基于单片机的频率计设计开题报告.docx

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1、.论文题目基于单片机的频率计设计一、选题背景和意义本论文主要争论用单片机来设计的频率计。由于在电子技术中，频率的测量格外重要，这就要求频率计要不断的提高其测量的精度和速度。在科技以日月异的速度向前进展，经济全球一体化的社会中，简洁、高效、经济成为人们办事的一大宗旨。在电子技术中这一点表现的尤为突出，人们在设计电路时，都趋向于用竟可能少的硬件来实现，并且尽力把以前由硬件实现的功能局部，通过软件来解决。由于软件实现比硬件实现具有易修改的特点，如简洁的修改几行源代码就比在印制电路板上转变几条连线要简洁的多，故基于微处理器的电路往往比传统的电路设计具有更大的敏捷性。由于数字频率计是计算机、通讯设备、音

2、频视频等科研生产领域必不行少的测量仪器，所以频率的测量就显得更为重要。在数字电路中，频率计属于时序电路， 它主要由具有记忆功能的触发器构成。在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。本论文的任务是设计一个基于单片机技术的数字频率计。主要介绍了整形电路、掌握电路和显示电路的构成原理，以及其测频的根本方法。进展了相应的硬软件设 计。二、国内外争论现状、进展动态由于大规模和超大规模数字集成电路技术、数据通信技术与单片机技术的结合， 数字频率计进展进入了智能化和微型化的阶段。其功能进一步扩大，除了测量频 率、频率比、周期、时间、相位、相位差等根本功能外，还具有自捡、自校、自诊 断、数理统计、计算方

3、均根值、数据存储和数据通信等功能。此外，还能测量电压、电流、阻抗、功率和波形等。国际上数字频率计的分类很多。其中较为知名的厂家为泰科，安捷伦，福禄克等公司。泰科公司的 FCA3000 和 FCA3100 系列定时器/计数器/供给了高达 20 GHz 的测量力量，在一台多功能仪器中实现了多种不同功能。由于其前所未有的区分率， 可以捕获格外小的频率和时间变化。由于业内最完善的分析模式，包括测量统计、 直方图和趋势图，可以获得所需工具，快速准确地分析信号。安捷伦公司最的频率计为 537A 频率计，测量范围为 3.7 至 12.5 GHz。福禄克公司 PM6681 高性能计时计频计承受了创的技术，为时

4、间间隔、频率、相位和抖动的测量树立了的标准。PM 6681 不仅仅是一款计时/计频器，其速度和区分率都可和最准确的时间和频率调制域相媲美。与运行 TimeView 软件的PC 相连接，PM 6681 更是具有高档调制域才有的功能、供给任何所需的测量.功能。无论任何测量，只要与频率、时间、计数相关， PM6681 和 PM6680B 计时/计频器就有这些功能。这些仪器有不少于 8 种计数模式，包括同时向上/向下计数，在一段预定时间内计数等。这些仪器不但具有如相位、占空比、最大/最小值、脉宽和上升/下降时间测量力量，同时还具有 4 位 120MHz 峰值读数数字电压表功能。频率范围：PM 6681

5、 和 PM 6680B 计时/计频器的频率范围达 2.7 GHz，可以校准微波链路、卫星通信和雷达设备。不仅能对连续的载波进展准确地测量，而且还能够测量脉冲串信号。区分率：PM 6681 和 PM 6689B 的频率区分率分别达 11 位/秒和 10 位/ 秒，对于通讯系统中的频率测量是格外抱负的工具。PM 6681 的可以进展长达 1 ps 的时间间隔测量和 50 ps 的单次采集，而 PM 6680B 能进展 100 ps 的平均测量和 250 ps 的单次采集。测量功能：频率、频率脉冲、周期、比率、时间间隔、脉宽 A、上升和下降时间 A、相位 A-B、占空因数 A、计数 A/B 和沟通/

6、直流电压。国内目前生产频率计的厂家有盛普，远方，国产等公司。盛普的 SP53131 高精度频率计测量范围：通道 A， B：DC225MHz。通道 C： 100MHz1.5GHz15 型。它测频分频率到达 10 位秒，测 时单次区分到达 100ps， 机内承受 16 位的高性能单片机进展掌握。整机方案承受倒数计数技术和数字内插， 摸拟扩展技术，实现仪器的高精度测量。它有频率、周期、计数时间间隔、脉冲 宽度、占空比、频率比、相位等测量功能和强大的数学运算、统计最大、最小、 平均、标准偏差、阿仑方差功能。该机性能牢靠，功能齐全,测量精度高，测频、测时范围宽，灵敏度高动态范围大，性价比高，使用便利。特

