基于单片机的脉冲频率计的设计与实现本科毕业设计论文.docx

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基于单片机的脉冲频率计的设计与实现本科毕业设计论文

班级

学号

苏州大学电子信息学院

本科毕业设计论文

题目

学院

专业

学生姓名

导师姓名

毕业设计（论文）诚信声明书

本人声明：

本人所提交的毕业论文《基于单片机的脉冲频率计的设计与实现》是本人在指导老师下独立研究、写作的结果，论文中引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢词中加以说明并深致谢意。

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本论文和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。

论文作者：

（签字）时间：

2013年月日

指导老师已阅：

（签字）时间:

2013年月日

苏州大学电子信息学院

毕业设计（论文）任务书

学生姓名王如顺学号指导教师马强职称

学院电子信息工程学院专业电子信息工程

题目名称基于单片机的脉冲频率计的设计与实现

任务与要求：

任务：

1．掌握电子元器件的特性及其工作环境，学会查阅相关资料文献。

2．学会应用keil、Proteus、Protel等软件。

3．能够完成基本的硬件设计。

4.学会调试系统软件、硬件，具备基本的故障排除能力。

要求：

设计一个基于单片机控制的脉冲频率计，要求该频率计能够测得方波、三角波等多种波形的频率。

要求该频率计测量数值稳定，精度较高且安全经济。

要较强的实际应用意义。

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开始日期2013年月日完成日期2013年月日

院长（签字）2013年月日

苏州大学电子信息学院

毕业设计（论文）工作计划

学生姓名王如顺学号

指导教师王如顺职称

学院电子信息学院专业电子信息工程

题目名称基于单片机的脉冲频率计的设计与实现

一、毕业设计（论文）进度

起止时间工作内容

2013.9.10-2013.10.10查阅相关文献资料,学习有关

电子元器件知识

2013.10.11-2013.10.15确立方案，检索相关技术资料，熟悉

相关仿真软件，设计整体电路图原理和

仿真PCB板,完成开题报告

2013.10.16-2013.10.24软件仿真设计，开始撰写论文

2013.10.25—2012.10.30进行系统软件和硬件调试

2013.11.01—2012.11.24整理资料，撰写毕业论文、论文答辩

2、主要参考书目（资料）

[1]江晓安，董秀峰，杨颂华。

数字电子技术（第三版）西安电子科技大学

出版社.2002.

[2]谭浩强，C程序设计（第三版）清华大学出版社.2004.

[3]邹大挺，频率计的设计[J]。

《电子产品世界》出版社.2006.第193期

4-7.

[4]王永生，电子测量学[M].西北工业大学出版社.2003.

[5]李华，单片机实用接口技术[M].航空航天大学出版社.2006.

[6]张鹏，王雪梅。

单片机原理与应用实例教程[M].海军出版社.2007.

[7]赫建国等，单片机在电子电路设计中应用[M].清华大学出版社.2005.

[8]康华光，电子技术基础（模拟部分）[M].高等教育出版社.1998.

[9]谢自美，电子线路设计与实验[M].华中科技大学出版社.2006.

[10]康华光，电子技术基础（数字部分）[M].高等教育出版社.1998.

[11]徐波，Keil的使用技巧[J].《电子产品世界》出版社.2006.第224期.

[12]吴清平，单片机原理与应用实例教程[M].海军出版社.2008.

三、主要仪器设备及材料

硬件：

STC889C51、PCB板、LCD1602液晶显示器等。

软件：

word2003、AltiumDesigner、Keil等。

四、教师的指导安排情况（场地安排、指导方式等）

1.每个月集中汇报、指导一次。

2.采取面谈方式（教师休息室，教研室等），电话、电邮随时联系指导。

五、对计划的说明

要求严格按照时间节点完成各阶段的任务，每周至少与指导老师见面一次。

时间、场地如变动另行约定。

摘要

随着无线电技术的发展与普及，“频率”已经成为广大群众所熟悉的物理量。

许多电参量的测量方案、测量结果都与频率有着十分密切的关系。

因此，频率的测量就显得更为重要。

单片机的出现，对包括测频在内的各种测量技术带来了许多重大的飞跃，小体积、价廉、功能强等优势也在电子领域发挥非常重要的作用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。

本设计介绍了以STC89C52单片机为核心,以C语言进行软件支持的频率测量技术,给出了通过单片机系统的外部中断和定时器/计数器,并采用测频法来实现信号频率测量以及通过LED显示屏对所测频率显示的设计方法。

