单片机课程设计----数字频率计
单片机课程设计报告数字频率计详细程序
单片机课程设计报告题目：数字频率计院（系）：电子工程与自动化学院专业：自动化学生姓名： ------学号： ----------指导教师： ----- 2011 年 1 月 15 日摘要该系统以STC89S51单片机为核心, 应用单片机的运算和控制功能并采用LCD 显示器实时地将所测频率显示出来, 通过测量结果对比,分析了测量误差的来源,提出了减小误差应采取的措施。
频率计具有电路结构简单、成本低、测量方便、精度较高等特点,适合测量低频信号。
关键词:单片机，频率测量AbstractThe paper introduces one cymometer system Based on singlechip which applys the singlechip`s function of operation and control and displays the result by LCD. By comparing results, the source of measurement error is analysed, the measures are proposed for reducing errors. T he frequency meter has characteristics of simple circuit, low cost, easy measurement and high precision, it fits for measuring low frequency signals.Key words : Singlechip,frequency- measure引言 (1)1 课程设计概述 (1)1.1 课程设计任务及要求 (1)1.2 主要仪器 (1)1.3 数字频率计概述 (1)1.4 测频基本设计原理 (2)2 方案论证 (2)2.1 总体方案 (2)2.2 测频方案选择 (3)3硬件设计 (3)3.1系统功能描述 (3)3.2硬件电路设计框架 (3)3.3单片机部分 (4)3.4 放大整形部分 (4)3.5分频部分 (5)3.6 LCD显示和键盘部分 (6)4 软件设计 (6)4.1 主程序流程图设计 (6)4.2 子程序流程图设计 (7)4.2.1 显示程序 (7)4.2.2频率测量程序框图 (8)4.2.3 中断服务流程图 (8)5 系统调试 (9)5.1显示调试 (9)5.2键盘调试 (9)5.3前置放大整形调试 (9)5.4软件调试 (9)6结果分析与结论 (10)7总结 (10)参考文献 (11)附录 (12)引言：在工业生产、仪器仪表行业及实验教学中，经常会遇到频率的测量，我们经常使用的及目前市场上所售的频率测量装置，大多数是采用小规模集成电路及分离元件组成。
基于51单片机的数字频率计设计
基于51单片机的数字频率计一、实验内容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，采用四位LED数码管动态显示4位数。
测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波。
用单片机实现自动测量功能。
1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算频率测量仪的设计思路主要是：设置单片机T1为计数器模式，对输入信号进行计数，T0设置为定时器模式，定时时间为1秒，则计数器所计数值即为被测信号频率。
1.3 基本设计原理基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。
它以在单位时间内对被测信号上升沿计数的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。
如果被测信号频率超过量程，则有警报灯闪烁。
所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。
若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。
1.4 频率计性能参数设计量程：0-10KHz波形：方波输入信号电压：5V二、数字频率计的硬件结构设计2.1 系统硬件的构成本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89C51，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有电源电路、复位电路、显示器，报警电路等器件，如下图所示：图一数字频率计功能模块2.2 AT89C51单片机引脚说明在本次设计中，采用89C51作为CPU处理器，充分利用其硬件资源，结合数码管，发光二极管，按键开关构成控制及显示模块。
在试验中选用P1.2,P1.3，P1.4端口分别控制数据和时钟信号的输入实现频率的动态显示。
单片机数字频率计课程设计
单片机数字频率计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握单片机的基本原理，理解数字频率计的工作机制。
2. 使学生能够运用单片机编程实现数字频率计的功能，包括计时、计数和显示。
3. 让学生了解数字频率计在实际应用中的重要性，如信号处理、电子测量等领域。
技能目标：1. 培养学生运用单片机进行数字频率计设计和编程的能力。
2. 培养学生运用相关软件（如Keil、Proteus等）进行电路仿真和调试的能力。
3. 提高学生的动手实践能力，学会在实际操作中发现问题、解决问题。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对电子技术和单片机编程的兴趣，培养其创新精神和实践能力。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和可靠性。
3. 增强学生的团队协作意识，学会在项目合作中相互支持、共同进步。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，要求学生在掌握理论知识的基础上，进行实际操作和项目实践。
