数字频率计.docx
《数字频率计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字频率计.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
数字频率计
摘要
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，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。
测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。
电子计数器测频有两种方式：
一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。
直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。
本文阐述了基于通用集成电路设计了一个简单的数字频率计的过程。
关键词：
频率，信号，单片机
Abstract
Inelectronictechnology,thefrequencyisthemostbasiconeoftheparameters,andwithanumberofelectricalparametersofthemeasurementprogram,measurementmoreimportant,Thereareseveralwaysofmesuringfrequency,inwhichelectroniccounterthefrequencywithhighprecision,easytouse,quickmeasurements,andiseasytorealizetheadvatagesofautomaionofmeasurementprocessisanimportantmeansoffrequencymeasurement.ElectronicCounterFrequencyMeasurementTherearetwoways:
First,thedirectfrequencymeasurementmethod,thatis,thegateinacertainperiodoftimemeasuredthenumberofmeasuredsignalpulse;2isindirectfrequencymeasurementmethod,suchascyclefrequencymeasurementmethod.Directfrequencymeasurementmethodforhigh-frequencysignalsoffrequencymeasurement,indirectfrequencymeasurementmethodforlow-frequencysignaldoffrequencymeasurement.Inthispaper,basedonacommomintegratedcircuitdesignofasimpledigitalfrequencymeterprocess.
Keywords:
frequency,signal,period
目录
一、引言................................................4
1.1数字频率计概述......................................4
1.2问题提出............................................4
二、设计思想及要求......................................4
2.1设计思想............................................4
2.2设计要求..........................................4
三、硬件设计..........................................5
3.1整形电路............................................5
3.2计数显示电路........................................8
3.3总体方案图..........................................9
四章、算法设计..........................................10
4.1设计原理...........................................10
4.2系统流程图..........................................10
结束语.................................................11
个人心得...............................................12
参考文献...............................................13
元件清单...............................................15
系统的设计程序..................................................................................16
系统仿真图........................................................................................18
一、引言
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，方波信号以及其他各种单位时间变化的物理量。
由于其使用十进制显示，测量迅速，精确度高，显示直观，所以经常要用到频率计。
1.2问题提出
中国电子测量仪器，随着世界高科技发展的潮流，走进了高科技发展的道路，在若干重大领域取得了突破性进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。
在数字化时代，研究员和其他工作人员对基础测量仪器的要求越来越高，作为基础测量仪器之一的频率计必将有新的发展。
于是测量仪技术指标上不断提高，如测频精度高、抗干扰能力强等。
以满足不同层次用户的测试要求。
近几年，数字化仪器在迅速发展，我国也在不断研究推出各种新型数字化仪器，以适应当今科技发展。
在电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。
单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机到音响汽车等等，处处可见。
因此，可以说单片机技术的开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。
如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。
因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。
数字频率计作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的一般可以完全由硬件电路搭接而成，如采用基于555定时器电路的多功能数字频率计的设计便是可取的路径之一，不用依靠单片机。
但是这种电路存在一些缺点，且测频精度也不如单片机的高。
在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到频率计。
利用单片机采用程序设计方法来设计频率计，其测频精度高。
且线路相对简单，结构紧凑，价格低廉，系统稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点。
只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。
二、设计思想及要求
2.1设计思想
利用施密特触发器将边缘缓慢变化的周期性信号如正弦波、三角波或任意形状的模拟信号变换成同频率的矩形脉冲。
通过MCS-51系列单片机内部的两个十六位定时/计数器测量某段时间内的外加脉冲数，经过处理并通过数码管直接显示出所加信号的频率。
单片机内部的T0用来定时，T1用来计数（下降沿触发）。
当来一个计数脉冲则计数一次。
在T0开始定时的同时，T1开始计数；T0定时1s时间到时，T1停止计数。
如图所示
2.2设计要求：
1测量单位分两档：
1s和10s；
2测量频率范围：
0.1kHz~9.999kHz；
3对信号波形进行整形。
三硬件设计
3.1整形电路
用555定时器接成施密特触发器对外加的周期波进行变换，使之输出为矩形脉冲。
如图所示：
555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
参数名称
符号
单位
参数
电源电压
VCC
V
5~16
电源电流
ICC
mA
10
阈值电压
VTH
V
VCC
触发电压
VTR
V
VCC
输出低电平
VOL
V
1
输出高电平
VOH
V
13.3
最大输出电流
IOMAX
mA
≤200
最高振荡频率
fMAX
KHz
≤300
时间误差
△t
nS
≤5
表4.1双极性型5G555的主要性能参数
集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。
一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
器件电源电压推荐为4．5～12V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。
其主要参数见表4.1。
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列如图4.2所示。
（a）555的逻辑符号
（b）555的引脚排列
图4.2
2、施密特触发器
电路如图4.3所示，只要将脚2和6连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。
图4.4画出了Vs、Vi和Vo的波形图。
设被整形变换的电压为正弦波Vs，其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和6脚，得到的Vi为半波整流波型。
当Vi上升到2/3Vcc时，Vo从高电平转换为低电平；当Vi下降到1/3Vcc时，Vo又从低电平转换为高电平。
回差电压：
V＝Vcc－Vcc=Vcc
3.2计数显示电路主要包括：
a、由ATMEL公司生产、晶振频率为12MHZ的8051单片机。
通过软件编程使它内部的定时器T0定时，T1对外部的所加脉冲计数。
然后把测量结果值通过P1口输出。
b、用共阴极数码管动态扫描方式显示。
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。
常用的段式数码管有七段式和八段式，八段比七段多了一个小数点，其他的基本相同。
所谓的几段就是指数码管里有相应的几个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形（见图（a））。
从各发光二极管的电极连接方式又可以分为共阳极和共阴极两种类型。
共阴极则是所有的二极管的阴极连接在一起，而阳极是分离的（见图（b））；而共阳极就是所有二极管的阳极是公共相连，而阴极则是分离的（见图（c））。
数码管内部结构图
3.3总体方案图
图3.2频率计的系统方框
四章算法设计
4.1设计原理
率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。
可根据这一定义采用如图2-1所示的算法。
图2-2是根据算法构建
升级会员 