毕业论文数字频率计毕业论文-精品Word文档下载推荐.doc
《毕业论文数字频率计毕业论文-精品Word文档下载推荐.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文数字频率计毕业论文-精品Word文档下载推荐.doc（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
通过对测频、测周期以及测脉冲宽度的数字化测量方法的基本原理及其测量误差的分析，得知在被测信号的整个频率范围内，无论采用直接测频或直接测周期的方法均不能全面满足测试误差≤0.1%的要求。
2.间接测量法：
间接测量法：
通过对与被测量有已知关系的其他量进行直接测量，来确定被测量的值的测量方法。
在实际应运中采用直接和间接测量相结合的测量方法能使任务书提出的误差要求得到满足。
中界频率:
fm==
当fx≥fm时,直接测频,间接测周;
当fx≤fm时,直接测周,间接测频
3.多周期同步测量法
多周期同步测频法，此法的优点是，闸门时间与被测信号同步，消除了对被测信号计数产生的±
1个字误差，测量精度大大提高，且测量精度与待测信号的频率无关，达到了在整个测量频段等精度测量。
根据任务书要求，因此采用上述
（2）、（3）方案都能实现频率的测量。
但是本论文设计的是一个用单片机做为电路控制系统的数字式频率计，采用
（2）方案，操作麻烦，控制电路较复杂；
采用（3）方案多周期同步测频法，闸门时间与被测信号同步，消除了对被测信号计数产生的±
1误差，测量精度大大提高，且测量精度与待测信号的频率无关，达到了在整个测量频段等精度测量。
因此，本次设计采用多周期同步测量法。
在采用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，可画出该频率计的系统框图。
如图2-1所示。
图2-1频率计的系统级框图
图2-1频率计的系统框图
本设计任务书要求主要以单片机8051为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。
利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。
编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。
2.2方案论证与选择
方案一：
主要由四个部分组成：
信号整形部分、单片机控制部分、时基电路部分、数据锁存部分、和数据显示部分。
整体框图如图2-2所示。
单片机部分
信号整形部分
时基电路部分
数据锁存部分
显示部分
图2-2方案一系统结构框图
方案一基本流程：
待测信号进入系统，信号整形部分会将其整形成脉冲，另一方面，时基电路提供标准的时基脉冲，在其上升沿达到1s时结束计数。
而在这1秒内测得的整形后的脉冲频率就是待测信号的频率。
之后单片机送数据锁存，并等待命令，若继续测量则返回测量，此时仍可将数据送显示，若无继续测量命令则，直接送数据显示。
方案一优缺点：
这个方案的设计关键是555定时器构成的多谐振荡器是否能够提供标准的脉冲。
实际上，在现实中是很难做到精确1s的。
因此，如果这点把握不好将直接影响最后的精度。
较为合理的解决办法是，做实物时可以选择其电容电阻的参数设定，用示波器先进行测量，直到取得较为满意的结果。
还有一个问题就是在测量某一段频率时很有可能会出现偏差，如果它在某一段内都出现相同差值的偏差，我们可以进行人为的补偿，这样可以最大限度提高精确度。
方案二：
方案二由五个部分组成：
信号整形部分、分频处理部分、数据选择部分、单片机部分和数据显示部分。
整体框图如图2-3所示。
分频处理部分
数据选择部分
图2-3方案二结构框图
方案二工作流程：
待测信号进入系统，信号整形部分会将其整形成脉冲，经过分频器。
分频器出来得到两个信号，一个给选择器，一个给单片机，数据选择器处理过后也将信号给单片机经过处理、运算，最后将数据送给显示部分，以用户需要的形式显示出来。
方案二优缺点：
是利用了分频器应对大量程的测量，相比于方案一它的优势是，如果待测频率不大的话，是不用进行分频的，即直接测量。
这样就不存在方案一当中遇到的问题。
但是方案二也有它的缺点，就是当待测频率较大时要进行分频，这样做是对原频率的破坏，很可能会出现较大的偏差。
方案比较：
这两种方案各有其优缺点，虽然在理想状态下两种方案都是可行的，但是，在本次设计中考虑到在目前的实验条件下难以使用555定时器做到较为精准的1s计时，而且在测量小频率时，方案二可以避免破坏原频率而得到较准确的数据，本设计初衷也是通用型的，简单实用符合要求就好，不必要的尽量省去，通过慎重考虑最终还是采用了方案二。