学生特点：学生具备一定的单片机基础知识，对编程和电路设计有一定了解，但实际操作能力有待提高。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，以项目为导向，培养学生的动手实践能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够独立完成单片机数字频率计的设计和编程任务，达到课程目标所要求的具体学习成果。
二、教学内容1. 理论知识：- 单片机原理和结构：介绍单片机的内部组成、工作原理及性能特点。
- 数字频率计原理：讲解频率的概念、测量原理及其在电子测量中的应用。
- 编程语言：回顾C语言基础知识，重点掌握单片机编程相关语法。
2. 实践操作：- 电路设计：学习使用Proteus软件设计数字频率计电路，包括单片机、计数器、显示模块等。
- 程序编写：运用Keil软件编写数字频率计程序，实现计数、计时和显示功能。
- 仿真调试：在Proteus环境下进行电路仿真，调试程序，确保其正常运行。
3. 教学大纲：- 第一周：回顾单片机原理和结构，学习数字频率计原理。
课程设计数字频率计
课程设计数字频率计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握数字频率计的基本原理与功能，了解其在实际生活中的应用。
2. 学会使用特定软件或工具进行数字频率计的设计与仿真。
3. 掌握基本的计数、计时方法，并将其应用于数字频率计的搭建。
技能目标：1. 能够运用已学知识，设计并搭建一个简单的数字频率计，培养动手操作能力和问题解决能力。
2. 能够运用逻辑思维，分析并优化数字频率计的设计方案，提高创新意识和团队协作能力。
3. 能够熟练运用相关软件或工具进行数字频率计的仿真实验，提高计算机操作技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度。
2. 培养学生的团队合作精神，学会倾听、交流、分享，增强集体荣誉感。
3. 使学生认识到科技对社会发展的作用，提高社会责任感和使命感。
本课程针对初中年级学生，结合电子技术课程内容，以数字频率计为主题，旨在培养学生的动手操作能力、问题解决能力和创新意识。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中掌握知识，提高技能，同时注重情感态度价值观的培养，使学生在学习过程中形成积极向上的人生态度。
通过本课程的学习，学生能够达到上述课程目标，为后续相关知识的学习奠定基础。
二、教学内容1. 理论知识：- 数字频率计的基本原理与功能- 频率的定义及测量方法- 计数器、定时器的工作原理2. 实践操作：- 数字频率计的硬件组成与电路设计- 软件仿真工具的使用方法- 设计并搭建数字频率计的实验步骤3. 教学大纲：- 第一阶段：数字频率计基本原理学习（1课时）- 理解频率概念，掌握频率测量方法- 了解数字频率计的基本原理与功能- 第二阶段：硬件组成与电路设计（2课时）- 学习数字频率计的硬件组成- 掌握计数器、定时器的工作原理- 分析并设计数字频率计电路- 第三阶段：软件仿真与实验操作（2课时）- 学习并掌握软件仿真工具的使用方法- 设计实验方案，搭建数字频率计- 进行仿真实验，验证设计效果4. 教材关联：- 本教学内容与教材中“电子技术基础”、“数字电路设计与应用”等章节相关。
基于单片机的数字频率计的设计(毕业设计)
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
单片机频率计课程设计
单片机频率计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单片机的基本原理，掌握其内部结构和功能。
2. 学生能掌握频率计的设计原理，理解并运用相关电路知识。
3. 学生能了解并掌握编程语言在单片机应用中的基本使用方法。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计并搭建一个简单的单片机频率计电路。
2. 学生能编写程序，实现对频率计的功能控制，进行基本的数据测量。
3. 学生能通过实验过程，培养动手操作能力、问题解决能力和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对单片机及电子技术的兴趣，激发创新思维。
2. 学生能认识到单片机技术在现实生活中的应用价值，增强学以致用的意识。
3. 学生在课程实践过程中，培养严谨、细致的科学态度，提高对科学研究的尊重和热爱。
课程性质分析：本课程为实践性较强的电子技术课程，旨在通过单片机频率计的设计与实现，使学生在实践中掌握单片机技术的基本原理和应用。
学生特点分析：学生处于高年级阶段，已具备一定的电子技术基础知识，具有较强的学习能力和动手能力，对实际操作有较高的兴趣。
教学要求分析：根据课程性质和学生特点，要求课程目标具体、可衡量，注重理论与实践相结合，培养学生的实际操作能力和创新思维能力。
通过分解课程目标为具体学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容本课程教学内容围绕单片机频率计的设计与实现，结合以下章节进行组织：1. 单片机基础理论：介绍单片机的内部结构、工作原理和功能特点，重点讲解单片机的时钟系统、I/O口控制、中断系统等基础知识。
2. 频率计原理：讲解频率计的基本原理，包括信号发生器、计数器、时钟脉冲等组成部分，以及频率测量的基本方法。
3. 电路设计与搭建：指导学生运用所学知识，设计并搭建一个简单的单片机频率计电路，包括单片机选型、外围电路设计、元器件选型等。
4. 编程与调试：教授编程语言基础，如C语言、汇编语言等，指导学生编写单片机程序，实现对频率计的功能控制，并进行程序调试。
单片机课设---频率计
频率计频率计的设计原理实际上是测量单位时间内的周期数。
这种方法免去了实测以前的预测，同时节省了划分频率的时间，克服了原来高频率采用测频模式而低频段采用测周期模式的测量方法存在换挡速度慢的缺点。
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1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时间隔就越长。
闸门时间越短，测得频率值刷新据越快，但测得的频率精度就受影响。
本论文的任务是设计一个基于单片机技术的数字频率计。
