数字频率计的设计与制作.doc

黑龙江科技学院
(计算机与信息工程学院)
单片机课程设计
(本科生)
学生姓名朴吉成班级计03-1班学号 11 号
设计题目数字频率计的设计与制作
指导教师姓名孔庆臣
成绩
数字频率计的设计与制作
正文
【摘   要】
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。文章主要阐述了选择单片机作为核心器件,采用模块化布局,设计了一个简易数字频率计的过程。在电子技术与计算机技术的应用中,经常会用到频率的测量,利用单片机的定时/计数器功能,加上一些简单的外围电路,就能够很方便地设计出一个低频信号频率计。
【关键字】定时/计数器频率计 LED数码显示器
【设计目的】
1、通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识复****和掌握,对单片机课程的应用进一步的了解。
2、掌握定时器、外部中断的设置和编程原理。
3、通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来,对程序进行编辑,校验。
【主要功能】
利用单片机中的T0、T1两个定时/计数器分别对闸门时间和被测信号进行同步计数。当单片机上电复位时,开始定时及计数工作,定时时间一到,计数器T1中的计数值即为被测信号fx的频率;单片机输出T1的计数值送8279显示接口芯片,在LED数码显示器上将被测信号fx的频率进行数码显示。
【硬件电路设计方案】
本系统以89C51单片机为核心,扩展8279显示接口芯片、晶体振荡器(6MHz)、显示驱动电路和共阴极的数码管,组成数字频率计系统。
电路基本组成如下所述。利用单片机中的T0、T1两个定时/计数器分别对闸门时间和被测信号进行同步计数。当单片机上电复位时,开始定时及计数工作,定时时间一到计数器T1中的计数值即为被测信号fx的频率;单片机输出T1的计数值送8279显示接口芯片,在LED数码显示器上将被测信号fx的频率进行数码显示。
由于89C51单片机内部的两个定时/计数器都是16位的,最大计数范围为216=65536。在本系统中,闸门时间为“,则所测信号的最高频率为65536Hz。为实现频率较高信号的测量,一种是采用分频器对被测信号进行分频后测量;另一种是采用单片机内部计数器计数溢出中断技术对被测信号进行计数。在本系统中,测量信号的频率范围大多为低频信号,为简化系统电路采用定时器溢出中断技术对被测信号进行频率测量。多周期同步测量法的基本思路是使被测信号与闸门之间实现同步化,从而从根本上消除了在闸门时间内对被测信号进行计数时的±1量化误差,使测量精度大大提高。倒数计数器就是基于该方法而设计出来的一种具有创新思想的测频、测周期的仪器。它采用多周期同步测量法,即测量输入多个(整数个)周期值,再进行倒数运算而求得频率。其优点是:可在整个测频范围内获得同样高的测试精度和分辨率。
(一)系统级方案设计
在选择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,可以画出该频率计的系统级框图,如图1所示。根据测周期、频率的原理,可以将总体框图分为三个子系统:输入通道(即前置整形电路)该部分主要由模拟电路组成的;多周期同步等精度频率、周期的测量、控制及功能切换(中间部分),该部分基本上由数字硬件电路组成;单片机及外围电路,包括单片机、数码显示。
(二)子系统设计
。输入通道是由前置放大器和整形器组成的,所以要对前置放大器的增益和带宽指标进行估计。为了能准确测量信号,将输入信号经过一个放大整形电路。其具体实施方案为:将输入信号经过LM358运放放大,再通过74LS132整形,此时的信号还不能直接送入单片机,这是因为在硬件上CPU对INT0和INT1引脚的信号不能控制,解决这个问题要通过硬件,再配合软件来解决。
。闸门时间的确定,可以先由一个555定时器产生一个脉冲信号,将555产生的脉冲信号送入到74LS90十进制计数器当中,由于74LS90具有二-五进制混合计数的功能,所以可以用它来实现五进制计数,将74LS90的输出接到3—8线译码器74LS138的输入端,再将译码器的输出端接上五个发光二极管,这样就可以实现硬件上的闸门时间控制。但是考虑到硬件实现上的复杂性,可以通过软件上来实现,就是将五个发光二极管直接接到单片机的P1口由软件上来实现,通过按键来改变它的闸门时间。
。该部分电路是由单向八位移位寄存器74LS164和数码管组成的。考虑到精度的问题,取五位计数值,采用五片74LS164级联,同时还要显示频率和周期的单位,所以还需再级联一块74LS164,在74LS164的输出端接六个单位指示灯,分别表示周期频率的三个不同的单位数量级,即周期单位s,ms,μs和频率单位Hz,