毕业设计简易数字频率计的设计.docx

毕业设计简易数字频率计的设计.docx

《毕业设计简易数字频率计的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计简易数字频率计的设计.docx（10页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

毕业设计简易数字频率计的设计

毕业论文

论文题目简易数字频率计的设计

系部电信工程学院

专业通信技术

班级09通信技术2班

姓名于银玲

指导教师刘丽华

2020年4月

简易数字频率计的设计

一摘要

在电子技术中，频率是最大体的参数之一，而且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分紧密的关系，因此频率的测量就显得更为重要。

测量频率的方式有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、利用方便、测量迅速，和便于实现测量进程自动化等优势，是频率测量的重要手腕之一。

电子计数器测频有两种方式：

一是直接测频法，即在必然闸门时刻内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。

直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。

传统的频率计通常采纳组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量范围低，精度低。

因此，随着对频率测量的要求的提高，传统的测频的方式在实际应用中已不能知足要求。

因此咱们需要寻觅一种新的测频的方式。

随着单片机技术的进展和成熟，用单片机来做为一个电路系统的操纵电路慢慢显示出其无与伦比的优越性。

因此本论文采纳单片机来做为电路的操纵系统，设计一个能测量高频率的数字频率计。

用单片机来做操纵电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围取得专门大的提高。

本文论述了用数字电路设计了一个简单的数字频率计的进程。

1.绪论

频率计的大体原理是用一个频率稳固度高的频率源作为基准时钟，对照测量其他信号的频率。

通常情形下计算每秒内待测信号的脉冲个数，现在咱们称闸门时刻为1秒。

闸门时刻也能够大于或小于一秒。

闸门时刻越长，取得的频率值就越准确，但闸门时刻越长那么没测一次频率的距离就越长。

闸门时刻越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受阻碍。

本文。

数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号能够是正弦波，方波或其它周期性转变的信号。

电子系统超级普遍的应用领域内，处处可见处处置离散信息的数字电路。

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，从而提高系统靠得住性和速度。

如配以适当的传感器，能够对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率和产品的计件等等。

因此，数字频率计是一种应用很普遍的仪器

数字集成电路普遍用于运算机、操纵与测量系统，和其它电子设备中。

一样说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并非改变，但在实践散布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。