7、别适合于航空航天、武器等领域的时间测量和晶振，元器件等科研、计量领域的时间、频率测量。优点是承受 16 位微机处理器，数据处理速度极快。大规模集成电路和 CPLD 器件， 提高仪器的牢靠性。模块化设计，仪器功能增减自如。打印接口标准配置。202 大字符液晶显示，直观，清楚。型小型化机箱，外形美观。高牢靠性：MTBF8000h。远方公司的 PF210/PF210A 是一款多功能、宽频率、高精度的数字功率计。除根本电参数测量功能外，还具备谐波分析功能、积分功能、变比功能、平均功能、数据存储/调出功能、通讯功能等。仪器可满足 DC 和 0.5Hz100kHz 的信号测量，工频精度可达 0.15%，具

8、有极高的性价比，格外适合于精度要求较高的企业质检、研发部门和第三方检测部门。国产公司的 NY-3100P 频率计测量范围：1Hz-1000MHzHz，应用单片机掌握和运算，承受大规模集成电路完成宽带等精度频率测量和周期测量，承受倒计数实现高分辫率。可测频测周期、累计、保持、10MHz 标频输出。100KHz 以下设低通滤波器，可改善低龋特性,10Hz 以下设有 DC、AC 耦合功能。以改善 l0Hz 以下低频特性， 合理使用更准确。可实现每秒 8 位数字的测量和显示。特别适用于教育、科研单位。目前，测量频率的争论方法有直接测频法、内插法、游标法、频差倍增法等等。直接测频的方法较简洁，但精度不高

9、。频差倍增多法和周期法是一种频差倍增法和 差拍法相结合的测量方法，这种方法是将被测信号和参考信号经频差倍增使被测信 号的相位起伏扩大，再通过混频器获得差拍信号，用电子计数器在低频下进展多周期测量，能在较少的倍增次数和同样的取样时间状况下，得到比测频法更高的系统区分率和测量精度，但是仍旧存在着时标不稳而引入的误差和肯定的触发误差。在电子系统广泛的应用领域中，处处观察处理离散信息的数字电路。供消费用的冰箱和电视、航空通讯系统、交通掌握雷达系统、医院急救系统等在设计过程中都用到数字技术。 数字频率计是现代通信测量设备系统中必不行少的测量仪器，不但要求电路产生频率的准确度和稳定度都高的信号，也要能便利

10、的转变频率。数字频率计的实现方法主要有：直接式、锁相式、直接数字式和混合式（1） 直接式优点：速度快、相位噪声低，但构造简单、杂散多，一般只应用在地面雷达（2） 锁相式优点：相位同步的自动掌握，制作频率高，功耗低，简洁实现系列化、小型化、模块化和工程化。（3） 直接数字式优点：电路稳定、精度高、简洁实现系列化、小型化、模块化和工程化。三、争论的内容及可行性分析本课题的主要争论内容是设计一个基于单片机设计的数字频率计，系统的总体设计以 STC89C52 单片机最小系统为核心掌握整个电路，LCD 液晶显示屏用来显示频率，整形放大电路来对未知信号进展整形放大。整个电路的工作原理是未知信号先进入整形放

11、大电路进展处理成方波信号，再进入单片机的 p3.4(单片机 13 引脚)口， 由定时器/计数器 TMOD 对频率进展测量，然后显示在液晶屏上。单片机的选用方案一：单片机 AT89C52AT89C52 单片机与 Intel 公司的 80C52 在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。其主要工作特性是：片内程序存储器内含 8KB 的 Flash 程序存储器，可擦写寿命为 1000 次；片内数据存储器内含 256 字节的 RAM；具有 32 根可编程 I/O 口线；具有 3 个可编程定时器；中断系统是具有 8 个中断源、6 个中断矢量、2 个级优先权的中断构造；串行口是具有一个全双工的可

12、编程串行通信口；具有一个数据指针 DPTR；低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；具有可编程的 3 级程序锁定位；AT89C52 工作电源电压为 51+0.2V，且典型值为 5V；AT89C52 最高工作频率为 24MHz。方案二：单片机 STC89C52STC89C52 单片机是宏晶科技推出的一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机， 指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：1增加型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统 8051.2工作电压：5.5V3.3V5V 单片机

13、/3.8V2.0V3V 单片机工作频率范围：040MHz，相当于一般 8051 的 080MHz，实际工作频率可达48MHz（3） 用户应用程序空间为 8K 字节（4） 片上集成 512 字节 RAM（5） 通用 I/O 口(32 个)复位后为:P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉,P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。（6） ISP在系统可编程/IAP在应用可编程 ，无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口 RxD/P3.0,TxD/P3.1直接下载用户程 序，数秒即可完成一片（7） 具有 EEPROM 功能（8） 具有看门狗

