基于单片机数字频率计

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【精编完整版】基于单片机的数字频率计的设计毕业论文

【精编完整版】基于单片机的数字频率计的设计毕业论文

目录1频率计的概要和发展动态 (1)2 单片机介绍 (1)2.1单片机的简介和发展 (1)2.2 AT89C51的原理 (2)2.2.1主要特性 (3)2.2.2管脚说明 (3)2.2.3振荡器特性 (4)2.2.4芯片擦除 (4)3 仿真软件protuse的介绍 (5)4系统模块设计 (6)5硬件部分 (6)5.1整形电路 (6)5.2控制电路 (7)5.3显示电路 (8)5.3.1 LCD1602引脚 (8)5.3.2 LCD1602的指令介绍 (8)5.4总体电路图 (9)6仿真结果 (11)6.1仿真结果 (11)6.2结果分析 (11)7 结论 (11)8参考文献 (12)附录 (12)1 keil C51软件介绍 (12)2 程序流程图 (13)3系统源程序 (14)1频率计的概要和发展动态在电子技术中,频率作为基本的参数之一,它与许多电参量的测量方案、测量结果密切相关,因此,频率的测量十分的重要。

在许多情况下,要对信号的频率进行精确测量,就要用到数字频率计。

数字频率计作为一种基础测量仪器,它被用来测量信号(方波、正弦波、锯齿波等)频率,并且用十进制显示测量结果。

它具有测量精度高、测量省时、使用方便等特点。

随着微电子技术和计算机技术的不断发展,单片机被广泛应用到大规模集成电路中,使得设计具有很高的性价比和可靠性。

所以,以单片机为核心的简易数字频率计设计,改善了传统的频率计的不足,充分体现了新一代数字频率计的优越性。

2 单片机介绍2.1单片机的简介和发展单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。

单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。

通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和IO接口电路等。

因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代的发展,正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强IO功能及较好的结构兼容性方向发展。

基于单片机控制的数字频率计设计

基于单片机控制的数字频率计设计

基于单片机控制的数字频率计设计1. 简介在电子领域中,频率对于信号处理和电路设计至关重要。

频率计是一种测量电信号频率的仪器,它可以帮助工程师们更好地理解信号的特性,并在电路设计和调试中起到至关重要的作用。

在本文中,我将详细探讨基于单片机控制的数字频率计的设计原理和实现方法,希望能帮助读者全面理解这一主题。

2. 频率计原理频率计的原理在于对输入信号的周期进行测量,并通过适当的算法将其转换为频率。

基于单片机的数字频率计设计采用计数的方法来测量信号周期,然后利用计数的结果和时间基准来计算频率。

在这个过程中,单片机起到了关键的控制和计算作用,能够精准地对输入信号进行测量和处理。

3. 单片机选择在设计数字频率计时,单片机的选择至关重要。

一般情况下,我们会选择性能稳定、计算能力强、易于编程的单片机作为核心控制芯片。

常用的单片机包括STC系列、STM32系列和PIC系列等,它们都具有较好的性能和可靠性,适合用于数字频率计的设计和实现。

4. 系统设计数字频率计系统一般由信号输入、单片机控制、显示模块和电源模块等部分组成。

在系统设计中,信号输入模块用于接收待测信号,并将其转换为数字信号输入到单片机中;单片机控制模块负责对输入信号进行计数和处理,并输出结果到显示模块;显示模块一般采用数码管或液晶显示屏,用于显示测量的频率数值。