通过方案二与多周期同步测量方法相结合可画出该频率计的子系统级总体框图如图2-4所示。
该框图可分为三个子系统：
（1）输入通道（最左边），该子系统主要由模拟电路组成；
（2）多周期同步等精度频率、周期、时间等的测量控制及功能切换逻辑（中间部分），该子系统基本上由数字硬件电路组成。
（3）单片机及其外围部件（最右边）。
图2-4频率计的子系统级总体框图
3硬件电路的设计
3.1数字频率计硬件系统框图
数字频率计硬件系统框图如图3-1所示。
键盘
输入通道
ROM（2764）
显示
功能切换逻辑
闸门A
分频器
8051
外扩8155
闸门B
图3—1频率计电路3
3.28051单片机的简介
单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，包含CPU、RAM、ROM、I\O接口和中断系统。
80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。
8051单片机内部包含了作为微型计算机所必须的基本功能部件，各功能部件相互独立的集成在同一芯片上。
8051系列的基本结构如下：
8位CPU
4KB字节掩膜ROM程序存储器
128字节内部RAM数据存储器
两个16位定时\计数器
1个全双工的异步串行口
5个中断源，两个中断优先级的中断控制器
时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz～12MHz的时钟频率
3.2.18051单片机的引脚及其功能
如图3-2所示，8051有四十条引脚，共分为端口线、电源线和控制线。
图3—28051的引脚
1.端口线（4×
8）
P0.0-P0.7P0口8位双向口线（在引脚的39-32号端子）。
P1.0-P1.7P1口8位双向口线（在引脚1-8号端子）。
P2.0-P2.7P2口8位双向口线（在引脚21-28号端子）。
P3.0-P3.7P3口8位双向口线（在引脚10-17号端子）。
这4个I/O口，具有不完全相同的功能。
P0口有三个功能
（1）外部扩展存储器时，当做数据总线（D0-D7为数据总线接口）
（2）外部扩展存储器时，当做地址总线（A0-A7为地址总线接口）
（3）不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O口使用，其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能：
（1）扩展外部存储器时，当做地址总线使用。
（2）做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。
P3口有两个功能，除作为I/O口使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊功能寄存器来设置，上拉电阻当做输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；
所以如果P0口作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才有效。
2.电源
VCC为芯片电源，接+5V；
VSS为接地线。
⒊控制线:
控制线共有4根
（1）ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
①ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址
②PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
（2）PSEN:
外ROM读选通信号。
（3）RST/VPD:
复位/备用电源
①RST（Reset）功能：
复位信号输入端。
②VPD功能：
在Vcc掉电情况下，接备用电源。
（4）EA/Vpp:
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
①EA功能：
内外ROM选择端。
②Vpp功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
3.2.2定时
8051有两个16位可编程的定时器\计数器，即定时器\计数器T0和定时器\计数器T1.它们有两位工作模式（计数器模式和定时器模式）及4种工作方式。
其控制字均在相应的特殊功能寄存器中（定时器\计数器方式控制寄存器TMOD、定时器\计数器控制寄存器）
定时器\计数器的作用一是做定时器用，可精确的确定某一段时间间隔；
二是作为计数器用，累计外部输入的脉冲个数。
