基于MCU的数字频率计设计毕业论文

 2021-04-15 12:04

摘 要

基于MCU的数字频率计的设计,本次设计是以单片机STC89C51为核心,使用它内部的定时器定时/计数,外部中断口计数,实现对待测信号的频率的测量;能够测量1Hz-1MHz的频率。系统硬件主要由放大整形电路模块(NPN型三极管放大电路、74LS00组成的触发器整形电路)、分频器74LS161、多路选择器74LS151、与非门74LS00一起组成的分频模块、控制电路(由STC89C51单片机组成)、按键模块电路、共阳极四位数码管显示电路和蜂鸣器报警电路组成。且本频率计通过编程来控制分频芯片的分频,不需要测量者对输入信号进行估算,可测量三角波、方波、正弦波等多种波形,电路简单、操作方便、成本低;还有测出频率后,如果超出规定的测量范围蜂鸣器会自动报警,更加智能化、功能多样化、人性化,适用于很多领域。

关键词:单片机STC89C51;放大整形;分频;数字频率计

Design of digital frequency meter based on MCU

Abstract

The design of a digital frequency meter based on MCU, This design is based on the single chip microcomputer STC89C51 as the core, using its internal timer timing/counting, the external interruption count, realizing the measurement of the frequency of the measured signal; Can measure the frequency of 1Hz-1MHz. The system hardware is mainly composed of the amplifying and shaping circuit module (NPN type triode amplifier circuit, the trigger and shaping circuit of 74LS00), the frequency divider 74LS161, the multiplexer 74LS151, the frequency dividing module with the non-gate 74LS00, the control circuit (which is composed of the STC89C51 single chip computer), the key module circuit, the display circuit of the common anode four-digit digital tube and the alarm circuit of the buzzer. And this frequency meter is programmed to control the frequency division of the frequency chip. It does not need to estimate the input signal. It can measure a variety of waveforms such as triangular wave, square wave and positive wave, and The circuit is simple, easy to operate and low cost. And after measuring the frequency, the buzzer will be automatically reported if the range is beyond the specified range, it's more intelligent, functional diversity, humanized, and applied in many areas.

Keywords: Single chip microcomputer STC89C51; Amplification and shaping; Frequency division; Digital frequency meter.

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3数字频率计的发展前景 2

1.4 本课题研究内容 3

1.5 章节安排 3

1.6 本章小结 4

第2章 数字频率计总体设计 5

2.1 数字频率计设计方案及论证 5

2.2 数字频率计整体设计思路 5

2.3本章小结 7

第3章 数字频率计硬件设计 8

3.1 51单片机最小系统电路模块设计 8

3.2 放大整形电路模块设计 9

3.3 分频电路模块设计 10

3.4 数码管显示电路模块设计 12

3.5 蜂鸣器报警电路模块设计 13

3.6 按键模块电路设计 14

3.7 本章小结 14

第4章 数字频率计系统软件设计 15

4.1数字频率计软件系统总体设计 15

4.2 初始化模块软件设计 16

4.3 频率测量模块软件设计 17

4.4 显示模块软件设计 20

4.5 按键模块软件设计 23

4.6 蜂鸣器报警软件设计 24

4.7 本章小结 26

第5章 设计结果与系统调试 27

5.1 设计结果 27

5.2 系统调试 28

5.3 本章小结 29

第6章 结论与展望 30

6.1 结论 30

6.2 展望 30

致 谢 31

参考文献 32

附 录 34

1. 数字频率计系统总原理图 34

2. 数字频率计系统总程序 35

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

随着科学技术的讯速发展和生活水平的不断提高,人们对科技产品的需求不仅停留在模拟设备时代,而且数字化产品也越来越受欢迎。频率是电子技术领域中的重要参数,且在电子测量领域中,频率测量精度也是最高的。因此,生产过程中的许多物理量,如温度、压力、液位、位移、PH值、速度、加速度,乃至各种气体的百分比都用传感器转换成频率信号,再通过数字频率计测量,以提高精度。

作为一种测量工具,数字频率计已成为科学研究、实验教学等不可缺少的工具,在仪器仪表、计算机、各种通讯设备、音频视频上都有频率计的使用;传统的频率计由大量硬件电路组成,如组合电路和时序电路;其产品不但体积大,运行速度还慢,而且测量范围小,精度低。市场上的商品数字频率计是由专门的频率测量芯片组装成的,其测量精度高,功能强,但价格贵且操作复杂;还有其他大部分频率计都存在结构复杂、精度不高,稳定性差的弊端,所以我们需要针对需求选择合适、高效的方案,降低成本、提高精度,使其操作简单化。本次利用微处理控制器作为CPU的数字频率计体积小、价格低廉、开发简单。由微处理器控制的数字频率计有很多优点,比如:电路结构比较简单、测量精度更高、发生故障的概率低、功能多样化、智能化程度更高等。软件灵活性高,可以根据不同的目标信号、不同的周期采用不同的量程进行测量、甚至采用不同的软件方案,测量更加精确有效。

1.2 国内外研究现状

在国外,数字频率计研究和发展比较早,他们研发的数字频率计性能稳定,采样和处理信息的能力较强,比如日本的信号发生器失真仪、美国的FLUKE品牌。美国的Intersil公司开发了一款专用测频大规模集成芯片单片频率计ICM7216D,它是一款标准的28引脚双列直插式集成电路,采用单一的 5V电源工作。内部含有多个电路,基本测频范围为DC-10MHZ,如果加分频电路,可以达到40MHZ或100MHZ;只要增加一些器件,如晶振、量程选择、LED显示器等,就可以组成一个DC-40MHZ的微型频率计。还有,泰克用FCA计数器、定时器设计出的FCA3000系列频率计最高达20GHz的宽频率范围,它还实现了每秒12位数字频率分辨率和单次50ps(FCA3100)或100 ps(FCA3000)的时间分辨率,用LCD显示屏显示所测频率。且最新频率分析仪能够精确测量出频率、周期、时间、脉冲或相位、占空比、Vmax(最高电压)等13种以上不同的参数。总的来说,国外的数字频率计研发的越来越智能化,简单化、功能多样化,测量越来越精确。

在国内,单片机从80年代引入中国到现在,单片机在频率计设计中被广泛的应用,使频率计有了质的飞跃。中国虽然起步较晚,但很多人都在深入研究,进一步使数字频率计简单化、智能化,技术与国外发达国家相比差不了太多。例如,北京普源精电科技有限公司推出的一款非常具有普及性的DG1000系列函数/任意波形发生器,它采用的技术是直接数字合成技术,可以输出用户自己定义的波形,输入输出非常丰富且精度高,测频范围宽广,可达100MHZ到200MHZ,频率分辨率到达6位/秒。还有我国采用相检宽带测频技术开发的高精度频率计也有重大突破,非常实用;该技术仪器是在以前的基础上推出的全新的高精度,方便应用且经济实惠的一项技术仪器;其测量精度高于一般的1000倍以上,且价格与国外相比很是便宜。2005年,中国还研发出了中国虚拟测振仪,它的测量范围是DC-200MHZ,最低可以测量0.0001HZ的频率,且测量时间最快只要几分之一周期到一个周期时间,比常规的快几十倍,精度也特别高,达到0.001%。在超低频测量方面,精度、频宽、效率方面已达到国际领先水平。

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