电源模块需要为整个系统提供稳定的工作电压,确保系统正常运行。

5. 算法设计在数字频率计的设计中,算法的设计对于测量结果的准确性和稳定性至关重要。

一般而言,常见的测频算法包括时间测量法、计数器法和分频计数法等。

这些算法都需要考虑精确的计数和时间基准,以确保测量结果的准确性。

在算法设计中还需要考虑到单片机的计算能力和存储空间,选择合适的算法和数据结构来降低系统的复杂度和成本。

6. 实现方法基于单片机的数字频率计的实现方法有多种,可以根据具体的需求和应用场景选择合适的硬件和软件方案。

在硬件设计方面,需要考虑信号输入电路、计数电路、显示电路和电源电路等部分;在软件设计方面,需要编写相应的程序代码,实现信号测量、数据处理和显示控制等功能。

基于51单片机的数字频率计

基于51单片机的数字频率计

毕业论文基于51单片机的数字频率计基于51单片机的数字频率计目录第1节引言 (2)1.1数字频率计概述 (2)1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算 (2)1.3基本设计原理 (3)第2节数字频率计(低频)的硬件结构设计 (4)2.1系统硬件的构成 (4)2.2系统工作原理图 (4)2.3AT89C51单片机及其引脚说明 (5)2.4信号调理及放大整形模块 (7)2.5时基信号产生电路 (7)2.6显示模块 (8)第3节软件设计 (12)3.1 定时计数 (12)3.2 量程转换 (12)3.3 BCD转换 (12)3.4 LCD显示 (12)第4节结束语 (13)参考文献 (14)附录汇编源程序代码 (15)基于51单片机的数字频率计第1节引言本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识,以及查阅资料,培养一种自学的能力。

并且引导一种创新的思维,把学到的知识应用到日常生活当中。

在设计的过程中,不断的学习,思考和同学间的相互讨论,运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难,掌握单片机系统一般的开发流程,学会对常见问题的处理方法,积累设计系统的经验,充分发挥教学与实践的结合。

全能提高个人系统开发的综合能力,开拓了思维,为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。

1.1数字频率计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。

本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率,采用一个1602A LCD显示器动态显示6位数。

测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波,时基宽度为1us,10us,100us,1ms。

用单片机实现自动测量功能。

基于单片机的数字频率计的设计

基于单片机的数字频率计的设计

前言 (2)摘要: (2)关键字: 89C2051;频率计;分频 (2)1 芯片介绍 (1)1.1 10116 (1)1.2 1161 (1)1.3 74HC04 (2)1.4 74HC14 (2)1.5 74HC74 (2)1.6 74HC164 (3)1.7 74HC145 (4)1.8 AT89C2051 (4)1.9 562 (7)2.统概述 (7)2.1 频率计定义 (7)2.2系统的组成 (7)2.3 处理方法 (8)3.系统硬件设计 (9)3.1信号预处理 (9)3.1.1滤波、衰减、补偿 (9)3.1.2 放大电路 (9)3.2 波形转换电路 (10)3.3 形整形及分频电路 (11)3.4 单片机复位电路 (12)3.5显示部分 (12)3.5.1 显示电路 (12)3.5.2模拟串行通信原理 (13)3.6 整机工作原理 (13)4.系统软件的组成 (14)4.1 系统软件框图 (14)4.2 流程图 (15)4.3 数据处理过程 (16)4.5 单片机源程序 (16)5 本书参考文献资料 (34)数字频率计前言数字频率计在电子、通讯等领域中的实验、研究开发、生产用途非常的广泛,它可以由逻辑电组成,也可以用单片机控制。

由逻辑电路组成的频率计,结构复杂,组装、调试比较麻烦;由单片机控制的频率计,数据采集、计算、译码及量程的自动转换,都可以由CPU来完成,简化了电路,提高了系统的可靠性。

摘要:本设计是以89c2051为核心的单片机设计,在单片机设计中应用单片机的数字运算和控制功能实现了量程的自动切换,满足了时间要求和精度要求。

关键字:89C2051;频率计;分频1 芯片介绍1.1 1011610116是一个三运算放大器,带有正、反输出端,逻辑图及引脚功能如下:1.2 11611161为基于微控器的系统提高了完整的存储和监控方案,运用低功耗CMOSE技术,在片内集成了带硬件存储写保护的串行EEPROM(16K),节能型系统电源监控电路和一个看门狗定时电路。

基于单片机的数字频率计的设计(毕业设计)

基于单片机的数字频率计的设计(毕业设计)
写作毕业论文是一次再系统学习的过程,毕业论文的完成, 同样也意味着新的学习生活的开始。我将铭记我曾是一名机电 学院的学子,在今后的工作中把机电学院的优良传统发扬光大。 感谢各位老师的批评指导。
1.2 设计思路
测频的原理归结成一句话,就是“在单位时间内对被测信号进行
计数”。常用的频率测量方法主要有两种:直接测频法和间接测频法 (即测周期法)。直接测频法在低频段的相对测量误差较大,故常用 于测量高频信号;测周期法在高频段的相对测量误差较大,更适合于 测量低频信号由于本次设计的实际测量范围为1Hz~200KHz左右,主 要是针对在低频段的测量,且由于单片机具有程序运算功能,频率为 周期的倒数,这样使得频率测量与周期测量可以互通,故此次设计采 用间接测量法(测周期法)。其原理图如下所示:
使用液晶显示器(LCD)进行数据显示
采用LED显示管只能显示0~9和一些简单的英文字母,这使得频率计的功能 受到极大的限制,而LCD显示管能够解决LED的不足,增强显示功能。LCD具有体 积小、低耗电量、无辐射危险,平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势,因 此广泛应用于各种仪表设备中去。LCD液晶显示器主要有字符型和点阵型两种。 字符型LCD能显示特定的字符,应用在特定的场合,可以代替常用的LED显示器 显示和进行其他特殊字符的显示;点阵型LCD则可以以点阵的形式显示字符、图 形和汉字,满足各种需要。
被测闸门信号
未知
高频基准信号
实际检出已知信号
1.3 电路设计

