課程設(shè)計----基于51系列單片機的頻率計

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 說 明 書</p><p>　　指導教師： 職稱: 副教授 </p><p>　　2012 年 1 月 4 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.課程設(shè)計目的………………………………………………………3</

2、p><p>　　2. 課程設(shè)計內(nèi)容和要求…………………………………………… 3</p><p>　　2.1、設(shè)計內(nèi)容………………………………………………………… 3</p><p>　　2.2、設(shè)計要求………………………………………………………… 3</p><p>　　3、 設(shè)計方案………………………………………………………… 3&l

3、t;/p><p>　　3.1、設(shè)計思路………………………………………………………… 3</p><p>　　3.2、工作原理及硬件框圖……………………………………………… 3</p><p>　　3.3、硬件電路原理圖……………………………………………………8</p><p>　　3.4、PCB版圖設(shè)計………………………………………………………

4、9</p><p>　　4、課程設(shè)計總結(jié)………………………………………………………10</p><p>　　5、參考文獻……………………………………………………………10</p><p><b>　　1、課程設(shè)計目的</b></p><p>　?。?）掌握電子電路的一般設(shè)計方法和設(shè)計流程；</p><

5、p>　　（2）學習使用PROTEL軟件繪制電路原理圖及印刷板圖；</p><p>　?。?）掌握應用proteus等EDA軟件對所設(shè)計的電路進行仿真，通過仿真結(jié)果驗證設(shè)計的正確性。</p><p>　　2、課程設(shè)計內(nèi)容和要求：2.1、設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　使用51系列（80C51、89C51/52等）單片機、數(shù)碼管、電壓比較器、模擬開關(guān)、電阻、電容等

6、器件設(shè)計一個頻率計，頻率測量范圍為1Hz～500KHz，并將測量值通過數(shù)碼管顯示出來，輸入信號為0～5V方波和正弦波。</p><p>　　整理設(shè)計內(nèi)容，編寫設(shè)計說明書。</p><p><b>　　2.2、設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）課程設(shè)計說明書；</p><p>　?。?）電路原理圖和印刷板圖；&l

7、t;/p><p>　?。?）仿真圖形和仿真結(jié)果。</p><p><b>　　3、 設(shè)計方案</b></p><p><b>　　3.1、設(shè)計思路</b></p><p>　　本數(shù)字頻率計將采用定時、計數(shù)的方法測量頻率，測量范圍從1Hz—500KHz的 方波、正弦波。輸入信號首先通過前級放大整

8、形電路變成標準脈沖信號，再將該脈沖信號送給單片機，用單片機實現(xiàn)自動測量功能，采用一個四位共陰極數(shù)碼管顯示器動態(tài)顯示4位數(shù)。</p><p>　　3.2、工作原理及硬件框圖</p><p>　　基本設(shè)計原理是直接用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對正弦波、方波、三角波的頻率進行自動的測量。</p><p>　　所謂“頻率”，就是周期性信號在

9、單位時間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期性信號的重復變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是將被測信號變成脈沖信號，其重復頻率等于被測頻率fx。時間基準信號發(fā)生器提供標準的時間脈沖信號，若其周期為1s，則門控電路的輸出信號持續(xù)時間亦準確地等于1s。閘門電路由標準秒信號進行控制，當秒信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路。秒信號結(jié)束時閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。由于計數(shù)器

10、計得的脈沖數(shù)N是在1秒時間內(nèi)的累計數(shù)，所以被測頻率fx=NHz。</p><p><b>　　圖1 硬件框圖</b></p><p><b>　　前級放大整形電路</b></p><p>　　考慮到被測信號通常為低壓小信號，需要進行放大整形成單片機可以識別的0-5V的脈沖信號。放大部分運用三極管的共射電路將信號由mV電壓變

