基于51单片机的频率计设计报告(免费).doc

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1、频率计实验报告班级：电子094 姓名：刘洋 学号：0910910408班级：电子094 姓名：王铁柱 学号：0910910414实验日期：2011-11-14至2011-12-14一设计要求1.1实验目的及原理（1）利用单片机计数器功能实现正弦波频率的检测。（2），频率计又称为频率计数器是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。1.2实验要求（1）输入信号为峰峰值为5V的正弦信号，信号频率为160KHz，设计整形电路将正弦信号整形为方波。（2）利用单片机定时/计数器的计数功能对整形后方波进行计数从而实现频率的测量。（2）在数码管或LCD实时显示输入信号的频率。1.3实现部分（1）输入信号

2、峰峰值可在1V10V范围变化。（2）实现了方波和正弦波的频率检测，通过按键进行方波或正弦波检测模式的改变，在数码管或LCD进行检测模式的显示。（3）正弦波测量范围达到1Hz3.8MHz，正弦波测量范围达到1Hz4.7MHz，测量精度达到10Hz单位，高于实验要求。二总体设计2.1频率计测频原理概论：简而言之就是：“通过测量单位时间内出现的方波个数，进行频率计算”。将输入的正弦波信号经波形转换模块转换为方波，高频信号再经过分频模块进行分频。由晶体振荡器产生的基频，按十六进制分频得出的分频脉冲，经过驱动电路增加带载能力。在时间间隔T内累计周期性的重复变化次数N，则频率的表达式为式： 数字频率计的原

3、理框图如下:ITIIIIIN锁存信号IV清零信号V 电路总设计图2.2 系统组成及工作原理数字频率计由以下模块组成：单片机控制模块、驱动模块、施密特电路波形转换模块、按键模块、分频模块和显示模块。（1）STC89C52单片机简介STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX81

4、0复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。单片机控制模块：以STC89C52单片机为核心，进行待测信号的计数、译码、结果显示以及对分频和信号种类的控制。STC89C52单片机: 8K字节程序存储空间； 512字节数据存储空间； 内带4K字节EEPROM存储空间;

5、可直接使用串口下载；（2）驱动模块：18,19引脚提供原始时钟振荡（12M）；晶振 振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。（3）波形转换模块：通过施密特电路，将输入信号转换为正弦波，用于测量。74LS14 是一个6反向器， 引脚定义如下图：6非门芯片74LS14引脚图A端为输入端，Y端为输出端，一片芯片一共6路，即 1，3，5，9，11，13 为输入端， 2，4，6，8，10，12 为输出端，输出结果与输入结果反向。即如果输入端为高电平， 那么输出为低电平。 如果输入低电平，输出为高

6、电平。施密特触发电路是一种比较器，从输出向输入进行正反馈，把正弦波整形成为脉冲波。它具有滞后电压，可用作抗噪声能力强的波形处理。本电路进行零交比较，把正弦波等转换成方波。电路工作原理本电路起到零交比较器的作用，若把信号从反相输入端输入进行零交比较，输入信号中的噪声有时会引起振荡。施密特触发电路是一种比较器，从输出向输入进行正反馈，把正弦波或三角波整形成为脉冲波。它具有滞后电压，可用作抗噪声能力强的波形处理。本电路进行零交比较，把正弦波等转换成方波。（4）按键模块：按键-波形选择，选择是否允许让输入信号经过波形转换模块，如果输入波形是正弦或三角信号则通过整形模块，如果是方波则绕过整形模块进入下一

7、模块；按键-分频按键，是否允许信号经过分频模块，如果信号频率很高则通过整形模块，如果频率较低则绕过整形模块进入单片机控制模块按键-复位按键，使CPU及其他功能部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，单片机应用程序必须以此为设计前提。另外，单片机工作工程中，如果出现死机，也必须对单片机进行复位，使其重新开始工作。（5）分频模块：以74LS161单片机为基础，当频率=400KHz,选择分频按键，进行分频，将频率减小以达到单片机工作频率范围。74ls161引脚图与管脚功能表资料74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器

8、等很多重要的功能，：管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1 从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿

9、作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。（6）显示电路1602液晶显示模块和单片机AT89C51直接接口，电路如下。P0口接LCD，P0口本身无上拉电阻，所以选择焊接排阻以提高驱动能力。模块引脚功能表1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD主要技术参数：显示

10、容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表10-13：引脚接口说明表第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：

11、VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。三电路实物及调试过程

12、主要进行电路图调protus软件调试，仿真调试和实验室调试。3.1 对于波形转化模块的调试 之前波形转换模块运用的是运放电路，性能较差，导致实验结果误差较大。后经查资料发现，施密特电路，性能较好，就换用施密特电路，实验精度得以提升。而且，在试验中发现，不同的芯片，组成的施密特电路精度也有所不同。 调试前用的运放电路作为波形准换模块3.2 调试过程图 电路实物图四心得体会本次设计我收获比较大。我们是电子专业的学生，设计是必需的技能，这次设计给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从上网查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。可以说，本次实习有苦也有甜。设计思路是最重要的，设计思路是成功的，责已经成功了一半。因此我们在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，在实验室上调试，人很多，要排队，比较慢，又要求我们有一个比较正确的调试方法，像把频率调快等等。这又要我们要灵活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度。要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。通这次实验也发现自己能力的不足，以后要多参加实践，在动手中增强知识理解。