数字频率计系统设计共包括四大模块:单片机控制模块、电源模
块、放大整形模块及LED显示模块。 数字频率计设计总框图如下:
被测信 号
放大整形电 路
单片机
LED 显 示
电源电 路

基于单片机简易数字频率计

基于单片机简易数字频率计

基于单片机简易数字频率计基于单片机的简易数字频率计概述:数字频率计是一种用于测量信号频率的仪器,它能够将输入的模拟信号转换为数字信号,并通过单片机进行处理和显示。

本文将介绍基于单片机的简易数字频率计的原理和实现方法。

一、原理介绍数字频率计的原理基于信号的频率与周期的倒数之间的关系。

当输入信号的频率较高时,直接测量周期较为困难,因此常采用测量信号的脉宽来间接推算频率。

本文所介绍的简易数字频率计就是基于这一原理。

二、硬件设计1. 信号输入:将待测信号接入单片机的GPIO口,通过外部电路对信号进行电平转换和滤波处理,确保输入信号稳定且符合单片机的输入电压范围。

2. 定时器:单片机内部的定时器用于测量输入信号的脉宽。

通过配置定时器的计数器和预分频器,可以实现不同精度的测量。

一般情况下,选择合适的计数器和预分频器,使得定时器的溢出周期与待测信号的周期相当,以提高测量的准确性。

3. 显示模块:通过数码管或LCD显示模块,将测量到的脉宽转换为频率值并进行显示。

可以根据需要选择合适的显示方式和显示精度。

三、软件设计1. IO口配置:在单片机的软件中,需要配置GPIO口的输入和输出模式,以及中断触发条件等。

通过配置正确的IO口,可以实现对信号输入和输出的控制。

2. 定时器配置:配置定时器的计数器和预分频器,并设置中断触发条件。

在定时器中断服务函数中,可以对计数器的值进行读取和处理。

3. 测量算法:在定时器中断服务函数中,可以根据测量到的脉宽值计算出信号的频率。

具体的计算方法有多种,例如可以通过测量多个周期的脉宽平均值来提高测量的准确性。

4. 显示控制:将计算得到的频率值转换为合适的显示格式,并通过显示模块进行显示。

可以根据需要选择合适的显示精度和显示方式。

四、实现方法基于以上原理和设计,可以通过以下步骤来实现简易数字频率计:1. 硬件连接:将待测信号接入单片机的GPIO口,并通过外部电路进行电平转换和滤波处理。

2. 软件编程:根据单片机的型号和开发环境,编写相应的软件程序。

基于单片机的数字频率计的方案

基于单片机的数字频率计的方案

基于单片机的数字频率计的方案T1 端口的外部事件。

当T1 端口上出现由“1”(高电平)到“0”(低电平)的负跳变脉冲时,计数器则加1 计数。

计算机是在每个机器周期的S5P2 状态时采样T1 端口,当前一个机器周期采样为1 且后一个机器周期采样为0 时,计数器加1 计数。

计算机需用两个机器周期来识别1 次计数,因而最大计数速率为振荡频率的1/24。

在采用12 MHz 晶振的情况下,单片机最大计数速度为0.5 MHz 即500 kHz。

另外,此处对外部事件计数脉冲的占空比(即脉冲的持续宽度)无特殊要求,但必须保证所给出的高电平在其改变之前至少被采样1 次,即至少保持1 个完整的机器周期。

由此可见,从T1 口输入脉冲信号,T1 可实现对脉冲个数的计数。

4.3 程序流程图计时采用定时T0 中断完成,其余状态循环调用显示子程序。

主程序流程如图3 所示。

5 测量结果及误差分析5.1 测量结果给电路加+5 V 电压,输入信号,按动开关,即可得到频率值。

将所测频率值与示波器测量结果比较,如表1 所示。

5.2 误差来源分析(1)单片机计数速率的限制引起误差。

从表l 测量数据可以看出被测信号频率越高,测量误差越大,且所测信号频率不能超过480 kHz。

这是因为采用的是12 MHz 的晶振,单片机最大计数速度为500 kHz,所以当被测信号越接近500 kHz 时,测量结果与实际频率的误差就越大。

而当被测信号大于500 kHz 时,频率计将测不出信号频率。

(2)原理上存在±1误差。

由于该设计是在计数门限时间一秒内的频率信号脉冲数,所以定时开始时的第一个脉冲和定时时间到时的最后一个脉冲信号是否被记录,存在随机性。