数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已普遍地深切到各个应用领域。

2.数字频率计设计方案

2.1测量频率的方案分析

测频方式要紧有以下几种：

脉冲数按时测频法（M法）、脉冲周期测频法（T法）、脉冲数倍频测频法（AM法）、脉冲数分频测频法（AT法）、脉冲平均周期测频法（M/T法）、多周期同步测频法。

下面是几种方案的具体方式介绍。

脉冲数按时测频法（M法）：

此法是记录在肯按时刻Tc内待测信号的脉冲个数Mx，那么待测频率为：

Fx=Mx/Tc

脉冲周期测频法（T法）：

此法是在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率信号转变次数Mo。

这种方式测出的频率是：

Fx=Mo/Tx

脉冲数倍频测频法（AM法）：

此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺点进展起来的。

通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。

其待测频率为：

Fx=Mx/ATo

脉冲数分频测频法（AT法）：

此法是为了提高T法高频测量时的精度形成的。

由于T法测量时要求待测信号的周期不能太短，因此可通过A分频使待测信号的周期扩大A倍，所测频率为：

Fx=AMo/Tx

脉冲平均周期测频法（M/T法）：

此法是在闸门时刻Tc内，同时用两个计数器别离记录待测信号的脉冲数Mx和标准信号的脉冲数Mo。

假设标准信号的频率为Fo，那么待测信号频率为：

Fx=FoMx/Mo

2.2本次设计采纳的方案

依照频率的概念，频率是单位时刻内信号波的个数，因此采纳上述各类方案都能实现频率的测量。

可是本次设计的是一个用单片机做为电路操纵系统的数字式频率计，采纳脉冲按时测频法，那么在低频率的测量时误差会大一些。

本次设计由于个人水平有限，因此，本次设计依照需要，采纳脉冲按时测频法。

3.设计原理分析（硬件部份）

为了取得一个高性能的数字频率计，本次设计采纳单片机来做为数字频率计的核心操纵电路，辅之于少数的外部操纵电路。

因此本此设计的系统包括信号放大整形电路、分频电路、单片机AT89C51和显示电路等。

本系统让被测信号通过放大整形后，进入单片机开始计数,利用单片机内部按时计数器按时，在把所记得的数通过相关处置后送到显示电路中显示。

其系统框图如图3.1所示。

由上面的内容可看到，本次设计的基于单片机的数字式频率计包括波形整形电路、分频电路、多路数据选择器、单片机和显示电路等几个模块。

因此本次设计的数字式频率计的电路由以下几块组成：

由施密特触发器组成的波形整形放大电路、由74LS90组成的分频电路、由74LS153四选一电路组成的四选一电路、AT89C51单片机和由74LS138译码电路、三极管上拉电路和八段数码显示电路组成的数码显示电路构。

3.1信号放大整形电路

因为在单片机计数中只能对脉冲波进行计数，而实际中需要测量频率的信号是多种多样的，有脉冲波、还有可能有正弦波、三角波等，因此需要一个电路。

把待测信号转化为能够进行计数的脉冲波。

该部份由LM358和一级高频信号放大电路和由74LS00连接成的施密特触发器组成。

其电路如以下图所示。

3.2分频电路

本次设计采纳的是脉冲按时测频法，由于考虑到单片机的按时计数器得计数能力有限，无法对太高频进行测量，因此咱们对待测信号进行了分频，如此能提高测量频率的范围，还能相应的提高频率测量的精度。

因此咱们需要把待测信号进行分频。

在本次设计中，因为咱们要进行的是十分频、一百分频，因此咱们选用74LS90电路，通过正确的连接后就能够够进行十分频，进行二次十分频就能够够取得分频一百次的信号。

信号通过度频电路74LS90，其频率将减小到原信号的十分之一和百分之一。

其组成电路如以下图所示

3.3四选一电路

本次设计需要用到一个四选一电路，用来选择输入单片机进行计数的待测信号。

数据选择器有多个输入，一个输出。

其功能类似于单刀多掷开关，故又称为多路开关（MUX）。

在操纵端的作用下可从多路并行数据当选择一路送输出端。

74LS153是双四选一数据选择器,其中有两个四选一数据选择器，它们各有四个数据输入端：

1C3、1C二、1C一、1C0和2C3、2C二、2C一、2C0。

一个输出端1Y、2Y和一个操纵许可端G。

系统操纵端G为低电平有效。

当操纵许可端G=1时，传输通道被封锁,芯片被禁止，Y=0，输入的数据不能传送出去；当操纵许可端G=0时，传输通道打开，芯片被选中，处于工作状态，输入的数据被传送出去A、B是地址选择端，两路选择器共用。

3.451单片机部份

单片机作为操纵系统和计数器，是本次设计的最重要的部份，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微，俗称单片机。

该器件采纳ATMEL高密度非易失存储器制造制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个中，ATMEL的AT89C51是一种高效微操纵器，为很多嵌入式操纵系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

因此本次设计采纳AT89C51单片机。

3.5显示电路

这次设计中采纳LED数码管，采纳一个74LS138译码器来操纵各个数码管，采纳三极管来做上拉电路，使数码显示管有足够的电压进行显示。

显示电路由数码管和74LS138组成，在本次设计中，由74LS138连接数码管的接地端，由此来操纵数码管的亮和灭。

74LS138译码器有三个地址输入端A、B、C和八个译码输出端Y0~Y7，当输入为000时，Y0输出端为0，其他输出端都为1；同理可推出其他输出状态，即只有输出变量下标对应的二进制代码与输入代码相等的输出端为0，其他的输出端都为1。

