相位差测量.................................................................12..
2013年全国大学生电子设计竞赛
题目：简易频率特性测试仪（E题）
学校：洛阳理工学院
系别：电气工程与自动化系
学生：蔡超越王瑞同葛永要
指导老师：张刚
时间：2013年9月4号---2013年9月7号
题目名称：简易频率特性测试仪（E题）
【摘要】：本实验以DDS芯片AD9851为信号发生器，以单片机STC8051为核心控制芯片，加之于外围电路来实现幅频及相频的检测。系统由5个模块组成：正弦扫频信号模块，待测串联RLC及加法器模块，低通滤波及AD转换模块，单片机最小系统模块，及显示模块。先以单片机送给AD9851控制字产生1MHz-40MHz的正交扫频信号，一路余弦信号经过RLC被测电路转换后，传入乘法器，分别与正交信号相乘。输出两路信号经过低通滤波器、AD转换，在12864上显示幅频特性曲线和相频特性曲线。
1.3数字频率发生器（DDS）AD9851产生
二．系统总体设计方案及实现框图......................5
三．单元模块设计........................................................................5
3.1正弦信号发生器..........................................................5
【关键词】:DDS STC8051最小系统 RC滤波
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2011年7月15日第34卷第14期现代电子技术M odern Electro nics T echniqueJul.2011V ol.34N o.14基于89C55和FPGA 的频率特性测试仪李 璐,李腾飞,李飞飞(武汉大学电子信息学院,湖北武汉 430079)摘 要:为了能够直接显示待测网络的幅频相频特性,设计了一个以89C55和FPGA 构成的最小系统为控制核心的频率特性测试仪。
系统基于DDS(直接数字频率合成)原理和多周期同步计数相位测量法,由信号发生器,被测双T 网络,真有效值检波,相位检测,L CD 显示及幅频特性曲线显示等部分构成。
其中,信号发生和相位检测在FPGA 内部实现。
用户可通过按键输入需求,频率特性曲线实时显示于示波器上。
整个系统性能稳定,界面友好,操作简单,实现了数字化频率特性分析。
关键词:89C55;F PG A;DDS;真有效值检波;相位测量中图分类号:T N919-34;T M 935 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2011)14-0179-04Frequency Characteristic Tester Based on 89C 55and FPGAL I L u,L I T eng -fei,LI Fe-i fei(School of Elect ro nic Inf ormat i o n,Wuhan University,Wuhan 430079,China)Abstract :In order t o sho w the amplitude -frequency phase -fr equency character istics of the netw or k under test dir ectly,a frequency tester using 89C55and FP GA as contro l cor e is designed.T he sy stem is based o n DDS (Direct Dig ital Synthesis)pr inciple and mult-i cycle synchr onous counting phase measurement method,and co nsists of the signal g ener ator ,the measur ed do uble -T netw or k,RM S detect ion,phase detection,LCD display and amplitude -fr equency character istic curve display par ts.Amo ng them,the sig nal generato r and phase detectio n is r ealized in FP GA.U ser s can use key to input demand and the fr e -quency character istic cur ve can be display ed on the oscillo sco pe rea-l timly.T he entir e system has stable per for mance,fr iendly interface and simple o per ation.I t has achieved the dig ital frequency analy sis.Keywords :89C55;FP GA ;D DS;RM S detect ion;phase detection收稿日期:2011-02-28频率特性是一个系统(或元件)对不同频率输入信号的响应特性,是一个网络最重要的特性之一。
幅频特性和相频特性综合称为频率特性。
测量频率的方法有点频法和扫频法。
传统的模拟式扫频仪价格昂贵、体积庞大,不能直接得到相频特性,给使用带来诸多不便[1-2]。
为此,设计了数字扫频式频率特性测试仪。
1 方案论证与选择1.1 方案的选择1.1.1 信号发生模块方案1:采用模拟分立元件或单片压控函数发生器。
可同时产生正弦波、方波、三角波,但由于元件分散性太大,产生的频率稳定度较差、精度低、波形差,不能实现任意波形输出。
方案2:采用传统的直接频率合成器。
这种方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。