这种误差对测量频率低的信号影响较大。

其误差原理示意图如图4 所示。

基于51单片机数字频率计的设计

基于51单片机数字频率计的设计

基于51单片机数字频率计的设计在电子技术领域中,频率计是一种常见的测试仪器,它可以用来测量信号的频率。

在本文中,我们将通过介绍基于51单片机数字频率计的设计实现来了解它的工作原理和设计流程。

1. 确定设计需求在进行任何项目之前,我们需要明确自己的设计需求。

对于频率计而言,它的主要需求就是准确地测量信号的频率。

因此,我们需要确定我们需要测量的频率范围和精确度。

2. 确定硬件设计在确定了设计需求之后,我们需要确定硬件设计。

对于数字频率计而言,它需要一个计数器来计算信号的脉冲数量。

在本设计中,我们采用74LS90计数器芯片来实现计数功能。

我们还需要一个51单片机来读取计数器的计数值,并将其转换为对应的频率值。

另外,我们还需要硬件板、LCD显示屏、按键等元件来搭建数字频率计的电路结构。

3. 确定软件设计硬件设计完成后,我们需要开发相应的软件来实现我们的需求。

在本设计中,我们使用KEIL C51软件来编写51单片机的程序。

编写软件的主要步骤是读取计数器计数值、计算出对应的频率值、将频率值显示在LCD屏幕上,并实现按键控制。

我们需要将这些步骤按照程序流程依次实现。

4. 进行测试在软件编写完成后,我们需要对数字频率计进行测试,以确保其满足我们的需求。

我们可以使用信号发生器给数字频率计输入不同频率的信号,然后观察LCD屏幕上显示出来的相应频率值是否准确。

如果测试结果不满足我们的需求,则需要对硬件或软件进行优化或调试,直到数字频率计能够正常工作为止。

总之,基于51单片机的数字频率计设计是一个较为简单的电子设计项目。

通过上述步骤的详细介绍,我们了解了数字频率计的设计流程和工作原理,并明确了设计中需要注意的细节和注意事项。

希望能够对大家理解数字频率计的设计过程有所帮助。

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目录前言 (4)1. 绪论 (5)1.1课题背景 (5)1.2 课题研究的目的和意义 .. (5)1.3数字频率计发展的概况 (5)1.4课题内容 (5)2.方案论证 (6)2.1数字频率计测量方法的论证及选择 (6)2.2方案论证与选择 (7)3.硬件电路的设计 (9)3.1数字频率计硬件系统框图 (9)3.289C51单片机的间介 (10)3.3存储器 (17)3.4 8155间介 (20)3.5键盘的设计及连接 (24)3.6 LED显示器 (25)3.7测量电路设计 (27)3.8电源模块的设计 (29)4.数字频率计软件设计 (30)4.1软件编程思路 (30)4.2程序流程图设计 (31)4.3系统程序及关键程序 (34)5.结论 (45)致谢 (46)参考文献 (47)基于单片机的数字频率计设计[摘要]数字频率计是一个将被测频率显示出来的装置,其广泛应用于各个领域,在许多设计复杂、功能多样的电子设备中,都使用了数字频率计。

数字频率计是数字测量技术中的一个典型应用,虽然一些数字频率计的功能复杂,但是使用起来既简单又方便。

本设计以89C51单片机为核心,应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。

系统简单可靠、操作简易,能基本满足一般情况下的需要。

既保证了系统的测频精度,又使系统具有较好的实时性。

本频率计设计简洁,便于携带,扩展能力强,适用范围广。

[关键词]单片机,运算,频率计,LED数码管前言在电子测量领域中,频率测量的精确度是最高的[1],可达10—10E-13数量级。

因此,在生产过程中许多物理量,例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度、加速度,乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率,然后用数字频率计来测量,以提高精确度。