由于单片机输出的显示数据电压不够高，无法直接送到数码管上直接显示，因此需要用一个上拉电路来提高输出数据的电压值，以便送到数码管显示。

图3.5LED显示电路

4.系统程序设计（软件部份）

4.1测频软件实现原理

测频软件的实现是基于电路系统来进行设计的。

本次设计采纳的是脉冲按时测频法，因此在软件实现上大体遵循系统的设计原理，进行测频软件设计的大体思路是：

一、把要用到的内部存储器的地址运用伪指令标号，方便后面设计中运用；二、跳转到中断程序进行初步数据搜集；3、开始主程序，第一判定是不是有待测信号，无信号就等待信号，有信号那么进行下一步；4、判定是不是按时到1S，假设没有抵达1S按时，那么执行下面的5和6步得操作，假设达到1S，那么执行第6步以后的操作；五、判定是不是第一次，假设是，那么判定当前的档位是不是设置适合，假设适合那么直接跳转到返回主程序，假设不适合，那么进入第6步；六、调整档位，从头进入中断开始初步计数；7、判定档位是不是适合，适合那么把测得的数据转换为十进制数据，依照当前的档位相应的调整数位，并取表找到相应的显示数据，然后执行第10步操作；八、假设上一步中判定出档位不适合，那么依照频率进行相应的档位调整。

九、恢复初值，从头开始计数；10、返回主程序。

4.2软件流程图

依照上一节所表达的电路设计的大体思路，咱们可画出系统流程图如图4-1所示。

图系统软件流程图

4.3系统的仿真和调试

为了保证系统能正常工作，咱们需要对电路中关键的电路部份进行仿真，下面咱们对波形整形电路和分频电路进行了仿真。

Proteus是一款超级不错的单片机模拟软件。

尽管电子模拟软件很多，可是能专门好的模拟单片机的只有proteus软件。

该软件能模拟51单片机，avr单片机，pic单片机，和部份arm芯片。

支持的外围器件也很多包括A/d,LCD,LED数码管，温度，时钟等芯片。

本次设计所有的电路都采纳proteus对电路进行仿真。

本次设计由于本人知识的有限，因此设计的系统并非是最理想的。

例如能够采纳脉冲数按时测频法和脉冲周期测频法相结合，在高频的时候采纳脉冲数按时测频法，在低频率的时候采纳周期测频法。

此法可保证测频进程中精度一直很高，但实现的电路和程序都将很复杂。

还能够用外部计数器和单片机按时计数器一起计数来代替用单片机的按时计数器来进行按时，如此测量的精度能够进一步提高，但相对的端口分派和操纵会相对复杂一些。

由于时刻紧迫，还有部份元件没有提供。

因此很多应该完成的工作并无完成。

使得系统的性能不能通过硬件电路来实际的显示出来。

而且，还有很多好的方式无法实现，因此系统还有专门大的改良空间。

5.总结与体会

本次设计的进程和结果都给了我很多感触。

在设计的进程中，我一方面澄清了先前的一些错误明白得，另一方面也真正的体会到了书本知识转化为实践时的困难，往往很不起眼的一件情形，确实是设计的关键，必需得弄清楚。

为了查找相关的技术文献资料，咱们上网，去学校图书馆查找资料，尽管辛苦一点，可是令人欣慰的是学到了书本上学不到的东西，而且把握了设计的一样方式。

通过本次设计，对电路的设计和研究有了更深刻的体会；让我了解到软件的设计是成立在对硬件了解的基础上的，专门是对单片机的功能，引脚概念和内部结构要有较为详细的了解，另外对电路板中所用到的各个芯片的引脚和功能，也要进行了解；在编写程序时，进行模块化设计，以严谨的态度进行编程，幸免显现低级错误，养成为程序添加注释和说明的好适应，以便自己的修改和阅读者轻松的了解程序的各部份及整体的功能。

在本次系统的研究和设计进程中，我取得了教师和同窗们的热情帮忙。

在此，对他们表示衷心的感激。

参考文献

[1]

[2]李雷等编.电子技术应用实验教程.电子科技大学出版社,2006

[3]李朝青编.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社，2005

[4]徐惠民、安德宁等编.单片微型运算机原理接口及应用.北京邮电大学出版社,2000