数字频率计的课程方案设计书文档格式.docx
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（1）查阅资料，绘画出原理图
（2）位数：
能计4位十进制数，技术位数主要取决于被测信号频率的高低，如果被测信号频率较高，可以相应的增加显示位数。
（3）测量频率量范围：
1HZ----9999HZ。
（4）显示方式：
用7段LED数码管显示读数，做到读数稳定，不跳变测量信号类型：
正弦波，方波，三角波。
（5）具有超量程报警功能
提高要求：
搭建硬件电路并调试通过。
指导教师签名：
2013年1月5日
二、指导教师评语：
2013年1月5日
三、成绩
2013年1月5日
目录
一．数字频率计简介…………………..P3
1.1数字频率计的发展现状及研究概况…….P3
1.2本课题研究背景及主要研究意义…..…..P3
1.3本课题主要研究内容………………….P4
二．数字频率设计计原理………………P3
1.1设计原理……………………………..P4
1.2整体电路图（基于protues仿真）…..P41.3各模块简介……………………………..P5
1.3.1AT89C51单片机………..……....P5
1.3.2最小系统…………………...…..P7
1.3.374LS245…………………….….P8
1.3.4六位数码管………………….…P9
1.3.5其他元件介绍…………………..P11
三．数字频率计工作原理..……….…P11
四．数字频率计的程序………….…..P12
五．运行环境…………………….…....P14
六．设计分析……………………...…..P16
1.1结果分析…………………………...P16
1.2设计提高…………………….……..P16
1.3参考文献………………….………..P16
一数字频率计简介
1.1数字频率计的发展现状及研究概况
数字频率计是现代通信测量设备系统中不可缺少的测量仪器，不但要求电路产生频率准确的和稳定度高的信号，而且能方便的改变频率。
数字频率计主要实现方法有直接式、锁相式、直接数字式和混合式四种。
直接式的优点是速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。
锁相式的优点是相位同步的自动控制，制作频率高，功耗低，容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。
直接数字式的优点是电路稳定、精度高、容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。
随着单片锁相式数字频率计的发展，锁相式和数字式容易实现系列化、小型化、模块化和工程化，性能也越来越好，已逐步成为两种最为典型，用处最为广泛的数字频率计。
1.2本课题研究背景及主要研究意义
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，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。
在数字电路中，频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。
在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。
在CMOS电路系列产品中，频率计是用量最大、品种很多的产品。
本课题采用的是直接数字式的频率计，设计原理简单，是全硬件电路实现，电路稳定、精度高，大大的缩短了生产周期。
1.3本课题主要研究内容
该数字频率计的设计主要实现用数字显示被测信号的频率，该设计是以51单片机作为核心，与传统频率计相比该设计具有更高的测量精度和速度，具有各种中断处理能力，并且具有丰富的数字输入输出口和通信口等。
该频率计的设计在软件上采用C51编写，并采用计数式测频方法，通过单片机外围电路中由12M晶振构成的振荡电路产生的闸门信号进行计时，并对整形后的被测信号进行脉冲计数以得到被测信号的频率值。
二数字频率计设计原理
1.1设计原理
频率信号易于传输，抗干扰性强，可以获得较好的测量精度。
因此，频率检测是电子测量领域最基本的测量之一。
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。
通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，即闸门时间为1s。
闸门时间可以根据需要取值，大于或小于1s都可以。
闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长，则每测一次频率的间隔就越长。
闸门时间越短，测得的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。
一般取1s作为闸门时间。
数字频率计的关键组成部分包括测频控制信号发生器、计数器、锁存器、译码驱动电路和显示电路，其原理框图如图1所示。
1.2整体电路图（基于protues仿真）
1.3各模块简介
1.3.1AT89C51单片机
单片机品种繁多，就应用情况看，应用最广者当属Intel公司的MCS-51系列8位机。
在Philips等公司推出新一代80C51系列单片机后，各种型号的80C51层出不穷。
MCS-51系列单片机是Intel公司在总结MCS-48系列单片机的基础上于20世纪80年代初推出的高档8位单片机。
MCS-51系列的制成及发展与HMOS工艺的发展密切相关，HMOS是高性能的NMOS工艺。
而CMOS与HMOS工艺的结合则产生了C-HMOS工艺的产品，例如80C51、80C31等。
这类产品既保持了HMOS高速和高封装密度的特点，又具有CMOS低功耗的优点。
C-HMOS工艺的单片机具有掉电保护和冻结运行两种独特的处理方式。
引脚功能
VCC：
接正极电源+5v
GND：
接地
RST：
复位信号输入引脚
XTAL1，XTAL2：
接外部晶振引脚，外部时钟电路如图1-6
P0，P1，P2，P3：
不扩展功能作双向I/O口用，访问外部存储器时，P2，P0分别做地址总线高低8位地址。
本次设计使用的是STC89C51
1.3.2最小系统
51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。
51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。
51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好
P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。
其他接口内部有上拉电阻，作为输出口时不需外加上拉电阻。
设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。
计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。
设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。
在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。
当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。
由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。
当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2ms。
标识符号地址寄存器名称
P30B0HI/O口3寄存器TH18DH定时器1高8位
SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行数据缓冲寄存器
TCON88H定时控制寄存器TL08AH定时器0低8位
TH08CH定时器0高8位TL18BH定时器1低8位
TH18DH定时器1高8位TMOD89H定时器方式选择寄存器
PCON87H电源控制及波特率选择寄存器
1.3.374LS245
DIR是H时，A→B。
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。
74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。
当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。
当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；
（接收）DIR=“1”，信号由A向B传输；
（发送）当CE为高电平时，A、B均为高阻态。
由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。
P0口与74LS245输入端相连,E端接地，保证数据线畅通。
8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得RD且PSEN有效时，74LS245输入（P0.1←D1），其它时间处于输（P0.1→D1）。
1.3.4六位数码管
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；
按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；
按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。
图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。
每一笔划都是对应一个字母表示DP是小数点.
