基于单片机的频率计设计毕业设计论文Word文件下载.docx
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按功能分类，电子计数器有通用和专用之分。
通用型计数器是一种具有多种测量功能、多种用途的万能计数器，它可测量频率、周期、多周期平均值、时间间隔、累加计数、计时等。
专用计数器指专门用来测量某种单一功能的计数器。
按频段分类有低速频率计数器、中速频率计数器、高速频率计数器和微波频率计数器之分。
其中低速频率计数器最高计数频率小于10MHZ；
中速频率计数器最高频率计数频率为10到100MHZ；
高速频率计数器最高计数频率大于100MHZ；
微波频率计数器的测频范围为1到80GHZ或更高。
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，从而提高系统可靠性和速度。
现如今，数字频率计已经不仅仅是测量信号频率的装置了，还可以测量方波的脉宽。
在人们的生产生活中数字频率计也发挥着越来越重要的作用，比如有数字频率计来监控生产过程，这样可以及时发现系统运行中的异常情况，以便给人们争取时间处理。
除此之外，它还可以应用于工业控制等其它领域。
在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。
频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速地跟踪捕捉到被测信号的频率变化。
正是由于频率计能够快速准确地捕捉到被测信号频率的变化，因此频率计拥有非常广泛的应用范围。
目前，市场上的频率计厂家可分为三类：
中国大陆厂家、中国台湾厂家、欧美厂家。
其中，欧美频率计厂家所占有的市场份额最大。
欧美频率计厂家主要有：
PendulumInstruments和Agilent科技。
现如今，对于频率计的设计目前也有专用芯片可以实现，如利用MAXIM公司的ICM7240来设计频率计，但由于这种芯片的计数频率比较低，远不能达到在一些场合而要测量很高的频率要求，而且测量精度也受到芯片本身的限制，因此提出用AT89C52单片机设计频率计来解决这些问题，从而实现高精度，宽范围测量的频率计的设计。
二、系统总体设计
2.1系统设计要求
本课题设计技术要求：
1.测量范围10HZ—2MHZ；
2.用四位数码管显示测量值；
3.能根据输入信号自动切换量程；
4.可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形。
2.2测频方法
在频率、速度等脉冲类测量过程中，采集指定的脉冲个数，与过程时间比较来测定频率、速度。
这样的采样方式就是定数采样或定脉冲采样。
这种方法其实是测量单个脉冲的周期或指定个数脉冲的总周期。
这种测量脉冲的方法又叫做测周法。
在频率、速度等脉冲类测量过程中，在指定的时间内，计量脉冲个数，让脉冲个数与指定的时间比较来测定频率、速度。
这样的采样方式就是定时采样。
这种方法其实是测量单位时间的脉冲个数。
这种测量脉冲的方法又叫做测频法。
目前测量频率的方法主要有脉冲定时测频法，脉冲周期测频法，脉冲倍频测频法和脉冲分频测频法。
本文采用脉冲定时测频法和脉冲分频测频法。
2.3系统设计思路
以单片机AT89C52单片机为核心，设计一种数字频率计，它由放大整形电路、分频电路、多路选择器、单片机、显示电路等组成，应用单片机中的定时/计数器和中断系统等完成频率的测量。
在整个设计过程中，放大整形电路是把非矩形波转化成矩形波，这样单片机才能识别；
分频电路是为了测量更高频率的信号，多路数据选择器是用来选择输入信号的；
单片机用来测量频率和切换量程等；
显示电路用来显示频率值。
所制作的频率计采用外部十分频，实现10Hz~2MHz的频率测量，而且可以实现量程自动切换，通过四位数码管显示频率值，再用不同的LED发光二极管显示频率值的单位。
2.4系统设计框图
本课题设计以单片机为核心，设计一种数字频率计，应用单片机中的定时器/计数器和中断系统等完成频率的测量。
其中包括放大整形模块、分频模块、电源模块、单片机模块、显示模块等。
图1频率计总体设计框图
三、系统硬件设计
根据系统设计的要求，频率计实际需要设计的硬件系统主要包括以下几个部分：
单片机模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块，下面将分别给予介绍。
3.1单片机模块
以AT89C52单片机为控制核心，来完成对待测信号的计数、译码和显示以及对分频比的控制，利用其内部的定时／计数器完成待测信号频率的测量。
单片机AT89C52内部具有3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时中断要求的功能。
3.1.1AT89C52介绍
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
图2PDIP封装的AT89C52引脚图
3.1.2单片机引脚分配
根据系统设计及各模块的分析得出，单片机的引脚分配如下表所示。
表1单片机端口分配表
模块
端口
功能
