简易频率测量仪.docx

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简易频率测量仪

简易频率测量仪

一、设计任务和主要内容

1、设计题目

简易频率测量仪

2、设计内容与要求

对800—1200HZ中频电源进行频率监控，测量精度不低于1%并用数码管实时显示被测脉冲频率值。

（1）信号传送：

对被测信号实现两个转换：

强电→弱电；正弦→方波

（2）频率计算：

计算频率并保存两位小数

（3）频率显示：

十六进制→BCD码

3、设计目的

1.通过亲身的设计应用电路，将所用的理论知识应用到实践中，增强实践动手能力，进而促进理论知识的强化。

2.通过频率计的设计系统掌握单片机的应用。

根据课题的要求，提出选择设计方案，查找所需元器，编程写入EPROM并进行调试等。

3.通过频率计的设计，掌握单片机的扩展芯片CD4093B的应用

二、设计原理

1.频率计

频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。

利用放大整形电路将输入信号整形为方波，即将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。

通过利用计数器测量1s内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上，即可。

频率，即是周期信号在单位时间（1s）内变化的次数。

若在一定时间间隔T内测得这个周期信号的重复变化次数N，则其频率就可以表示：

由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率。

我们选择通过待测电路产生的脉冲信号与基准电路的脉冲信号比较计数的总体思路，即时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，其周期为1s，门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。

闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。

秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。

测量结果便以数字显示的方式读出，实现设计要求。

2.STC89C52

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，

三、方案的选择

1、主控制器选择

采用单片机作为整个控制系统的核心。

从可行性、可靠性及成本等方面考虑，我们采用了STC89C52单片机。

利用单片机多中断源的协调处理能力，通过一个定时器计时一个定时器计数方式采集频率信号。

2、计时方案选择

采用MCU内部定时器。

STC89C52内部含有定时器，可以利用一个定时器计时与一个定时器计数方式采集频率信号。

3、显示方案选择

使用数码管显示。

根据设计要求显示格式XXXX。

可以准确的显示频率大小，又由于数码管简单便宜且满足设计要求，所以选着数码管显示比较合理。

四、基本电路设计

1、系统原理框图

选择AT89C51作为单片机芯片，选用两位8段共阴极LED数码管实现频率显示，利用8279作I/O口扩展，连接数码管和键盘。

通过定时器1计时方式，定时器0计数方式，定时每秒钟对外部频率计数，把计数值通过8279芯片在数码管上显示。

如图3所示。

四位位数码管

2.时钟电路

单片机的时钟一般需要多相时钟，所以时钟电路由振荡器和分频器组成。

STC89C52内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器。

两个引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

在片外跨接一晶振和两个匹配电容C1、C2如图2所示，就构成一个自激振荡器。

振荡频率根据实际要求的工作速度，从几百千赫至24MHz可适当选取某一频率。

匹配电容C1、C2要根据石英晶体振荡器的要求选取。

当晶振频率为12MHz时,C1C2一般选30pF左右。

上述电路是靠CD4093B单片机内部电路产生振荡的。

也可以由外部振荡器或时钟直接驱动CD4093B。

本设计采用内部电路产生振荡。

图4时钟电路的内部及外部方式

3.复位电路

RST引脚是复位端，高电平有效。

在该引脚输入至少连续两个机器周期以上的高电平，单片机复位。

RST引脚内部有一个斯密特ST触发器以对输入信号整形，保证内部复位电路的可靠，所以外部输入信号不一定要求是数字波形。

使用时，一般在此引脚与VSS引脚之间接一个8.2kΩ的下拉电阻，与VCC引脚之间接一个约10μF的电解电容，即可保证上电自动复位。

图5自动和手动复位电路图

上电或手动复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。

上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。

当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或手动复位的操作。

本设计采用手动复位电路。

4.电源电路设计

本电源电路是通过变压器，把外部接入的220V电源转变为5V电源，采用7805使电源稳定。

图6电源电路

5.总电路

单片机最小系统模块包括主控单元和基本外围电路，具体如图4所示。

采用外部5V电源，STC89C52为主控芯片，手动高电平复位方式。

通过P3.4采集外部输入频率。

图7主电路

五、程序流程图与源程序

1、程序流程图

根据设计项目所需功能，我们先进行初始化，在待机状态下，采集频率。

然后把采集的频率进行十进制转换，然后检测是否有键按下，若键0按下，则数码管显示所采集的频率，再按下键0时则不显示。

系统实现所有功能，其程序框图如图8所示。

图8系统框图

2、主程序

ORG0000H

SJMPMAIN

ORG000BH

LJMPTO_S

ORG0030H

MAIN:

MOVSP,#60#

SETBETO

SETBEA

MOVTMOD,#51H

MOVR7,#04H

CLRA

MOVRO,#41H

CLEAR:

