低频信号频率计综合课设.docVIP

概述 在电子技术中，频率是最基本的参数之一，频率检测是电子测量领域最基本的测量之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都十分密切的关系。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，因此频率计的设计与实现具有重要的意义。本设计主要是由信号输入模块和单片机模块及显示电路模块组成，基于学过的单片机技术和C语言，设计的一种数字式频率计数器，以AT89C51单片机为核心，通过单片机内部定时/计数器的门控时间实现对输入信号频率100HZ到20KHZ的测量，然后驱动三位LED数码管显示被测的频率。 二、方案论证 方案一： 本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数，并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。其原理框图如图1所示： 图1 方案一原理框图 方案二： 本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路六大部分。其原理框图如图2所示： 图2 方案二原理框图 方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数，编写相应的程序可以使单片机测量输入信号的频率，并把测出的频率数据送到显示电路显示。 方案二：本方案使用大量的数字器件，被测信号作为输入信号同时时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率Fx = NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，是显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。 比较以上两种方案可以知道，方案一的核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，调试简单，易于实现。与方案一相比较方案二则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦，而且价格相对较高。基于上述比较，所以选择了方案一。 电路设计 基于AT89C51单片机简易频率计的电路主要由复位电路、晶振电路、单片机控制电路、数字显示电路、等几部分组成。 1、 单片机AT89C51 主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。本设计数据输出主要是采用P0口数据输出。 P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的，方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复位，在访问期间激活内部上拉电阻。 AT89C51引脚图见图3所示 图3 AT89C51引脚图 复位电路及时钟电路 有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位，所以本次设计选用手动复位。手动复位电路如图4所示 图4 复位电路图 高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。但是对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处，本次设计选取12M无源晶振接入XTAL1和XTAL2引脚。并联2个30pF陶瓷电容帮助起振。晶振电路图如图5所示 图5 复位电路图 2、数字显示电路 数字显示电路由频率值显示电路和档位指示电路组成。 频率值显示电路采用四位共阴极数码管动态显示频率计被测数值，如图6所示。 图6 频率值显示电路档位指示电路用一个LED灯表示，当测得信号频率小于1KHZ时灯灭，此时表示单位为HZ，当测得信号频率在大于1KHZ时灯亮,此时表示单位为KHZ。如图7所示。 图7 LED档位指示电路软件设计 本项目利用