国际上数字频率计的分类很多[2]。

按功能分类,因计数式频率计的测量功能很多,用途很广,所以根据仪器具有的功能,电子计数器有通用和专用之分。

(1)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;若配上相应插件,就可测相位、电压、电流、功率、电阻等电量;配上适当的传感器,还可进行长度、重量、压力、温度、速度等非电量的测量。

(2)专用计数器:指专门用来测量某种单一功能的计数器。

如频率计数器,只能专门用来测量高频和微波频率;时间计数器,是以测量时间为基础的计数器,其测时分辨力和准确度很高,可达ns数量级;特种计数器,它具有特种功能,如可逆计数器、予置计数器、差值计数器、倒数计数器等,用于工业和白控技术等方面。

数字频率计按频段分类 (1)低速计数器:最高计数频率<10MHz; (2)中速计数器:最高计数频率10—100MHz; (3)高速计数器:最高计数频率>100MHz; (4)微波频率计数器:测频范围1—80GHz或更高。

单片机自问世以来,性能不断提高和完善,其资源又能满足很多应用场合的需要,加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点,因此,在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛,并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。

单片机的潜力越来越被人们所重视。

特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机,由于功耗低,使用的温度范围大,抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合,更加扩大了单片机的应用范围,也进一步促使单片机性能的发展。

1绪论1.1课题背景在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此频率的测量就显得更为重要。

频率计的基本原理[3]是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量其他信号的频率。

通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为1秒。

闸门时间也可以大于或小于一秒。

闸门时间越长,得到的频率值就越准确,但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。

闸门时间越短,测的频率值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响。

数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器,被测信号可以是正弦波,方波或其它周期性变化的信号。

如配以适当的传感器,可以对多种物理量进行测试,比如机械振动的频率,转速,声音的频率以及产品的计件等等。

1.2 课题研究的目的和意义单片机数字频率计以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点,广泛地应用于各种智能仪器中,这些智能仪器的操作在进行仪器校核以及测量过程的控制中,达到了自动化,传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所代替,测试人员在测量时只需按需要的键,省掉很多烦琐的人工调节,智能仪器通常能自动选择量程,自动校准。

有的还能自动调整测试点,这样不仅方便了操作,也提高了测试精度。

1.3 数字频率计发展概况数字频率计广泛的应用于各个领域,在许多设计复杂、功能多样的电子设备中,都使用了数字频率计。

虽然一些数字频率计的功能复杂,但是使用起来既简单又方便。

由于大规模和超大规模数字集成电路技术、数据通信技术与单片机技术的结合,数字频率计发展进入了智能化和微型化的新阶段。

其功能进一步扩大,除了测量频率、频率比、周期、时间、相位、相位差等基本功能外,还具有自捡、自校、自诊断、数理统计、计算方均根值、数据存储和数据通信等功能。

此外,还能测量电压、电流、阻抗、功率和波形等。

1.4 课题内容在本次设计中我们要以单片机89C51为控制核心,设计出有数字显示的简易频率计,同时要求检测的电路,测量信号类型为方波、正弦波,测量范围为0.5-5V ,测量频率为1HZ-1MHZ ,测量误差≤0.1﹪,且有一个六位系统显示电路,能循环显示测量值。

2方案论证2.1数字频率计测量方法的论证及选择2.1.1 直接测量法直接测量法:无需利用被测量与其他实测量之间的函数关系进行额外计算,就可直接得到被测量的值的测量方法。

依据基本原理所实现的频率、周期以及脉冲宽度的数字化测量是一种直接测量法,由于该方案比较简单,若能够满足本题任务的要求则应作为首选方案。

通过对测频、测周期以及测脉冲宽度的数字化测量方法的基本原理及其测量误差的分析,得知在被测信号的整个频率范围内,无论采用直接测频或直接测周期的方法均不能全面满足测试误差≤0.1%的要求。