显示模块
P0.0-P0.4、P2.0-P2.7
数码管频率值显示
P1.4-P1.6
LED单位显示
分频模块
P1.0-P1.2
通道选择
P1.3
清零
复位模块
RST、EA
复位
3.1.3复位电路
有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，因此在程序开发过程中需要复位。
本文选用手动复位，通过复位可以再次测量信号或测量新的信号。
复位电路通常分为两种：
上电复位（图3）和手动复位（图4）。
图3上电复位图4手动复位
3.1.4定时/计数器
方式寄存器TMOD：
特殊功能寄存器TMOD为T0、T1的工作方式寄存器，其格式如下：
D7D6D5D4D3D2D1D0
GATE
C/T
M1
M0
T1方式字段T0方式字段
TMOD的低4位为T0的方式字段，高4位为T1的方式字段，它们的含义是完全相同的。
1.工作方式选择位M1,M0
M1,M0两位确定计数器的结构方式，其对应关系如下表：
表2计数器结构方式功能表
M1M0
工作方式
功能说明
01
方式0
13位计数器
方式1
16位计数器
10
方式2
初值自动重新装入的8位计数器
11
方式3
仅适用于T0，分为两个8位计数器，T1在方式3停止计数
2.定时器方式和外部事件计数方式选择位C/T
C/T=0为定时方式。
在定时方式中，以振荡器输出时钟脉冲的十二分频信号作为计数信号，也就是每一个机器周期定时器加“1”。
若晶振为12MHZ，则定时器计数频率为1MHZ，计数的脉冲周期为1us。
定时器从初值开始加“1”计数直至定时器溢出所需的时间是固定的，所以称为定时方式。
C/T=1为外部事件计数方式，这种方式采用外部引脚（T0为P3.4，T1为P3.5）上的输入脉冲作为计数脉冲。
内部硬件在每个机器周期采样外部引脚的状态，当一个机器周期采样到高电平，接着的下一个机器周期采样到低电平时计数器为1，也就是说在外部输入电平发生负跳变时为1。
外部事件计数时最高计数频率为晶振频率的二十四分之一，外部输入脉冲高电平和低电平时间必须在一个机器周期以上。
对外部输入脉冲计数的目的通常是为了测试脉冲的周期、频率或对输入的脉冲数进行累加。
3.门控位GATE
GATE为1时，定时器的计数受外部引脚输入电平的控制（INT0控制T0的计数，INT1控制T1的计数）；
GATE为0时定时器计数不受外部引脚输入电平的控制。
3.2电源模块
为整个系统提供合适又稳定的电源，主要为单片机、放大整形电路、分频电路和显示电路提供电源。
输入的220V电压太大，对元件要求大，决定先降压为9V，再经过整流，滤波，稳压后得到5V稳定电压。
稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如下图5所示，其整流与稳压过程的电压输出波形如图6所示。
图5稳压电源的组成框图图6整流与稳压过程波形图
3.2.1电源变压器
电源变压器T的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。
变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。
3.2.2整流电路
单相桥式整流电路使用的整流器件较多，但其实现了全波整流电路，它与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点。
整流电路工作原理：
单相桥式整流电路由四只二极管组成，接成电桥形式，利用二极管的单向导电性，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。
当u2为正半周时，电流由A点流出，经D1、RL、D3流入B点，即D1、D3导通，D2、D4截止；
当u2为负半周时，电流由B点流出，经D2、RL、D4流入B点，即D2、D4导通，D2、D4截止。
电路及输出波形如图7，图8所示：
图7整流电路图图8整流输出波形
3.2.3滤波电路
在本文利用电容进行滤波。
利用电容元件储能的特性，将整流后输出的电压的能量储存起来，然后缓慢的释放给负载。
尽可能地将脉动电压中的脉动成分过滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。
采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲击电流。
必须选用较大容量的整流二极管。
电容滤波电路及输出波形如图7，图8所示：
图9电容滤波电路图10电容滤波输出波形
3.2.4稳压电路
使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
在这里我们决定用集成稳压器7805。
3.2.5电源模块原理图
此模块原理图：
图11电源模块原理图
3.3放大整形模块
放大电路是对待测信号的放大，降低对待测信号幅度的要求；
整形电路是对不是矩形波的待测信号转化成矩形波信号，便于测量。
由于输入的信号可以是正弦波、三角波、矩形波
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