主要介绍了整形电路、控制电路和显示电路的构成原理，以及其测频的基本方法。
总体方案本方案主要以单片机为核心，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，把被测得正弦波或者三角波整为方波。
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。
方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描把测出的数据送到数字显示电路显示。
其实原理框图如所示系统硬件设计其基本设计原理是首先把待测信号通过放大整形，变成一个脉冲信号，然后通过控制电路控制计数器计数，最后送到译码显示电路里进行显示，其基本构成框图如图所示软件实现原理测频软件的实现是基于电路系统来进行设计的。
本次设计采用的是脉冲定时 测频法，所以在软件实现上基本遵照系统的设计原理，进行测频。
本次软件设计语言采用汇编语言，在电脑上编译通过后即可下载到电路上的实际电路中，即可实现频率的测量。
主程序流程图T1中断服务程序流程图动态显示子程序流程图。
数字频率计课程设计
数字频率计课程设计引言数字频率计是一种用来测量波形信号频率的仪器。
在本次课程设计中，我们将设计并实现一个基于微控制器的数字频率计。
在设计过程中，我们将使用Arduino开发板以及相应的传感器和电路组件。
本文档将介绍该课程设计的目标、设计思路、实现步骤以及预期的结果。
目标本次课程设计的目标是通过设计一个数字频率计来实现以下功能： 1. 测量输入的波形信号的频率。
2. 将测量结果以数字形式在液晶显示屏上显示。
设计思路1.硬件设计：•使用Arduino开发板作为主控制器。
•使用一个脉冲传感器作为输入信号源。
•使用一个液晶显示屏来显示测量结果。
2.软件设计：•使用Arduino编程语言编写程序。
•通过读取脉冲传感器的信号来计算输入信号的频率。
•将计算得到的频率值通过串口传输给液晶显示屏。
实现步骤1.硬件连接：•将脉冲传感器的输出引脚连接到Arduino开发板的数字输入引脚。
•将液晶显示屏的控制引脚连接到Arduino开发板的对应输出引脚。
2.软件编程： ```c // 引入LiquidCrystal库 #include<LiquidCrystal.h>// 定义液晶显示屏的引脚 LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);// 定义脉冲传感器的引脚 int pulsePin = 7;// 定义变量存储频率值 float frequency = 0;void setup() { // 初始化液晶显示屏 lcd.begin(16, 2);// 设置脉冲传感器引脚为输入状态 pinMode(pulsePin, INPUT);// 设置波特率为9600 Serial.begin(9600); }void loop() { // 定义变量存储脉冲计数值 int pulseCount = 0;// 计算脉冲计数值 while (pulseCount < 1000) { if (digitalRead(pulsePin) == HIGH) { pulseCount++; delayMicroseconds(100); } }// 计算频率值 frequency = pulseCount / 1000.0;// 在串口上发送频率值 Serial.println(frequency);// 清除液晶屏内容 lcd.clear();// 在液晶屏上显示频率值 lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(。
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电子课程设计报告
设计课题: 数字频率计
作者：李成赞≦
专业: 08信息工程
班级: （2）班
学号: 3081231201 日期 2009年6月5日——2009年6月17日
指导教师: 廖东进
设计小组其他成员：叶昕瑜史海镔陈福青姚闽梁芳芳
衢州职业技术学院信息与电力工程系
前言
一、频率计的基本原理：
频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。
其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。
频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。
在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。
主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。
在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。
二、频率计的应用范围：
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，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。
正是由于频率计能够快速准确的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。
在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。
频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。
在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。
在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。
目录1、设计要求
数字频率计
2、第一章系统概述
3、第二章单元电路设计与分析
3.1 数字频率计的基本原理
3.2 数字频率的设计
3.2.1 放大整形电路
3.2.2 时基电路
3.2.3 逻辑控制电路
3.2.4 输出实现器
4、第三章总结设计
附录A 系统电路原理图
附录B 元件清单
附录C 参考文献
设计要求
电子课程设计报告格式：