2.1.2 间接测量法:间接测量法:通过对与被测量有已知关系的其他量进行直接测量,来确定被测量的值的测量方法。

在实际应运中采用直接和间接测量相结合的测量方法能使任务书提出的误差要求得到满足。

中界频率: f m = = 当 f x ≥ f m 时, 直接测频, 间接测周;当 f x ≤ f m 时, 直接测周, 间接测频2.2.3 多周期同步测量法多周期同步测频法,此法的优点是,闸门时间与被测信号同步,消除了对被测信号计数产生的±1个字误差,测量精度大大提高,且测量精度与待测信号的频率无关,达到了在整个测量频段等精度测量。

根据任务书要求,因此采用上述(2)、(3)方案都能实现频率的测量。

但是本论文设计的是一个用单片机做为电路控制系统的数字式频率计,采用(2)方案,操作麻烦,控制电路较复杂;采用(3)方案多周期同步测频法,闸门时间与被测信号同步,消除了对被测信号计数产生的±1误差,测量精度大大提高,且测量精度与待测信号的频率无关,达到了在整个测量频段等精度测量。

因此,本次设计采用多周期同步测量法。

()0T T k S ()101=k S T T在采用多周期同步等精度测量法的情况下,按照自顶向下的设计方法,可画出该频率计的系统框图。

如图2-1所示。

图2-1 频率计的系统级框图图2-1 频率计的系统框图本设计任务书要求主要以单片机89C51为核心,被测信号先进入信号放大电路进行放大,再被送到波形整形电路整形,把被测的正弦波或者三角波整形为方波。

利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。

编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程,并把测出的频率数据送到显示电路显示。

2.2方案论证与选择方案一:主要由四个部分组成:信号整形部分、单片机控制部分、时基电路部分、数据锁存部分、和数据显示部分。

整体框图如图2-2所示。

方案一基本流程:待测信号进入系统,信号整形部分会将其整形成脉冲,另一方面,时基电路提供标准的时基脉冲,在其上升沿达到1s时结束计数。

而在这1秒内测得的整形后的脉冲频率就是待测信号的频率。

之后单片机送数据锁存,并等待命令,若继续测量则返回测量,此时仍可将数据送显示,若无继续测量命令则,直接送数据显示。

方案一优缺点:这个方案的设计关键是555定时器构成的多谐振荡器是否能够提供标准的脉冲。

实际上,在现实中是很难做到精确1s的。

因此,如果这点把握不好将直接影响最后的精度。

较为合理的解决办法是,做实物时可以选择其电容电阻的参数设定,用示波器先进行测量,直到取得较为满意的结果。

还有一个问题就是在测量某一段频率时很有可能会出现偏差,如果它在某一段内都出现相同差值的偏差,我们可以进行人为的补偿,这样可以最大限度提高精确度。

方案二:方案二由五个部分组成:信号整形部分、分频处理部分、数据选择部分、单片机部分和数据显示部分。

整体框图如图2-3所示。

图2-3 方案二结构框图方案二工作流程:待测信号进入系统,信号整形部分会将其整形成脉冲,经过分频器。

分频器出来得到两个信号,一个给选择器,一个给单片机,数据选择器处理过后也将信号给单片机经过处理、运算,最后将数据送给显示部分,以用户需要的形式显示出来。

方案二优缺点:是利用了分频器应对大量程的测量,相比于方案一它的优势是,如果待测频率不大的话,是不用进行分频的,即直接测量。

这样就不存在方案一当中遇到的问题。

但是方案二也有它的缺点,就是当待测频率较大时要进行分频,这样做是对原频率的破坏,很可能会出现较大的偏差。

方案比较:这两种方案各有其优缺点,虽然在理想状态下两种方案都是可行的,但是,在本次设计中考虑到在目前的实验条件下难以使用555定时器做到较为精准的1s计时,而且在测量小频率时,方案二可以避免破坏原频率而得到较准确的数据,本设计初衷也是通用型的,简单实用符合要求就好,不必要的尽量省去,通过慎重考虑最终还是采用了方案二。

通过方案二与多周期同步测量方法相结合可画出该频率计的子系统级总体框图如图2-4所示。

该框图可分为三个子系统:(1)输入通道(最左边),该子系统主要由模拟电路组成;(2)多周期同步等精度频率、周期、时间等的测量控制及功能切换逻辑(中间部分),该子系统基本上由数字硬件电路组成。

(3)单片机及其外围部件(最右边)。

图2-4 频率计的子系统级总体框图图2-43硬件电路的设计3.1 数字频率计硬件系统框图数字频率计硬件系统框图如图3-1所示。

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