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单片机课程设计题 目 基于单片机简易的频率计 专业班级 11级电子科学与技术 2班院 (系) 电气工程 完成时间 2015 年 1 月 9 日 单片机课程设计任务书一、设计题目 基于单片机简易的频率计 二、设计任务与要求1.本品主要由信号输入、放大整形、分频、单片机控制模块、驱动显示电路等组成2.设计过程中,频率计采用外部 10 分频,以便测量 1Hz1MHz 的信号频率,并且实现量程自动切换。3、参考文献1 吴钟珍 .最新实用电子电工技术手册.徐氏基金会出版社 2010,23(3):97982 深圳市中源单片机发展有限公司 STC89C52 3 张友德.单片微型机原理、应用和实验. 复旦大学出版社 2009.3423444 陈大钦.电子技术基础 .(第二版)高等教育出版社 2009,13:2526 5 曾建唐.电工电子基础实践设计.机械工业出版社 2007,10(4):2782806 马淑华.单片机原理与接口技术.北京邮电大学出版社 2004.4977.4、设计时间2014 年 12 月 29 日 至 2015 年 1 月 9 日指导教师签名: 年 月 日目 录1 总体方案设计 .11.1 设计要点 .11.2 系统方案 .12 理论分析与计算 .22.1 频率计概述 .22.2 频率测量原理 .22.3 精度保证 .33 电路与程序 .33.1 电路设计 .33.2 程序设计 .44 测试与调整 .54.1 测试方案及测试条件 .54.2 测试结果完整性 .65 总结与体会 .6参考文献 .8附录 1:总体电路原理图 .9附录 2:实物图 .10附录 3:元器件清单 .11附录 4:C 语言程序 .1211 总体方案设计 1.1 设计要点 本次课程设计有以下要点: 设计一个频率计。要求用 4 位 7 段数码管显示待测频率,格式为 0000Hz。 测量频率范围:109999Hz 。 测量信号类型:正弦波、方波和三角波。 测量信号幅值:0.55V。 设计的脉冲信号发生器,以此产生闸门信号,闸门信号宽度为1S。 确定设计方案,按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路,设计分电路,画出总体电路原理图,阐述基本原理。 1.2 系统方案 简易数字频率计可以用中规模集成芯片构建而成,但与用 51 单片机实现相比,其电路复杂程度要大得多,而且远远不及用单片机实现灵活,其精度也不及用单片机实现的高。所以我采用用 STC89C52 单片机去实现。 我采用单片机 89S52 作为控制核心,用数码管显示所输入信号的频率,具体的系统框图如图 1-1 所示:2图 1-1 简易频率计的系统总体框图其中,信号通过整形放大后,输入单片机中的计数器,运用单片机中的定时器设置每隔一秒钟将计数器中死亡数据输出,通过数码管显示。单片机作为控制中心,随时检测和计录输入信号的频率,并控制输出显示和输入是否超载。而显示电路用一个四位一体的数码管实现。为简化硬件电路,用动态显示的方式,依次点亮个数码管,这样不仅仅是简化了电路,而且每一时刻四位数码管只相当于一位数码管的功耗,大大减少了功耗。2 理论分析与计算2.1 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 显示器动态显示四位数。测量范围从 100Hz9999Hz 的正弦波、方波、三角波。用单片机实现自动测量功能。 此频率计是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量2.2 频率测量原理频率测量仪的设计思路主要是:对信号分频,测量一个或几个被测3量信号周期中已知标准频率信号的周期个数,进而测量出该信号频率的大小,其原理如右图 2-1 所示。 若被测量信号的周期为,分频数 m1,分频后信号的 周期为 T,则:T=m1Tx 。由图可知: T=NTo (注:To 为标准信号的周期,所以 T 为分频后信号的周期,则可以算出被测量信号的频率 f。)图 2-1 频率测量原理图2.3 精度保证单片机系统的标准频率比较稳定,而是系统标准信号频率的误差,通常情况下很小;而系统的量化误差小于 1,所以由式 T=NTo 可知,频率测量的误差主要取决于 N 值的大小,N 值越大,误差越小,测量的精度还有 C 语言自校程序,对测量仪经行自校。3 电路与程序3.1 电路设计实际电路如下图所示:4图 3-1 实际硬件电路接线图我们按此电路连接器件,然后在 IN 口输入待测信号,再有施密特输出至单片机输入口。3.2 程序设计我们采用 C 语言来编写控制测试程序。其结构如下:5图 3-2 C 语言程序设计图程序见附录 44 测试与调整4.1 测试方案及测试条件测试方案: 我们在测试过程的测试方案如下:图 4-1 测试流程框架图合成函数信号发生器 发出待测信号,信号经过放大整形电路被放大、整理成为 TTL 波形,然后输入单片机,经程序控制,显示在 LCD屏上。测试条件: 对单片机提供+5V 电压,数字示波器64.2 测试结果完整性待测信号经放大整形后输出为 TTL 波形,经单片机程序控制,LCD 可显示测得的信号频率大小,范围为 1009999Hz,测量误差为 1Hz,测量时间 1s ,可连续测量。 调试过程: 在连接测试过程中第一次测试的时候输出波形、所测电压范围都不是很稳定。后来发现是外接电路以及电路中的接线都太长了,导致干扰较大。我们截短了电线,再次测量,就可以得到稳定的频率、电压了。 然后,在初步成功的基础上,我们对其经行工艺加工,使其能更为美观大方。我们使用了底座,将板子都布置在底座上,使其看起来非常好看。但是,这样连接后,由于接触不够好,使得测试时 0.1V 时,低频测试只能达到 1KHz,无法继续下降了,其他电压时均可以。 实际测试: 由于 AD8039 高速的时候能达到 350MHZ,能满足我们的要求即使最高频率为 3MHZ。我们用它做一个过零比较器进行电压的整形。由于我们接的是双电源,所以输出波形会有负电压,为避免对芯片的损坏,我们接一个 74LS14(6 反相施密特触发器)。为了避免 8039 输出电压过大对芯片造成损坏,我们接了一个保护电阻即 R1(359)。5 总结与体会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。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,会被经常使用到。本次课程设计刚开始的时候,由于控制电路这部分比较难搞定,所以在数电模电实验箱上反复连接电路的时候,就会停下来设计控制电路,7为了提高效率,在实际的操作中,先连好时基电路,分频电路测试通过后,再把显示电路和计数电路连好,调测符合要求。最后搞定控制电路的连接。最后完成的一块电路板,它所实现的功能就是可以
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