每人必须写出一份4000字以上设计总结报告，总结报告应包括以下内容：题目名称、前言、目录、鸣谢、元器件明细表、附图、参数文献。
其中，前言应包含设计题目的主要内容、资料收集工作的简介。
正文参考格式如下：
第一章系统概述
简单介绍系统设计思路与总体解决的可行论证，各功能块的划分与组成，全面介绍总体工作或工作原理。
第二章单元电路设计与分析
详细介绍个单元电路的选择、设计及工作原理分析，并介绍有关参数的
计算及元件参数的选择等。
第三章总结
简单介绍对设计题目的结论性意见，进一步完善或改进的意向性说明，
总结设计课程的收获与体会。
元器件明细表主要用于列出本次课程设计中所用到的全部元器件。
附图要求用2#以上图纸画出总原理接线图，参考文献格式如下：
序号作者名书刊名出版社出版时间（刊号）
数字频率计（设计要求）：
数字频率计是用来测量正弦信号、矩形信号等波形上工作频率的仪器，
其测量结果直接用十进制数字显示。
本题要求采用中、小规模集成芯片设计
集成有下列功能的数字频率测量计：
被测信号的频率范围为1Hz—100KHz，分成两个频段，即1—999Hz、1—100KHz，用三位数码管显示测量数据，测量误差小于5%。
数字频率计
第一章系统概述
为了使计数器被测信号的频率范围为1—999Hz、，用三位数码管显示测量数据。
第二章单元电路设计与分析
一、数字频率计测频率的基本原理
所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。
若在一定时间间隔T秒内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为：
f=N/T
图1——数字频率计的组成框图和波形图
图1是数字频率计的组成框图。
被测信号v x经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I，其频率与被测信号的频率f x 相同。
时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间t1=1 秒，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。
若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率f x =NHz。
逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数。
各信号之间的时序关系如图1所示。
二、数字频率计的电路设计
基本电路设计
数字频率计的基本框图如图1所示，各部分作用如下。
①放大整形电路
图2——放大整形电路图
放大整形电路由晶体管3DG100与74LS00等组成，其中3DGl00组成放大器将输入频率。
为f x 的周期信号如正弦波、三角波等进行放大，与非门74LS00构成施密特触发器，它对放 大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。
②时基电路
图3——时基电路
时基电路的作用是产生一个标准时间信号（高电平持续时间为 1s ），由定时器555构成的多谐振荡器产生。
若振荡器的频率 f 0 1/(t 1 t 2 ) 0.8Hz ，则振荡器的输出波形如图1中的波形II 所示，其中t 1=1s ，t 2=0.25s 。
由公式t 1=0.7(R 1+R 2)C 和t 2=0.7R 2C ，可计算出电阻R 1、R 2及电容C 的值如图。
③逻辑控制电路
图4——逻辑控制电路
根据图1所示波形，在计数信号II结束时产生锁存信号IV，锁存信号IV 结束时产生清“0”信号 V。
脉冲信号IV和V可由两个单稳态触发器74LS123产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。
设所存信号IV和清“0”信号V的脉冲宽度t w相同，如果要求t w=0.02s，则得：
t w=0.45R ext C ext=0.02s
若取R ext=10kΩ，则C ext=t w/0.45R ext=4.4μF。
由74LS123的功能（见下表1）可得，当1R
1B 1触发脉冲从1A端输入时，在触
D
发脉冲的负跳变作用下，输出端1Q可获得一负脉冲，其波形关系正好满足图1所示的波形IV和V的要求。
手动复位开关S按下时，计数器清“0”。
表1——74LS123功芯片能表④输出实现器
图5——频率计算器
表2——74LS90的不同接线方法
锁存器的作用是将计数器在1s结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。
如图所示，1s计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号IV，将此时计数器的值送译码显示器，选用两个8位锁存器74L273可以完成上述功能。
当时锁存信号CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。
高电平结束后，无论D为何值，输出端的状态仍保持原来的状态不变，所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。
表3——74LS273功能表
表4——74LS4
第三章结束语
①设计总结
简易的数字频率计基本完成，各Vcc接电源正极，各开关控制电路的各个部分。
整个电路综合使用了与门、非门、555定时器、显示器、74LS48译码器、74LS273锁存器、74LS90计数器等等的逻辑器件和施密特、可重触发器等模拟电子器件。
②设计心得、体会
本次课程设计由李成赞同学总设计，在廖东进老师辅导下顺利完成啦。
通过本次的课程设计，加深了我对数字电子技术模拟电子两门课程的理解，强化了我对相关知识的记忆，提高了我对所学知识的应用。
这极大扩展了我的视野，更加激发了我对这门课程的热爱，在设计的过程中，由于综合应用了各种学习、应用软件，例如：word、auto CAD、Multisim等，不但体改了技能，还能从中获得了成就感。
通过这次设计，我完全知道了团队合作的所带来的快乐，集体的力量的强大性！我定位了我自己，发现自己的优势和不足，并且勉励自己不断进步，并对未来充满信心。
再此感谢给与指导的廖东进老师、李培江老师、黄云龙老师的指导。
对本课程设计的的大力支持。
附录A：系统电路原理
附录B：元件清单
附录C：参考文献。