MOV@RO,A

INCRO

DJNZR7,CLEAR

MOVTH0,#3CH

MOVTLO,#0B0H

MOVTH1,#00H

MOVTH1,#00H

MOVTL1,#00H

MOV40H,#00H

MOVTCON,#50H

START:

LCALLH_BCD

LCALLDISP

SJMPSTART

ORG0200H

TO_S:

PUSHACC

MOVTH0,#3CH

MOVTL0,#0B0H

INC40H

MOVA,40H

CJNEA,#14H,DONE

MOVTCON,#0A0H

MOV46H,TL1

MOV45H,TH1

MOV40H,#00H

MOVTH1,#00H

MOVTL1,#00H

MOVTCON,#05H

DONE:

POPACC

RET1

ORG0300H

H_BCD:

PUSHPSW

SETBRSO

MOVR1,#41H

MOVR5,#03H

CLRA

HB1:

MOV@R1,A

INCR1

DJNZR5,HB1

MOVR7,#10H

HB2:

MOVR0,#45H

MOVR6,#02H

CLRC

HB3:

MOVA,@R0

RLCA

MOV@R0,A

INCR0

DINZR6,HB3

MOVR1,#41H

MOVR5,#03H

NOP

HB4:

MOVA,@R1

ADDCA,@R1

DAA

MOV@R1,A

INCR1

DJNZR5,HB4

DJNZR7,HB2

POPPSW

RET

ORG0400H

DISP:

MOVR1,#41H

MOVR3,#02H

MOVR4,#0FEH

MOVDPTR,#TAB

LOP:

MOVA,@R1

ANLA,#0FH

MOVCA,@A+DPTR

MOVP1,A

MOVP2,R4

LCALLDELAY

MOVA,R4

RLA

MOVR4,A

MOVA,@R1

SWAPA

ANLA,#0FH

MOVCA,@A+DPTR

MOVP1,A

MOVP2,R4

LCALLDELAY

INCR1

DJNZR3,LOP

RET

TAB:

DBSFH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

ORG0500H

DELAY:

MOV31H,#200

DL1:

NOP

NOP

NOP

DJNZ31H,DL1

RET

六、软硬件调试

软件调试的任务是利用开发工具进行调试，发现和纠正程序的错误，同时也能发现硬件的故障。

软件调试是一个模块接一个模块进行的。

首先单独调试各子程序是否能够按照预期的功能，接口电路的控制是否正常。

最后调试整个程序。

尤其注意的是各模块间能否正确的传递参数。

1.检查数码管显示模块程序。

观察数码管上是否能够显示相应的字符。

2.检查定时计数模块程序。

可以在硬件电路的输入端P3.4输入已知的4个频率，分别观察数码管上是否显示相应的频率值。

3.检查数据的转换模块程序。

程序可分为数据采集系统、数据转换系统、显示系统，这三部分先独立测试，然后整体调试。

①数据采集系统：

采用单片机内部两个定时器，定时器1定时，定时器0计数，采集输入频率，并转换为用于显示的代码。

②显示系统的调试：

要显示的数据存放在71H、72H单元中，先在30H~39H分单元中存放0~9的数，运行显示程序，进行查表指令，察看显示的结果是否与存放值一样。

③整体测试:

把三部分进行程序联调，编译程序，看是否存在错误。

经过多次的尝试与查找相资料，最后做出并完善了整体的方案。

七、体会与收获

经过近一周的单片机课程设计，终于完成了我的频率计的设计，基本达到设计要求。

对于此次课程设计，有许多的感触与体会，遇到的难题多，学习到的知识也就更多。

第一，则是解决程序设计的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。

由于以前都是使用C语言编写程序，对汇编语言的编程能力还不够，所以在经过了解硬件电路后只编写了C语言程序并调试成功。

第二，在一个课题中，要设计一个完整的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。

在整个电路的设计过程中，重要的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如程序地址的正确，不然就会与原程序对应不上。

这就要求我们对硬件系统中各组件部分有充分透彻的理解和研究，并能对之灵活应用。

完成这次设计后，我在书本理论知识的基础上又有了更深层次的理解。

第三，在本次设计的过程中，我还学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料。

我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分理想，各种参数都需要自己去调整，这就要求我们应更加注重实践环节。

最后，还要在此感谢课程设计的指导老师，他们在整个过程中都给予了我充分的帮助与支持。

八、参考文献

[1]林志琦、黄艳秋.《单片机原理及应用教程设计指导书》.长春工业大学

[2]林志琦等.《单片机原理接口及其应用》.高等教育出版社.

[3]吴国经.《单片机应用技术》.北京：

中国电力出版社，2003.

[4]蔡美琴等