课程设计(论文)-基于单片机的简易频率计.doc
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1、单片机课程设计题 目 基于单片机简易的频率计 专业班级 11级电子科学与技术2班院 (系) 电气工程 完成时间 2015年 1月 9日 单片机课程设计任务书一、设计题目 基于单片机简易的频率计 二、设计任务与要求1.本品主要由信号输入、放大整形、分频、单片机控制模块、驱动显示电路等组成2.设计过程中,频率计采用外部10分频,以便测量1Hz1MHz的信号频率,并且实现量程自动切换。3、 参考文献1 吴钟珍.最新实用电子电工技术手册.徐氏基金会出版社 2010,23(3):97982 深圳市中源单片机发展有限公司 STC89C52 3 张友德.单片微型机原理、应用和实验. 复旦大学出版社 2009
2、.3423444 陈大钦.电子技术基础.(第二版)高等教育出版社 2009,13:2526 5 曾建唐.电工电子基础实践设计.机械工业出版社 2007,10(4):2782806 马淑华.单片机原理与接口技术.北京邮电大学出版社 2004.4977.4、 设计时间 2014 年 12 月 29 日 至 2015 年 1月 9 日指导教师签名: 年 月 日目 录1 总体方案设计11.1 设计要点11.2 系统方案12 理论分析与计算22.1 频率计概述22.2 频率测量原理22.3精度保证33 电路与程序33.1 电路设计33.2 程序设计44 测试与调整54.1 测试方案及测试条件54.2 测
3、试结果完整性65 总结与体会6参考文献8附录1:总体电路原理图9附录2:实物图10附录3:元器件清单11附录4:C语言程序121 总体方案设计 1.1 设计要点 本次课程设计有以下要点: 设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率,格式为0000Hz。 测量频率范围:109999Hz。 测量信号类型:正弦波、方波和三角波。 测量信号幅值:0.55V。 设计的脉冲信号发生器,以此产生闸门信号,闸门信号宽度为1S。 确定设计方案,按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路,设计分电路,画出总体电路原理图,阐述基本原理。 1.2 系统方案 简易数字频率计可以用中规模集成芯片构建而成,但与用
4、51单片机实现相比,其电路复杂程度要大得多,而且远远不及用单片机实现灵活,其精度也不及用单片机实现的高。所以我采用用STC89C52单片机去实现。 我采用单片机89S52作为控制核心,用数码管显示所输入信号的频率,具体的系统框图如图1-1所示: 图1-1 简易频率计的系统总体框图其中,信号通过整形放大后,输入单片机中的计数器,运用单片机中的定时器设置每隔一秒钟将计数器中死亡数据输出,通过数码管显示。单片机作为控制中心,随时检测和计录输入信号的频率,并控制输出显示和输入是否超载。而显示电路用一个四位一体的数码管实现。为简化硬件电路,用动态显示的方式,依次点亮个数码管,这样不仅仅是简化了电路,而且
5、每一时刻四位数码管只相当于一位数码管的功耗,大大减少了功耗。2 理论分析与计算2.1 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1602A LCD显示器动态显示四位数。测量范围从100Hz9999Hz的正弦波、方波、三角波。用单片机实现自动测量功能。 此频率计是直接
6、用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量2.2 频率测量原理频率测量仪的设计思路主要是:对信号分频,测量一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周期个数,进而测量出该信号频率的大小,其原理如右图2-1所示。 若被测量信号的周期为,分频数m1,分频后信号的 周期为T,则:T=m1Tx 。由图可知: T=NTo (注:To为标准信号的周期,所以T为分频后信号的周期,则可以算出被测量信号的频率f。)图2-1 频率测量原理图2.3精度保证单片机系统的标准频率比较稳定,而是系统标准信号频率的误差,通常情况下很小;而系统的量化误差小于1,
7、所以由式T=NTo可知,频率测量的误差主要取决于N值的大小,N值越大,误差越小,测量的精度还有C语言自校程序,对测量仪经行自校。3 电路与程序3.1 电路设计实际电路如下图所示:图3-1 实际硬件电路接线图我们按此电路连接器件,然后在IN口输入待测信号,再有施密特输出至单片机输入口。3.2 程序设计我们采用C语言来编写控制测试程序。其结构如下:图3-2 C语言程序设计图程序见附录44 测试与调整4.1 测试方案及测试条件测试方案: 我们在测试过程的测试方案如下:图4-1 测试流程框架图合成函数信号发生器 发出待测信号,信号经过放大整形电路被放大、整理成为TTL波形,然后输入单片机,经程序控制,
8、显示在LCD屏上。测试条件: 对单片机提供+5V电压,数字示波器4.2 测试结果完整性待测信号经放大整形后输出为TTL波形,经单片机程序控制,LCD可显示测得的信号频率大小,范围为1009999Hz,测量误差为 1Hz,测量时间1s,可连续测量。 调试过程: 在连接测试过程中第一次测试的时候输出波形、所测电压范围都不是很稳定。后来发现是外接电路以及电路中的接线都太长了,导致干扰较大。我们截短了电线,再次测量,就可以得到稳定的频率、电压了。 然后,在初步成功的基础上,我们对其经行工艺加工,使其能更为美观大方。我们使用了底座,将板子都布置在底座上,使其看起来非常好看。但是,这样连接后,由于接触不够
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