秀简易数字频率计设计.docVIP

课程设计基本要求 课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力报告报告报告报告报告报告报告 学生姓名：乔清秀 专业班级： 机电112 指导教师：张俊涛 题目： 简易数字频率计设计 初始条件： 可利用单片机实验开发板进行设计，也可用通用数字逻辑芯片完成设计。 要求完成的主要任务： （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、频率测量　 a．测量信号：方波、正弦波；幅度：V～5V；频率：1Hz～ 1MHz　b．测量误差≤0.1%周期测量　 a．测量信号：方波、正弦波；幅度：V～5V；频率：1Hz～1MHz　 b．测量误差≤0.1% 6月25日：下达课程设计任务书； 6月26日：查阅资料； 6月27日-6月29日：硬件电路设计； 7月2日-7月3日：软件设计，总体调试； 7月4日-7月5日：撰写课程设计报告书； 7月6日：答辩。 一、课程设计项目名称 简易数字频率计设计 二、项目设计目的及技术要求 1、频率测量　 a．测量信号：方波、正弦波；幅度：V～5V；频率：1Hz～ 1MHz　b．测量误差≤0.1%周期测量　 a．测量信号：方波、正弦波；幅度：V～5V；频率：1Hz～1MHz　 b．测量误差≤0.1% 三、项目设计方案论证(可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和PCB图 ) 1.可行性方案 方案一：对输入信号做分频整形处理后，再与一秒脉宽的信号共同输入与门，其输出作为计数脉冲，有计数器计数，然后锁存、译码输出到数码管显示。此方案虽然硬件电路简单，但工作速度低、精度差，难以达到设计要求，所以此方案不太理想。 方案二：采用频率/电压转换方式进行测量，将被测信号经A/D转换后进行数据处理，但该方案硬件电路复杂，灵敏度差，测量范围小，系统量化误差大。在其设计要求和性能价格方面也不太理想。 方案三：基于单片机控制实现的简易频率计电路设计系统，本控制系统以8051单片机为核心，采用部分外围电路，通过8051单片机控制脉冲的个数来测量频率。通过数码管将频率显示出来，利用单片机的定时，计数功能。先定时，当定时时间一到，立即中断定时器与计数器，再通过数据处理显示到数码管上。本设计的目的就是充分利用AT89C51单片机的资源，在尽量节省成本的基础上设计出一个既简单容易又有实际功能的频率测量器，实现对频率的测量。 综上所述，最佳方案为方案三。 2.硬件设计 2.1整体功能要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。 2.2系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 图1.数字频率计整体方案结构方框图 2.3系统硬件的构成 本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89C51，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。可分为以下几个模块：放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、LED显示模块。各模块关系图如图2所示： 图2.数字频率计功能模块 3.频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3所示的算法。图4是根据算法构建的方框图。 图3.频率测量算法示意图 图4.频率测量算法对应的方框图 在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为1s的闸门信号。改闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在1s内被测信号的周期量误差在10 ?3量级，则要求闸门信号的精度为10 ??量级。例如，当被测信号为1kHz时，在1s的闸门脉冲期间计数器将计数1000次，由于闸门脉冲精度为10 ??，闸门信号的误差不大于0.1s，固由此造成的计数误差不会超过1，符合5*10 ?3的误差要求。进一步分析可知，当被测信号频率增高时，在闸门脉冲精度不变的情况下，计数器误差的绝对值会增大，但是相对误差仍在5*10 ?3范围内。但是这一算法在被测信号频率很低时便呈现出严重的缺点，例如，当被测信号为0.5Hz时其周期是2s，这时闸门脉冲仍未1s显然是不行的，故