当用做定时器时，在其输入端输入周期固定的脉冲，根据定时器\计数器中累积的脉冲个数，即可计算出所定的时间常数。
当定时器\计数器被设定为定时器模式时，计数输入信号是由内部时钟脉冲的12分频产生，计数输入脉冲的周期与机器周期相同，每个机器周期产生一个脉冲使计数器加1.当定时器\计数器用作计数器时计数脉冲来自外部输入引脚T1或T0。
当输入信号产生由1至0的下跳变时，计数器的值增1
定时器和计数器的区别：
定时器本质上也是一种计数器，只不过定时器的计数脉冲由内部时钟提供。
在定时器模式工作时，每个机器周期计数加1，因此计数速率固定为振荡频率的1／12.正是由于计数的速率固定时间间隔易于计算，所以用来定时。
而计数器指的是对外部输入脉冲的计数，因而速率一般不是固定的，不能用于定时。
只能数输入脉冲的个数。
8051的定时器方式控制寄存器地址89H，不可位寻址。
如表3-1所示，TMOD寄存器中高4位定义T1，低4位定义T0，其中M1，M0用来确定所选工作方式。
TMOD寄存器中各位的功能如表3-2所示。
表3-1TMOD构成
位序
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
位符号
GATE
C／T
M1
M0
定时／计数器T1定时／计数器T0
TMOD由TH0的8位和TL0的5位（其余位不用）组成一个13位计数器。
当GATE=0时，只要TCON中的TR0为1，13位计数器就开始计；
当GATE=1以及TR0=1时，13位计数器是否计数取决于INT0引脚信号，当INT0由0变1时开始计数，当INT0由1变为0时停止计数。
当13位计数器溢出时，TCON的TF0位就由硬件置1，同时将计数器清"
0"
。
当方式0为定时工作方式时，定时时间计算公式为：
（213－计数初值X）×
晶振周期×
12
当方式0为计数工作方式时，计数值的范围是：
1－213（8192）。
表3-2TMOD控制位功能
符号
功能说明
门控位GATE=0，用运行控制位TR0（TR1）启动定时器。
GATE=1，用外中断请求信号输入端（INT1或INT0）和TR0（TR1）共同启动定时器。
C/T
定时方式或计数方式选择位。
C/T=0，定时工作方式。
C/T=1，计数工作方式。
M1M0
工作方式选择位。
M1M0=00方式0，13位计数器。
M1M0=01方式1，16位计数器。
M1M0=10方式2，具有自动再装入的8位计数器。
M1M0=11方式3，定时器0分成两个8位计数器，定时器1停止计数。
3.2.3中断
中断：
是当CPU正在处理某件事的时候，外界发生了紧急事件请求，要求CPU暂停当前的工作转而去处理这个紧急事件，处理完以后再回到原来被中断的地方继续原来的工作，这样的过程称为中断，实现中断功能的部件，统称为中断系统。
中断源：
是指引起中断原因的设备或部件，或发生中断请求信号的源泉。
通常中断源有以下几种外部设备中断源控制对象中断源故障中断源定时脉冲。
中断的分类：
中断按照功能通常可分为可屏蔽、非屏蔽和软件中断三类
中断嵌套:
一个CPU总会有若干中断源，可以接受若干中断源发出的中断请求，但在同一瞬间，CPU只能响应中断源中的一个中断请求，CPU为了避免在同一瞬间因响应若干中断源的请求而带来的混乱，必须给每个中断源的只能挂断请求赋一个特定的中断优先级，以便CPU先响应中断优先级高地中断请求，然后再一次响应中断优先级。
中断过程：
中断过程一般包括中断请求、中断响应、中断处理、中断返回四个过程。
中断请求
中断过程是由中断源向CPU发出中断请求而开始的，有效中断请求信号应该一直保持到CPU做出响应为止。
中断响应
CPU检测到中断请求信号后，在满足一定条件的情况下进行响应。
中断处理
中断处理称为中断服务，就是执行中断源所要求的中断服务程序。
中断返回
3.3存储器
在微机系统中凡能存储程序和数据的部件统称为存储器。
构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。
存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元，它可存储一个二进制代码。
由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。
一个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节（按字节编址）。
每个存储单元的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。
一个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。