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关键词：

频率测量单片机C语言LED显示屏

第一章绪论

1.1研究背景及意义

频率，是单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量。

在电子技术领域内，频率是一个最基本的参数。

它不仅是各种强弱电信号的物质本质参数之一，还因为频率信号的抗干扰性强、已与传输、可以获得较高的测量精度等特点使各种非电信号，诸如速度、力、图像、音讯等物理量都可以转换为电频率信号。

因此工程中很多测量，如用振弦式方法进行力的测量、时间测量、速度测量速度控制等都涉及到频率测量。

因此，研究频率计具有一定的实用价值。

频率计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波信号、方波信号、尖脉冲信号以及其它各种单位时间内变化的物理量。

在测控系统中，测频方法的研究越来越受到大家的重视，多种非频率量的传感信号都要转化为频率量来进行测量，而频率计作为测量频率的仪器被广泛应用于工业生产、实验室、国防等领域渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。

1.2频率计国内外现状

在国际上频率计的分类很多。

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。

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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。

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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，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。

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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。

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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。

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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。

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第二章系统总体设计

2.1频率测量方法

频率测量是电子测量领域的最基本测量，通常频率测量有两种方法：

1.计数法（直接测量法）。

这是指在一定的时间间隔T内，对输入的周期信号脉冲计数为:

N，则信号的频率就等于时间间隔T/脉冲计数N。

测量存在相对误差。

这种方法适合于高频测量，信号的频率越高，则相对误差越小。

如图2.1所示。

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图2.1计数法测频率

原理：

T0负责对外部脉冲进行计数，T1负责1S的定时，同时启动T1和T1，当1S到时，即可得到被测信号的频率。

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图2.2周期法测频率

2.测周法（间接测量法）。

这种方法是计量在被测信号一个周期内频率为Fo的标准信号的脉冲数N来间接测量频率。

被测信号的周期越长（频率越低），则测得的标准信号的脉冲数N越大，则相对误差越小。

周期法测频率如图2.2所示。

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3．组合测频法在低频时采用直接测量周期法测信号周期，然后换算成频率。

高频时采用直接测频法，这种方法在一定程度上弥补了上述两种方法的不足，但是难以确定最佳分测点，且电路设计较复杂。

因此要采用合理的组合方案锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。

在我所设计的的方案中，选择了STC89C52单片机为核心组件，该单片机晶振为12M。

工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。

在我的硬件设计中，我选择测量的是硬件本身自带器件NE555振荡频率。

影响NE555振荡频率的因素是电阻Ra、Rb和电容C参数稳定了。

其中电阻值的稳定性和电容值的稳定性易受外界温度影响，所以说外界温度是影响振荡频率的最主要因素。

只有在怛定温度下，NE555振荡器才能输出比较稳定的振荡频率。

在恒定的振荡频率下，选择第一种测频方法，直接测量法更加直接有效。

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2.2频率计的设计内容

利用电源、单片机、分频电路及数码管或LCD1602显示等模块设计一个简易的频率计能够粗略测量出被测信号的频率。

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参数要求如下：

1.测量范围1Hz～5KHz。

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2.用LCD1602显示测量值。

3.可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形。

2.3测频原理

所谓频率，指的是单位时间内完成振动的次数。

测频的原理，就是“在单位时间内对被测信号进行计数，在我的硬件设计及中，引文选用的是NE555产生的并送入主门的输入端。

由晶体振荡器产生的基频按十进制分频得出的分频脉冲。

经过基选通门去触发主控电路再通过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被测信号所产生的矩形波至十进制计数电路进行直接计数和显示。

若在一定的时间间隔T内累计周期性的重复变化次数N则频率即为重复变化次数N与时间间隔T，但是，这种方法是有误差的。

误差原理如图2.3所示。

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图2.3频率的测量及误差产生原因

在图2.3中，假设时基信号为1KHz，则用此法测得的待测信号为1KHz×5=5KHz。

但从图中可以看出待测信号应该在5.5KHz左右，误差约有0.5/5.5≈9.1%,这个误差是比较大的。

实际上，测量的脉冲个数的误差会在士1之间。

假设所测得的脉冲个数为N，所测频率的存在误差，减小误差的方法就是增大N。

本频率计要求测频误差在1‰以下，则N应大于1000，通过计算，对,1KHz以下的信