14、功能（9） 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2（10） 外部中断 4 路,下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒（11） 通用异步串行口UART,还可用定时器软件实现多个 UART12工作温度范围：-40+85工业级/075商业级13STC89C52RC 单片机的工作模式掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，连续执行原程序空闲模式：典型功耗 2mA 典型功耗正常工作模式：典型功耗 4Ma7mA 典型功耗综上所述，两者根本功能一样，同样的晶振频率，STC89C52 的速度比 AT89C52快，同时

15、STC89C52 下载程序方面，直接串口就可以下载，AT89C52 需要使用专用的编程器。后者比较流行，前者已经停产了。所以选择方案二的单片机。液晶显示选用方案一：数码管显示数码管是一类显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期等全部可用数字表示的参数。由于它的价格廉价使用简洁，在电器特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。由于发光二极管的余辉效应及人的视觉暂留现象，实际上尽管数码管不是同时点亮，但只要扫描的速度很快， 给人的印象就是稳定的显示数据，不会有感觉到闪耀，动态显示的效果

16、和静态显示 是一样的，能够节约大量的 I/O 端口，而且功耗低。方案二：LCD1602 显示工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即 32 个字符。16 列 2 行1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种特地用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由假设干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符， 每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用， 正由于如此所以它不能很好地显示图形用自定义 CGRAM，显示效果也不好。综上所述，LCD1602 显示质量高 ,没有电磁辐射，可视面积大，画面显示较好， 功率消耗小，而

17、且能显示字母。所以选择方案二。四、论文拟解决的关键问题及难点（1） 增大测量的频率范围，并且可以测量未知的波形（2） 掌握测量频率的误差（3） 程序算法编写五、争论方法T 法是通过测量被测信号的周期然后换算出被测信号的频率。这种测量方法的测量精度取决于被测信号的周期和计时精度，当被测信号频率较高时，对计时精度的要求就很高。这种方法比较适合测量频率较低的信号。由于本次设计的实际测量范围为 20Hz400KHz 左右，主要是针对在低频段的测量，且由于单片机具有程序运算功能，频率为周期的倒数，这样使得频率测量与周期测量可以互通，故此次设计承受 T 法测周期法。六、论文的进度安排2023 年 9 月至

18、 12 月 下达毕业论文任务书，学生撰写开题报告2023 年 12 月中旬 上交开题报告，开题辩论2023 年 12 月至 2023 年 1 月绘制原理图和 PCB 图，制作实物2023 年 1 月至 2 月 程序编写，系统调试，撰写论文初稿2023 年 3 月论文中期检查，论文修改等，完成毕业论文定稿2023 年 4 月论文审核，论文修改，上交论文辩论材料2023 年 5 月 4 号毕业论文辩论2023 年 5 月 4 号 5 月 17 号论文修改，总结七、主要参考文献1 余发山，王福忠.单片机原理应用技术M徐州:中国矿业大学出版社，20232 张洪润、刘秀英、张亚凡等.单片机应用设计 20

19、0 例 .北京航空航天大学出版社,2023.3 张天凡等编著.51 单片机 C 语言开发详解.电子工业出版社,2023.4 李学海著.标准 80C51 单片机根底教程.北京航空航天大学出版社,2023.5 张国兴.用单片机制作数字频率计J.电子制作，2023.6 钱进基于 AT89C2051 的高精度数字频率计的设计机电产品开发与创，2023 20(1)：86-877 杜刚高军，童宁宁基于 AT89C2051 单片机的频率计设计.微计算机应用8 Dawei Fan，Centeno，VPhasor-Based Synchronized Frequency Measurement in Power

20、 SystemsPower Delivery,IEEE Transactions Oil，2023.9 The measurement of oil consumption on engineA ， Proceedings of 4th International Symposium on Test and Measurement(Volume 2) C，2023. 10施剑鸣.单片机测频技术及测量精度的提高A.江苏省计量测试学会 2023 年论文集 C,2023.11谢煌，黄为.基于 VHDL 语言设计频率计J.北京现代电子技术，2023，14. 12杜刚，高军，童宁宁.基于 AT89C20

21、51 单片机的频率计设计J.微计算机应用， 2023，254：498-501.13 刘雪根.数字频率计的误差分析J.自动化与仪表，1996，3：23-24.14 顾巨峰，周浩洋，朱建华.基于可编程规律器件 Lattice的多功能数字频率计J.电子工程师，2023，1：28-32.15 王丽霞,程小辉,龚幼民.基于 LM331 的频率计J.仪表技术与传感器; 2023，09. 16吴慎山,王芳,吴东芳,吴雪冰,万霞.智能单片机频率计的原理与设计 J.河南师范大学学报(自然科学版),2023,02:47-49.八、指导教师意见签名：201年月日九、开题审查小组意见开题审查小组组长签名：201年月日