基于单片机的数字式频率检测装置设计.docx

基于单片机的数字式频率检测装置设计.docx

《基于单片机的数字式频率检测装置设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的数字式频率检测装置设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的数字式频率检测装置设计

毕业论文（设计）

二00八年四月二十四日

基于单片机的数字频率计的设计

【摘要】

本设计以AT89S52单片机为核心充分利用硬件资源设计的一种频率计，该频率计首先将被测信号放大整形处理，变成满足单片机I/O口接受的TTL/CMOS兼容信号从单片机的T1输入口输入直接累加脉冲数，将单片机内部定时器定时为1S，这时累加的脉冲数即为被测信号的频率。

最后经单片机处理送至lcd液晶显示屏显示。

【关键字】单片机（AT89S52）、放大整形、数据处理、1602aLCD、

【Abstract】

Thisdesigntakeat89S52monolithicintegratedcircuitasthecorefullusehardwaresourcedesign'sonekindoffrequencymeter,thisfrequencymeterwillbemeasuredfirstthatsignalenlargementreshapingprocessing,turnssatisfiesTTL/whichthemonolithicintegratedcircuitI/OmouthacceptstheCMOScompatiblesignalfrommonolithicintegratedcircuit'sT1inputportinputdirectsummationpulsenumber,themonolithicintegratedcircuitinteriortimerfixedtimeis1S,bynowaccumulatedthepulsenumbernamelyforismeasuredthesignalthefrequency.Finallypassesthroughmonolithicintegratedcircuitprocessingtodelivertothelcdliquidcrystaldisplaymonitordemonstration.

【Keyword】AT89S52、Largerplastic、Dataprocessing、1602aLCD

目录

引言……………………………………………………………………………………………4

1.系统概述……………………………………………………………………………………5

1.1数字频率计概述…………………………………………………………………………5

1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算……………………………………………………5

1.3基本设计原理…………………………………………………………………………5

2.数字频率计（低频）的硬件结构设计……………………………………………………5

2.1系统硬件的构成………………………………………………………………………5

2.2AT89S52单片机及其引脚说明…………………………………………………………6

2.3信号调理及放大整形模块………………………………………………………………7

2.3.1工作原理………………………………………………………………………8

2.3.2信号放大仿真图…………………………………………………………………8

2.3.3信号转换成方波…………………………………………………………………8

2.3.4LF353双运算放大器简介………………………………………………………8

2.4显示模块………………………………………………………………………………9

2.4.11602ALCD与单片机的接法………………………………………………………9

2.4.21602ALCD基本技术……………………………………………………………10

3.软件设计…………………………………………………………………………………12

3.1系统工作流程图………………………………………………………………………12

3.1.1T0的1s定时……………………………………………………………………13

3.1.2T1的计数原理…………………………………………………………………13

3.2软件工作原理…………………………………………………………………………14

3.3软件处理方法…………………………………………………………………………14

4.实验结果与分析…………………………………………………………………………15

4.1实验数据………………………………………………………………………………15

4.2实验结果分析…………………………………………………………………………15

结束语………………………………………………………………………………………15

致谢词………………………………………………………………………………………15

参考文献……………………………………………………………………………………15

程序附录……………………………………………………………………………………17

引言

频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。

传统的频率计通采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。

频率信号抗干扰性强、易于传输,可以获得较高的测量精度。

同时,频率测量方法的优化也越来越受到重视.并采用单片机和相关硬软件实现。

AT89S52系列单片机具有体积小，功能强，性能价格比较高等特点，因此被广泛应用于工业控制和智能化仪器，仪表等领域。

此频率计以AT89S52单片机为核心，具有性能优良，精度高，可靠性好等特点。

以AT89S52单片机为控制器件的频率测量方法，并用C语言进行设计，采用单片机智能控制，结合外围电子电路。

最终实现数字频率计的设计方案，根据频率计的特点，可广泛应用于各种测试场所。

在基础理论和专业技术基础上，通过对数字频率计的设计，用十进制数字来显示被测信号频率的测量装置。

以精确迅速的特点测量信号频率，在本设计在实践理论上锻炼提高了自己的综合运用知识水平，为以后的开发及科研工作打下基础。

1系统概述

1.1数字频率计概述

数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。

它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。

它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。

在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。

本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602ALCD显示器动态显示6位数。

测量范围从0Hz—65535Hz（此测量范围为计数器的最大计数，可根据实际需要进行扩展，在1.3小节方案选择有介绍如何扩展）的正弦波、方波、三角波。

用单片机实现自动测量功能。

1.2基本设计原理

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。

它以测量频率的方法直接对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。

若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。

其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率f。

利用单片机的内部定时器作为定时时间周期，若其周期为1s，则输入的脉冲信号持续计数时间亦准确地等于1s，所计数的脉冲个数即为被测信号的频率。

[1]

1.3方案选择

用单片机设计频率计通常采用两种办法，第一种方法是使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数；第二种方法是单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取。

第一种方法的好处是设计出的频率计系统结构和程序编写简单，成本低廉，不需要外部计数器，直接利用所给的单片机最小系统就可以实现。

这种方法的缺陷是受限于单片机计数的晶振频率，输入的时钟频率通常是单片机晶振频率的几分之一甚至是几十分之一，在本次设计使用的98C51单片机，由于检测一个由“1”到“0”的跳变需要两个机器周期，前一个机器周期测出“1”，后一个周期测出“0”。

故输入时钟信号的最高频率不得超过单片机晶振频率的二十四分之一。

第二种方法的好处是输入的时钟信号频率可以不受单片机晶振频率的限制，可以对相对较高频率进行测量，但缺点是成本比第一种方法高，设计出来的系统结构和程序也比较复杂。

[2]

由于成本有限，本次设计中采用第一种方法，因此输入的时钟信号最高频率不得高于11.0592MHz/24=460.8KHz。

对外部脉冲的占空比无特殊要求。

根据频率检测的原理，很容易想到利用51单片机的T0、T1两个定时/计数器，一个用来定时，另一个用来计数，两者均应该工作在中断方式，一个中断用于1s时间的中断处理，一个中断用于对频率脉冲的计数溢出处理，（对另一个计数单元加一），此方法可以弥补计数器最多只能计数65536的不足。

将计数中断弥补计数器最高计数65536的不足作为本设计的扩展，故本设计最终选择采用第一种方法并且只使用计数器的最多计数65536。

2数字频率计（低频）的硬件结构设计

2.1系统硬件的构成

本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89S52，由它完成对待测信号频率的计数、计数处理、结果显示等功能，外部还要有信号处理、LCD显示器等器件。

具体可分为以下几个模块：

放大整形模块、单片机系统、LCD显示模块。

各模块关系图如图2所示：

[3]

图2系统工作原理图

2.2AT89S52单片机及其引脚说明

AT89S52是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器，它提供下列标准特征：

4K字节的程序存储器，128字节的RAM,32条I/O线，2个16位定时器/计数器,一个5中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口,片上震荡器和时钟电路

引脚说明：

·VCC：

电源电压

·GND:

地

·P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。

当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。

当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。

在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。

在EPROM编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。

程序校验时需要外接上拉电阻。

·P1口：

P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。

当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。

当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。

·P2口：

P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。

P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。

当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。

作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。

P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX＠DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。

在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。

当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX＠R1）,P2口输出特殊功能寄存器的内容。

当EPROM编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。

·P3口：

P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。

P