能力拓展 频率计设计.docVIP

摘要 数字频率计的功能是测量某个周期信号在单位时间（1s）内变化次数的个数统计，这次设计测量范围在1～100KHZ之间，并用数码管直接显示出来，供用户读取。数字频率计也是数字电路很多应用中比较典型的一个，在设计时可以采用很多种硬件电路来实现，但是这样连线比较复杂，所用器件多会造成很大的误差，在这里采用以AT89C51单片机为核心元器件，并配合数码显示管，晶振电路以及其他辅助电路来实现频率的显示。仿真和调试采用proteus和keil等软件来实现，这样可以很大的简化系统设计，提高整体的性能和可靠性。 关键词：数字频率计，AT89C51，proteus，keil 目录 1 绪论 1 2 设计任务要求 1 3 方案论证 2 3.1 频率计设计原理 2 3.2 频率检测实现方法 2 3.3 频率计测频原理 3 4 系统设计阐释 3 4.1 系统硬件设计 4 4.1.1 分频电路 4 4.1.2 单片机主控电路 5 4.1.3 LCD显示电路 5 4.1.4 声光报警电路 6 4.2 系统软件设计 7 4.2.1 软件思想 7 4.2.2 流程图 7 5 仿真 8 6 小结及体会 10 参考文献 11 附录 12 频率计设计 1 绪论 频率计作为测量仪器的一种，常称为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其它领域。 20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，美国仙童(Fairchild)公司研制出世界上第一台单片微型机F8。此时单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。 问世以来，单片机开始迅速发展，其功能不断增强和完善，应用领域也越来越广泛，现已成为微型计算机的重要分支。目前，单片机发展具体体现在CPU功能增强内部资源增多引脚的多功能化和低电压低功耗等方面。 随着嵌入式系统式系统片上系统等概念的提出.普遍接受及应用，单片机的发展又进入了一个新的阶段,单片机的体积更小功能更齐全可靠性更高.由于起明显的优势，单片机在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器、智能玩具、通信系统、机械加工等各个领域都获得了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。单片机技术已成为现代电子技术应用领域十分重要的技术之一，是电子技术应用领域工程技术人员必备的知识和技能，它能够是我们设计的产品更具智能性和先进性。 从80年代单片机引入我国至今，单片机已广泛地应用于电子设计中，使频率计智能化水平在广度和深度上产生了质的飞跃,数字化也成为了电子设计的必由之路。运用51系列单片机和高速计数器的组合设计频率计,并采用适当的算法取代传统电路，不仅能克服传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端，而且频率计性能也将大幅提高,可实现精度较高、等精度和宽范围频率计的要求。 2 设计任务要求 设计一个能测量方波信号的频率计，测量结果用十进制数显示，测量范围是1～100KHZ，分成两个频段，即1～999HZ，1～100KHZ，用三位数码管显示测量频率，分别用某位发光二级管用LED 显示表示单位（亮绿灯表示HZ，亮红灯表示KHZ）。且具有超量度报警功能，在超出目前量程档的测量范围时，发出灯光和音响信号。 3 方案论证 3.1 频率计设计原理 频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。用单片机设计频率计通常采用两种办法，第一种方法是使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数；第二种方法是单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取。第一种方法的好处是设计出的频率计系统结构和程序编写简单，成本低廉，不需要外部计数器，直接利用所给的单片机最小系统就可以实现。这种方法的缺陷是受限于单片机计数的晶振频率，输入的时钟频率通常是单片机晶振频率的几分之一甚至是几十分之一，在本次设计使用的AT89C52单片机，由于检测一个由“1”到“0”的跳变需要两个机器周期，前一个机器周期测出“1”，后一个周期测出“0”。故输入时钟信号的最高频率不得超过单片机晶振频率的二十四分之一。第二种方法的好处是输入的时钟信号频率可以不受单片机晶振频率的限制，可以对相对较高频率进行测量，但缺点是成本比第一种方法高，设计出来的系统结构和程序也比较复杂。由于成本有限，本次设计中采用第一种方法，因此输入的时钟信号最高频率不得高于12MHz/24=500KHz。 3.2 频率检测实现方法 （1） 计数法测频率 使用计数方法实现频率测量时，外部的待测信号为单片机定时/计数器