假设一个存储器的地址码由20位二进制数（即5位十六进制数）组成，则可表示2的20次方，即1M个存储单元地址。
每个存储单元存放一个字节，则该存储器的存储容量为1MB。
存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。
存储器是具有“记忆”功能的设备，它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。
这些器件也称为记忆元件。
在计算机中采用只有两个数码“0”和“1”的二进制来表示数据。
记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。
日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。
计算机中处理的各种字符，例如英文字母、运算符号等，也要转换成二进制代码才能存储和操作。
按存储介质分为半导体存储器、磁表面存储器。
按存储方式分为随机存储器、顺序存储器。
按存储器的读写功能分为只读存储器（ROM）、随机读写存储器（RAM）。
按信息的可保存性分为非永久记忆的存储器、永久记忆性存储器。
按存储器用途分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。
3.3.1外扩ROM（2764）存储器
在本次设计中，我们用的外扩存储器为Intel2764（UVEPROM）,Intel2764是一种+5V的8KBUVEPROM存储器芯片，采用HMOS工艺制成，标准存储时间为250ms,27是系列号，64和存储容量有关。
2764的引脚如图3-3所示。
图3-32764的引脚
（1）其引脚总共有28条，具体功能为：
地址输入线A12～A0。
2764的存储容量为8KB，故按照地址线条数和存储容量的关系（213=8192）,共需13条地址线，编号为A12～A0。
2764的地址线应和8051单片机的P2和P0口相接，用于传送单片机送来的地址编码信号，其中A12为最高位。
数据线O7～O0。
O7～O0是双向数据总线，O7为最高位。
在正常工作时，O7～O0用于传送从2764中读出的数据或程序代码；
在编程方式时用于传送需要写入的编程代码。
控制线（3条）
片选输入线CE：
该输入线用于控制本芯片是否工作。
若给CE上加一个高电平，则，本片不工作；
若给CE上加一个低电平，则选中本片工作。
变成输入线PGM：
该输入线用于控制2764处于正常工作状态还是编程\校验状态。
如给他输入一个TTL高电平，则2764处于正常工作状态；
如给PGM输入一个50MS宽的负脉冲，则2764配合VPP引脚上的21V高压可以处于编程状态。
允许输出线OE:
OE也是一条由用户控制的输入线，若给OE线上输入一个TTL高电平，则数据线O7～O0处于高阻状态；
若给OE线上输入一个TTL低电平，则O7～O0处于读出状态。
其他引脚线（4条）。
VCC为+5v±
10%电源输入线，GND为直流电源线。
VPP为编程电源输入线，当他接+5V时，2764处于正常工作状态；
当VPP接21V电压时，2764处于编程\校验状态。
NC为2764的空线。
（2）擦除特性
2764存储阵列中的信息可以采用紫外光擦除，擦除后存储的代码为全“1”。
2764在擦除时应先取下芯片中央小窗口上的贴纸，然后用光源波长为2537埃和强度为1200μW/cm2的紫外光照射，照射时间为15—20min.这实际上就是使FAMOS管浮置栅中的电子获得高能量，从而形成高电流从浮置栅流入基片。
2764中的信息擦除也不是很容易的，把2764放在阳光下暴晒大约需要一星期才会擦干净，在普通荧光灯下需要三年才会擦除。
（3）工作方式和编程
2764可以分为正常和编程两种工作方式。
正常工作方式是指2764在它所应用系统中的工作方式，常分为读出和维持两种工作状态；
编程方式是指给2764写入程序的工作方式，又可分为编程、禁止编程和校验三种工作状态。
总之，2764共有两种工作方式和5种工作状态，究竟处在哪一种方式和工作是由2764的控制线和电源线上的信号决定的。
3.3.2ROM和51的连接
8031外接2764连接图如图3-4。
由于2764存储容量为8KB，故8031片内地址线为P2.4 ～P2.0和P0.7～P0.0共十三条。
片选地址线共三条，其中P2.5直接与2764的CE相接，P2.7和P2.6 悬空。
PSEN与2764的OE相接，以便8031执行MOVC指令是产生低电平而选中2764工作。
图3-48031外接2764连接图
3.48155简介
8155也是Inter公司研制的通用I/O接口芯片。
它是一个有40引脚的塑料芯片，功能较强，
升级会员 