毕业论文：具有宽幅度高精度的频率计课程设计.doc

PAGE  PAGE 26 第一章 实习目的 通过实习，掌握电路设计和电路分析的基本方法，掌握常用电子测量 仪器设备的测量原理及基本设计方法和制作。 频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。 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。传统的频率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成，产品不但体积大，运行速度慢而且测量低频信号不准确。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，测量准确度高，响应速度快，体积小等优点[1]。 第二章 实习内容 利用电源、单片机、LCD1602显示等模块，设计一个简易的频率计能够粗略的测量出被测信号的频率。 参数要求如下： 可以测量方波、正弦波等多种波形； 测量范围10HZ—2000HZ，分档测量； 输入信号幅度0.1V~25V； 用LCD1602显示测量值； 每档最小值的1/100； 第三章 系统方案 3.1基本原理 可用两种方法测待测信号的频率 方法一：（定时1s测信号脉冲次数） 用一个定时计数器做定时中断，定时1s，另一定时计数器仅做计数器使用，初始化完毕后同时开启两个定时计数器，直到产生1s中断，产生1s中断后立即关闭T0和T1（起保护程序和数据的作用）取出计数器寄存器内的值就是1s内待测信号的下跳沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启T0和T1这样即可进入下一轮测量。 原理示意图如下： 实验原理分析： 根据该实验原理待测信号的频率不应该大于计数器的最大值65535，也就是说待测信号应小于65535Hz。 实验的误差应当是均与的与待测信号的频率无关。 方法二（测信号正半周期） 对于1：1占空比的方波，仅用一个定时计数器做计数器，外部中断引脚作待测信号输入口，置计数器为外部中断引脚控制（外部中断引脚为“1”切TRx=1计数器开始计数）。单片机初始化完毕后程序等待半个正半周期（以便准确打开TRx）打开TRx，这时只要INTx（外部中断引脚）为高电平计数器即不断计数，低电平则不计数，待信号从高电平后计数器终止计数，关闭TRx保护计数器寄存器的值，该值即为待测信号一个正半周期的单片机机器周期数，即可求出待测信号的周期：待测信号周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt为测得待测信号的一个正半周期机器周期数；fsoc为单片机的晶振。所以待测信号的频率f=1/T。 原理示意图如下： 实验原理分析： 根据该实验原理该方法只适用于1：1占空比的方波信号，要测非1：1占空比的方波信号 由于有执行f=1/（2*cnt/(12/fsoc)）的浮点运算，而数据类型转换时未用LCD浮点显示，故测得的频率将会被取整，如1234.893Hz理论显示为1234Hz，测得结果会有一定程度的偏小。也就是说测量结果与信号频率的奇偶有一定关系。 由于计数器的寄存器取值在1~65535之间，用该原理时，待测信号的频率小于单片机周期的1/12时，单片机方可较标准的测得待测信号的正半周期。故用该原理测得信号的最高频率理论应为fsoc/12 如12MHZ的单片机为1MHz。而最小频率为f=1/（2*65535/(12/fsoc)） 如12MHZ的单片机为8Hz。 3.2原理框图 综合以上频率计系统设计有单片机控制模块、电源模块、放大整形模块、量程选择模块及显示模块等组成，频率计的总体设计框图如图2所示。 测量电路 波形整形放大 被测信号 单片机 LCD显示 量程选择 图2 频率计总体设计框图 3.3硬件电路原理图 根据上述系统分析，频率计系统设计共包括五大模块：单片机控制模块、电源模块、放大整形模块及显示模块。各模块作用如下： 1、单片机控制模块：以AT89S52单片机为控制核心，来完成它待测信号的计数，译码，和显示以及对分频比的控制。利用其内部的定时／计数器完成待测信号周期／频率的测量。单片机AT89S52内部具有2个16位定时／计数器，定时／计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。(因为AT89C51所需外围元件少，扩展性强，测试准确度高。) 2、电源模块：为整个系统提供合适又稳定的电源，主要为单