动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"
a,b,c,d,e,f,g,dp"
的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示。
1.3.5其他元件介绍
按键蜂鸣器发光二级管排阻
三．数字频率计工作原理
用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。
在1秒内，计算出在这段时间内，记录输入正负脉冲信号的次数，通常情况下，在按下K1键时程序启动T0定时器和T1计时器，T1计数器1秒的计数值就是信息源的频率值，如果按下K1键则启动定时器与计数器，在松开K1键后显示频率（有一个缓冲时间，1S后才会显示），本次设计，我们是记录50ms内的记录次数，然后记录20次，从而达到记录1秒的目的，此时系统所记录的数字是以16进制记录的，在通过相应的语句进行转换，将计数值转换为5伟十进制数并存入显示缓冲。
如果记录的频率值小于9999HZ，那么P3.7口将被赋予高电位，此时与P3.7口相连的绿灯（另一端为低电平）则会发光，如果记录的频率值大于9999HZ的话，那么P3.7将被赋予低电平，此时与P3.7口相连的红灯和蜂鸣器（另一端相连的为高电平）将会发光并且响应，另外每次变换输入频率时，需要重按一次K1键，将数据清零并重计。
四．频率计的程序（本课程用C语言编写，Keil调试通过）
#include<
reg52.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitL=P3^7;
ucharcodeDSY_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
ucharDisp_Buffer[]={0,0,0,0,0};
ucharcodeDSY_BIT[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef};
ucharCount=0;
sbitK1=P1^0;
//延时
voidDelay（ucharx）
{
uchari;
while（x--）
for（i=0;
i<
120;
i++）;
}
//主程序
voidmain（）
IE=0x8a;
//允许T0，T1中断
TMOD=0x51;
//T1为16位计数器，T1为16位定时器
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
while
（1）
{
if（K1==0）//如果按下K1键则启动定时器与计数器
{
Delay（10）;
if（K1==0）
TR1=TR0=1;
}
else//松开K1键后显示频率（1S后才会正常显示）
for（i=0;
i<
5;
i++）
P2=DSY_BIT[i];
P0=DSY_CODE[Disp_Buffer[i]];
Delay
（2）;
}
}
//中断子程序
voidINT_T0（）interrupt1
uintTmp;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
if（++Count==20）
{
TR1=TR0=0;
Count=0;
//将计数值转换为5位十进制数并存入显示缓冲
Tmp=TH1*256+TL1;
Disp_Buffer[4]=Tmp/10000;
Disp_Buffer[3]=Tmp/1000%10;
Disp_Buffer[2]=Tmp/100%10;
Disp_Buffer[1]=Tmp%100/10;
Disp_Buffer[0]=Tmp%10;
TH1=TL1=0;
if（Disp_Buffer[4]>
=1）
L=0;
else
L=1;
五.运行环境
利用单片机AT89C51实现频率计的设计中用到了两种软件：
PROTEUS7.5，KeiluVision4.前者在之前的学习中就有所了解，对其运行环境也比较熟悉。
图为protues仿真环境
在PROTEUS中调入单片机、数码管、LED、或门、晶振、电阻、电容等，对元器件参数进行相应设置，并进行连线工作，完成了频率计的原理图绘制，如上图。
图为KEIL集成开发环境
程序编写正确之后，通过Keil软件进行编译，生成了HEX文件。
图为当频率大于9999HZ的时候，频率计红灯亮并且蜂鸣器响应
图为当频率小于9999HZ的时候，绿灯亮
六.设计分析
1.1结果分析
在通过一系列的课程设计的原理分析，设计思路整理，相关的编程，调试，软件仿真之后，通过硬件搭建实物焊接并且调试通过，在一定频率范围内，在不影响实际测量精度的前提下，本次设计的频率计是非常成功的。
1.2设计提高
在确保精度的前提下，为更好地适应多种实际电路的需要，力求将频率计的精度精确到小数点后面两位，整数部分提高到6位。
1.3参考文献
[1]《电子技术基础模拟部分》康华光高等教育出出版社
[2]《电子技术基础数字部分》康华光高等教育出出版社
[3]《C程序设计第四版》谭浩强清华大学出版社
[4]《单片机原理与应用》张友德复旦大学出版社
[5]《新概念51单片机C语言教程》郭天祥电子工业出版社
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