毕业设计（论文）-基于51单片机的4位数字频率计设计.doc

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。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等优点,是频率测量的重要手段之一。数字式频率计的测量原理有两类:一是直接测频法,即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数;二是间接测频法即测周期法,如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量,通常采用计数器、数据锁存器及控制电路实现,并通过改变计数器阀门的时间长短在达到不同的测量精度;间接测频法适用于低频信号的频率测量,本设计中使用的就是直接测频法,即用计数器在计算1S内输入信号周期的个数。
数字频率计是数字电路中的一个典型应用,实际的硬件设计用到的器件较多,连线比较复杂,而且会产生比较大的延时,造成测量误差、可靠性差。随着现场可编程单片机的广泛应用,运用单片机控制,将使整个系统大大简化,提高了系统的整体性能和可靠性。
关键词:频率测量;单片机;数据处理
目录
摘要 1
目录 2
一系统概述 3
3
3
二器件简介 6
6
(1)MSC-51芯片资源简介 6
(2)单片机的引脚 7
(3)89S51单机的电源线 8
(4)89S51单片机的外接晶体引脚 8
(5)89S51单片机的控制线 8
(6)89S51单片机复位方式 9
10
(1)数码管的分类 10
(2)数码管的驱动方式 10
(3)数码管参数 11
(4)数码管应用 11
(5)数码管使用的电流与电压 12
(6)恒流驱动与非恒流驱动对数码管的影响 12
(7)怎样测量数码管引脚 12
13
(1)CPLD简介 13
(2)CPLD器件特点 13
三系统设计 14
14
(1)信号予处理电路 14
(2)单片机系统 14
(3)数据显示电路 15
(4)VHDL实现74LS160功能 15
18
(1)数据处理过程 18
(2)系统软件框图 19
(3)浮点数学运算程序 19
(4)实测结果和误差分析 20
四参考文献 22
附件1:程序清单 23
一系统概述

频率计由单片机89C51 、信号予处理电路、串行通信电路、测量数据显示电路和系统软件所组成,其中信号予处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形和分频电路。系统硬件框图如图1 所示。信号予处理电路中的放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求;波形变换和波形整形电路实现把正弦波样的正负交替的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/ CMOS 兼容信号;分频电路用于扩展单片机的频率测量范围并实现单片机频率测量和周期测量使用统一的输入信号。
图1 系统硬件框图
系统软件包括测量初始化模块、显示模块、信号频率测量模块、量程自动转换模块、信号周期测量模块、定时器中断服务模块、浮点数格式化模块、浮点数算术运算模块、浮点数到BCD 码转换模块。系统软件框图如图2 所示。

本频率计的设计以AT89C51 单片机为核心,利用它内部的定时/ 计数器完成待测信号周期/ 频率的测量。单片机AT89C51 内部具有2 个16 位定时/计数器,定时/ 计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。在构成为定时器时,每个机器周期加1 (使用12MHz 时钟时,每1us 加1) ,这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在构成为计数器时,在相应的外部引脚发生从1 到0 的跳变时计数器加1 ,这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入每个机器周期被采样一次,这样检测一次从1 到0 的跳变至少需要2 个机器周期(24 个振荡周期) ,所以最大计数速率为时钟频率的1/ 24 (使用12MHz 时钟时,最大计数速率为500 KHz) 。定时/计数器的工作由相应的运行控制位TR 控制,当TR置1 ,定时/ 计数器开始计数;当TR 清0 ,停止计数。设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。例如当要求频率测量结果为3 位有效数字,这时如果待测信号的频率为1Hz ,则计数闸门宽度必须大于1000s。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求,把测量工作分为两种方法。当待
测信号的频率大于100Hz 时,定时/ 计数器构成为计数器,以机器周期为基准,由软件产生计数闸门,这时要满足频率测量结果为3 位有效数字,则计数闸门宽度大于1s 即可。当待测信号的频率小于100Hz 时,定时/ 计数器构成为定时