11、為V級電壓，放大倍數(shù)A=βRc/[r+(1+β)Re]≈Rc/Re=15K/10=1500。整個系統(tǒng)均采用5V供電，放大電路在5V下發(fā)生飽和失真，截止失真，剛好使輸出波形為近矩形波。為使脈沖波形更好，在接入單片機前再加一個施密特觸發(fā)器，使脈沖邊沿更加陡峭。</p><p>　　圖3 波形從上到下依次為：被測波，放大后，施密特觸發(fā)器整形后</p><p><b>　　單片機定時，計

12、數(shù)</b></p><p>　　在每個機器周期的S5P2期間，CPU采樣引腳的輸入電平。若前一機器周期采樣值為1，下一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器增1，此后的機器周期S3P1期間，新的計數(shù)值裝入計數(shù)器，所以檢測一個1到0的跳變需要兩個機器周期，外部脈沖頻率不超過振蕩頻率的1/24。</p><p>　　本次單片機采用12MHz的石英晶振提供單片機的時鐘信號，所以被測信號頻率上

13、限為500KHz，剛好滿足題意。若要求測量更高頻率的信號脈沖，則需要外加計數(shù)器分頻后給單片機計數(shù)。</p><p>　　單片機初始化后啟動兩計數(shù)/定時器T1，T0。T1工作在定時模式，T0工作在計數(shù)模式。T1工作在定時狀態(tài)下，最大定時時間為65ms，達不到1秒的定時，所以采用定時50ms，共定時20次，即可完成1秒的定時功能。計數(shù)器T0每測到一個下降沿計一個數(shù)，當定時器計滿1s后中斷，讀取計數(shù)值N，則所測頻率為N

14、 Hz。</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　#include <reg51.H> </p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　

15、　unsigned char code displaybit[]={0,1,2,3};//四位選擇</p><p>　　unsigned char code displaycode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0xbf,0x00}; //0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0.，無</p><p>　　uns

16、igned char temp[4]; //顯示速度分成顯示字符的緩沖區(qū)</p><p>　　unsigned char dispcount; //顯示位數(shù)的定位</p><p>　　unsigned char T0count; //to計數(shù)器的溢出次數(shù)</p><p>　　unsigned char timecount; //定時的次數(shù)</p>&l

17、t;p>　　bit flag; </p><p>　　unsigned long x;</p><p><b>　　uint m; </b></p><p>　　void Delay(unsigned int i)</p><p><b>　　{</b></p><p>

18、;　　unsigned char x,j;</p><p>　　for(j=0;j<i;j++);</p><p>　　for(x=0;x<=148;x++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void) </p><p><b&g

19、t;　　{</b></p><p>　　TMOD=0x15; //設(shè)置定時器啟動模式</p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p><b>　　TL0=0;</b></p><p>　　TH1=(65536-5000)/256;</p><p>

20、;　　TL1=(65536-5000)%256;</p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p>　　TR0=1; // 啟動定時器</p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p>　　ET1=1; //啟動兩個中斷</p><p>　　E

21、A=1; //開中斷</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(flag==1) //如果一次檢測完成才賦值</p><p><b>　　{</b></p><p><b

22、>　　flag=0;</b></p><p>　　x=T0count*65536+TH0*256+TL0;//顯示初始化 0 </p><p>　　if(x<1000)//判斷所測頻率大于1000還是小于1000</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　m =

23、 x;</b></p><p>　　temp[3] = 10;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　Else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　m = x/1000;</

24、p><p>　　temp[3] = 11;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　temp[2] = m % 1000 / 100;//百位</p><p>　　temp[1] = m % 100 / 10;//十位</p><p>　　temp[0] = m % 10;/

25、/個位timecount=0;</p><p>　　T0count=0;</p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p>　　TL0=0;TR0=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(dispcount=0;dispcou

26、nt<4;dispcount++)//數(shù)碼管顯示</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0 = displaycode[temp[dispcount]];</p><p>　　P2 = displaybit[dispcount];</p><p>　　Delay(50);</p>

27、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void t0(void) interrupt 1 using 0</p><p><b>　　{ </b>

28、</p><p>　　T0count++; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　void t1(void) interrupt 3 using 0 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TH1=(65536-5000)/2

29、56;</p><p>　　TL1=(65536-5000)%256;</p><p>　　timecount++; </p><p>　　if(timecount==200)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　TR0=0;</b><

