52数字频率计

基于单片机的数字频率计设计学院名称：电气信息工程学院专业：通信工程班级：11东通信2学号：11811403姓名：崔灵逸二〇一四年十二月JIANGSUUNIVERSITYOFTECHNOLOGYC51课程论文江苏理工学院毕业设计说明书（论文）I基于单片机的数字频率计设计摘要：本文介绍了一款能够实现对信号源进行准确测量的基于AT89C52单片机的数字频率计。系统主要由单片机控制模块，放大整流模块，控制模块，显示模块组成。信号经放大电路放大，由整流电路将信号送入单片机系统，单片机系统通过定时器、计数器对正弦波，方波三角波信号进行脉冲计数，将得到的频率数据在液晶显示屏上进行显示。最终能实现对输入幅度在50mV-5V之间频率在0HZ～10MHZ之间的方波、正弦波、三角波信号进行频率计数，信号源由信号发生器产生，输出采用液晶显示，并且实现了自动换挡的功能。关键词：单片机；频率计；测量TheDesignofDigitalFrequencyMeterBasedonSingle-ChipComputerAbstract:ThisarticledescribesafrequencycounterbasedonAT89C52single-chipcomputer,whichcanmeasuresignalsourcesaccurately.Thesystemmainlyconsistsofthemicrocontrollermodule,amplifiedrectifiermodule,controlmoduleanddisplaymodule.Signalsareamplifiedbytheamplifierandsentbytherectifiercircuittothemicrocontrollersystemwhichcountsthepulseofsinewave,squarewaveandtrianglewavesignalsthroughthetimerandcounter.AndthenfrequencydatawillbedisplayedontheLCDscreen.Ultimatelyfrequencycountingofsquarewave,sinewave,andtrianglewavesignalswhoseinputisbetween50mvand5vandwhosefrequencyrangesfrom0HZto10MHZisachieved.Signalsourcescomefromthesignalgenerator.SignaloutputisLCDdisplayed.Ultimately,automaticshiftfunctionisrealized.江苏理工学院毕业设计说明书（论文）IIKeyword：SCM；frequencycounter；measurement江苏理工学院C51课程报告第1页共34页目录第1章绪论....................................................21.1课题背景及意义........................................................21.2国内外研究现状........................................................21.3本文研究的主要内容....................................................3第2章系统设计方案...........................................42.1系统设计方案..........................................................42.2设计原理分析..........................................................62.3设计指标及要求........................................................6第3章硬件设计...............................................73.1单片机控制模块........................................................73.1.1AT89C52简介........................................................73.1.2AT89C52最小系统组成设计...........................................103.2放大整形模块设计.....................................................113.3分频模块设计.........................................................123.4自动换挡模块设计.....................................................133.5显示模块设计.........................................................143.5.11602的功能简介....................................................143.5.21602与AT89C52的连接..............................................163.6电源模块设计.........................................................16第4章软件设计..............................................184.1软件总体设计.........................................................184.2主程序设计...........................................................194.3中断模块设计.........................................................194.4数据处理模块设计.....................................................214.5显示模块设计.........................................................22参考文献......................................................23附录1：硬件原理图............................................24附录2：程序清单..............................................25江苏理工学院C51课程报告第2页共34页第1章绪论1.1课题背景及意义随着电子技术的飞速发展，各类分立电子元件及其所构成的相关功能单元，已逐步被功能更强大、性能更稳定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外围电路构成的各种自动控制、自动测量、自动显示电路遍及各种电子产品和设备已广泛应用于各个领域，更新换代速度可谓日新月异。在电子系统广泛的应用领域中，到处看见处理离散信息的数字电路。供消费用的冰箱和电视、航空通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中都用到数字技术。数字频率计是现代通信测量设备系统中不可缺少的测量仪器，不但要求电路产生频率准确的和稳定度高的信号，而且能方便的改变频率。与传统的测量方式相比，运用了单片机频率计有着体积更小，运算速度更快，测量范围更宽和制作成本更低的优点。由于传统的频率计中有许多功能是依靠硬件来实现的，而采用单片机测量频率之后，有许多以前需要用硬件才能实现的功能现在仅仅依靠软件编程就能实现，而且不同的软件编程代码能够实现不同的功能，从而大大降低了制作成本。数字频率计主要实现方法有直接式、锁相式、直接数字式和混合式四种。直接式的优点是速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。锁相式和直接数字式都同时具有容易实现产品系列化、小型化、模块化和工程化的特点，其中，锁相式更是以其容易实现相位同步的自动控制且低功耗的特点成为众多业内人士的首选，应用最为广泛。1.2国内外研究现状在国际上数字频率计的分类很多。按功能分类，电子计数器有通用和专用之分。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、累加计江苏理工学院C51课程报告第3页共34页数、计时等。专用计数器指专门用来测量某种单一功能的计数器。按频段分类有低速频率计数器、中速频率计数器、高速频率计数器和微波频率计数器之分。其中低速频率计数器最高计数频率小于10MHZ；中速频率计数器最高频率计数频率为10到100MHZ；高速频率计数器最高计数频率大于100MHZ；微波频率计数器的测频范围为1到80GHZ或更高。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。现如今，数字频率计已经不仅仅是测量信号频率的装置了，还可以测量方波的脉宽。在人们的生产生活中数字频率计也发挥着越来越重要的作用，比如有数字频率计来监控生产过程，这样可以及时发现系统运行中的异常情况，以便给人们争取时间处理。除此之外，它还可以应用于工业控制等其它领域。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，无法实时快速地跟踪捕捉到被测信号的频率变化。正是由于频率计能够快速准确地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。目前，市场上的频率计厂家可分为三类：中国大陆厂家、中国台湾厂家、欧美厂家。其中，欧美频率计厂家所占有的市场份额最大。欧美频率计厂家主要有：PendulumInstruments和Agilent科技。现如今，对于频率计的设计目前也有专用芯片可以实现，如利用MAXIM公司的ICM7240来设计频率计，但由于这种芯片的计数频率比较低，远不能达到在一些场合而要测量很高的频率要求，而且测量精度也受到芯片本身的限制，因此提出用AT89C52单片机设计频率计来解决这些问题，从而实现高精度，宽范围测量的频率计的设计。1.3本文研究的主要内容本次设计的数字频率计是一种用液晶显示被测信号频率的测量仪器.它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、三角波信号。本文讲述了数字频率计的工作原理以及其各个组成部分，记述了整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、以及对它们的调试、对调试结果的分析，最终得到实验结果。江苏理工学院C51课程报告第4页共34页第2章系统设计方案2.1系统设计方案在研究大量资料的基础上发现目前常用的数字频率计通常采用以下三种方案进行设计制作，具体如下：1.方案一：电路整体框架如图2-1所示。被测信号经过放大电路，整形电路从而将其转换成同频率的脉动信号，送入计数器进行计数，闸门的一个输入信号是秒脉冲发出的标准脉冲信号，秒脉冲信号源含有个高稳定的石英振荡器和一个多级分频器共同决定，其时间是相当精确的，计数器显示电路采用液晶显示。信号放大整形电路闸门单片机计数、控制液晶显示门控信号信号输入图2-1方案一设计框图2.方案二：本方案采用单片机程序处理输入信号并且将结果直接送往液晶显示，为了提高系统的稳定性，输入信号前进行放大整形，在通过A/D转换器输入单片