但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致直接频率合成的结构复杂,并且它也无法实现任意波形输出。
方案3:采用锁相式频率合成器。
锁相式频率合成是将一个高稳定度和高精度的标准频率经过加减乘除的运算产生同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术,它在一定程度上解决了既要频率稳定精确,又要频率在较大范围可变的矛盾。
但由于锁相环本身是一个惰性环节,锁定时间长,故频率转换时间长,频率受限。
更重要的弱点是,不能实现任意波形的功能[3]。
方案4:采用直接数字频率合成器(DDFS )。
DDFS 技术以Nyquist 时域采样定理为基础,在时域中进行频率合成,它可以快速改变频率,并且通过更换波形数据可以实现任意波形功能。
DDFS 相对带宽高,输出相位连续,频率、相位和幅度均可以实现程控。
充分利用FPGA 内部资源,在其内设置所有逻辑电路实现DDS 合成,理论上可达M H z,100kH z 的频段要求很容易实现,而且省去大部分硬件,只需D/A 转换输出,避免硬件电路的分部影响。
为尽量减轻硬件负担,充分利用数字资源,在满足应用要求的基础上,选择方案4,在FPGA 内部实现频率合成。
1.1.2 被测网络方案1:直接利用阻容双T 网络。
可以通过改变电容电阻的参数改变中心频率,但其传递函数形式已经固定,带宽大概是中心频率的4倍,Q 值固定为0.25,陷波效果较差。
方案2:采用改进双T 网络,网络输出经过射级跟随器反馈回网络,可以限制带宽,容易实现应用要求。
为此选择方案2。
1.2 系统总体实现方框图系统方框图如图1。
图1 系统方框图2 理论分析与计算2.1 DDS 原理分析DDS 是一种应用数字技术产生信号波形的方法,主要组成:相位累加器、波形存储器、D/A 转换器和低通滤波器。
基本工作原理是:在参考时钟信号的控制下,通过由频率控制字K 控制的相位累加器输出相位码,将存储于波形存储器中的波形量化采样数据值按一定的规律读出,经D/A 转换和低通滤波后输出波形。
其FPGA 内部实现框图如图2所示。
图2 DDS 实现图通过DDS 技术实现频率合成前需要确定DDS 的主要性能参数:设参考频率源频率为fclk,采用计数容量为2N 的相位累加器(N 为相位累加器的位数),频率控制字为M ,则DDS 系统输出信号的频率为f out =f clk /2N @M ,频率分辨率为$f =f clk /2N 。
若选取晶振频率为40MH z,频率控制字为24位,相位累加器的位数为31位,此时的DDS 模块逻辑框图如图3所示,这样的理论输出频率范围为0.02H z ~312kH z,步进约为0.02H z(40M H z/231)[4-7]。
图3 低通网络2.2 双T 网络双T 网络可看作由一个T 型低通网络和一个T 型高通网络组成。
低通网络如图3所示。
将其中的电阻、电容全转换成阻抗表示。
传递函数H (j X )为:H (j X )=Z 23Z 12+Z 13=1-X 2C 2R 2(1-X 2C 2R 2)+j4X CR 幅频特性:|H (j X )|=1-X 2C 2R2(1-X 2C 2R 2)2+(4X CR )2 相频特性[8-9]:U (X )=0, X y ?]-arctan4X CR 1-X 2C 2R2,X <X 0-P2, X =X 0P -arctan4X CR 1-X 2C 2R2,X >X 0 在实际电路中,根据设计,中心频率为5kH z,带宽为?50H z 。
故选用C =1nF ,2R =12P f 0C=31.847k 8。
若Q =f 0Bf 3dB=50,则K =0.995,取R f =20k 8,故(1-K )R f =1008,K R f =19.9k 8,实际电路如图4所示。
2.3 相位测量此模块采用多周期同步计数法。
对输入信号周期进行填充式脉冲计数,具体做法为:利用D 触发器产生一个宽度为整数个被测信号周期的同步闸门信号,将同步闸门信号和时钟脉冲信号相与后送入计数器1进行记数,计数值为N 1;将同步闸门信号、鉴相脉冲和时钟脉冲三者相与后送入记数器2进行记数,计数值为N 2,相位差为U x =(N 2/N 1)@180[10]。
这样可使量化误差大大减小,测量精度得到提高,如图5所示。
闸门的设置、脉冲间的运算、计数等问题在FPGA 内部实现可增加系统的灵活性和测量精确度,并可减轻硬件方面的工作量。
3 主要功能电路的设计3.1 DDS 信号发生模块AD9851模块处理单片机送的频率控制字,输出地180现代电子技术2011年第34卷址值给ROM 1P 模块,ROM 1P 模块中存储正弦波表,输出幅度值给DA 。
具体在FPGA 内实现如图6所示。
图4 被测双T 网络图5 相位检测示意图3.2 真有效值测量电路采用典型真有效值-电流转换芯片AD637,其外围元件少,频带宽。
对于有效值为200mV 的信号,600kH z;对于有效值为1V 的信号,-3dB 带宽是8M H z,其后接12位高速低功耗串口模/数转换芯片ADS7818。
为简化电路,并保持电路参数的对称性,仅采用一个ADS7818,通过电磁继电器,由单片机控制,在两路信号间周期性切换进行测幅。
3.3 放大整形及相位测量模块由于经过双T 网络输出的信号幅度衰减很大,而信号经过过零比较器的传输时间为t sr =1P #E(ZG 0f P1f V P ),式中,G 0为过零检测器的直流增益;f P1是第一个响应极点;f 为信号频率;V P 是信号幅值。
由该式可以看出,幅度与相移成反比,所以在经过比较器前要加一级放大,采用的是可变增益放大芯片AD603构成的自动增益控制电路,当输入信号峰-峰值在400mV~7V,频率在6MH z 以下,输出信号稳定平坦。
在此次应用的实际电路中,将有效值从200mV~3.5V,频率从30H z~3MH z 的输入信号无失真的都放大到1.72V 。
由于DDS 输出电压为1.72V,所以只需放大处理经过网络后的信号。
另外,由于前级为双T 网络中的射随,故不需做阻抗匹配。
AGC(自动增益控制)电路如图7所示。
图6 DD S 信号发生模块图7 A GC 框图输出信号经过由LM 311构成的零点附近的滞回比较器整形后给FPGA,进行相位测量。