30、/p><p>　　timecount=0; </p><p><b>　　flag=1; </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　顯示模塊</b></

31、p><p>　　數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管

32、。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。</p><p>　　如圖所示，LED數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成，此外，還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點。通過七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。</p><p><b>

33、　　圖4 八段數(shù)碼管</b></p><p><b>　　圖5 四位數(shù)碼管</b></p><p>　　本次設(shè)計采用的是共陰極接法。并且是四個數(shù)碼管集成在一起，如圖所示，有3個引腳進行片選，每次只能點亮一個數(shù)碼管，單片機輸出時，先將測得的頻率值各個位數(shù)字轉(zhuǎn)化成顯示所需點亮數(shù)碼管相應段的代碼（代碼如下），用三八譯碼芯片先選中第一位，輸出代碼，第一位數(shù)碼管顯示

34、個位數(shù)字，再選中第二位，將第二位數(shù)字顯示出來，這樣直到第四位，第四位結(jié)束后返回來顯示第一位。這樣交替顯示，當頻率足夠快時，人眼是辨別不出這種間隔的，于是就將四位數(shù)字全部顯示出來。</p><p>　　表1 八段數(shù)碼管字符代碼</p><p>　　3.3、硬件電路原理圖</p><p><b>　　圖6 硬件原理圖</b></p>

35、<p>　　3.4、PCB版圖設(shè)計</p><p>　　圖7 PCB版圖設(shè)計</p><p><b>　　4、課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　這是一種基于單片機89C51制作的頻率計的設(shè)計方法，所制作的頻率計需要外圍器件較少，適宜用于嵌入式系統(tǒng)。該頻率計應用周期測量和相應的數(shù)學處理實現(xiàn)低頻段的頻率測量，因此很容易擴展實現(xiàn)信號

36、的周期測量和占空比測量。該頻率計被應用于“高頻實驗裝置”之中，用來對LC振蕩器和RC振蕩器輸出信號的頻率穩(wěn)定度進行測量，取得良好的應用效果。</p><p>　　此次設(shè)計由于要求有限，有一定的局限性，比如顯示模塊如果用1602 LCD液晶屏代替LED數(shù)碼管顯示其界面化更強，顯示信息更豐富，效果更佳。對于更高頻的信號測量可接入外部計數(shù)器先進行分頻處理。</p><p>　　設(shè)計過程中還考慮了

37、噪聲干擾的處理，實際信號不可能像仿真那樣波形很完美，總是有噪聲信號的，在5V電壓下放大整形后在下降沿產(chǎn)生很多抖動干擾，電容濾波雖可消除，但在高頻段同樣對有用信號造成損傷。硬件消抖電路能起到一定效果，但作用有限，噪聲還是對測量起到了嚴重影響。因此想通過5V電壓，同一端口測量目前還很難實現(xiàn)，可能軟件消抖可以，不過程序比普通按鍵消抖復雜，因為信號周期短，不同信號周期還不一樣，尤其高頻信號。</p><p>　　這次課程

38、設(shè)計歷時二個星期多左右，通過這兩個星期的學習，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的理論知識原來可以完成這么尤其的實際產(chǎn)品。在這兩個星期里，我也因?qū)嵺`經(jīng)驗的缺乏而失落過，也曾經(jīng)仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。雖然這只是一次的極簡單的課程制作，可是平心而論，也耗費了我們不少的心血，這就讓我不得不佩服專門搞單片機開發(fā)的技術(shù)前輩。</p><p>　　對我而言，知識上的收獲重要，精神

39、上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計必將成為我一個非常美好的回憶！</p><p><b>　　5、參考文獻</b></p><p>　?。?）童詩白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2002</p>&

40、lt;p>　?。?）張建華．數(shù)字電子技術(shù)．北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　（3）陳汝全．電子技術(shù)常用器件應用手冊．北京：機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　（4）畢滿清．電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　?。?）潘永雄．電子線路CAD實用教程．西安：西安電子科技大學出版社，2002</