數(shù)字頻率計設(shè)計報告1綜合應(yīng)用實驗設(shè)計報告數(shù)字頻率計數(shù)計姓名：學(xué)號：姓名：學(xué)號：2011年6月19日數(shù)字頻率計設(shè)計報告2摘要設(shè)計以單片機為核心，被測信號先進入信號放大電路進行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機的計數(shù)器和定時器的功能對被測信號進行計數(shù)。編寫相應(yīng)的程序可以使單片機自動調(diào)節(jié)測量的量程，并把測出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。本設(shè)計的目的是通過在對單片機原理及應(yīng)用的學(xué)習(xí)，以及查閱資料，培養(yǎng)自學(xué)與動手能力，把學(xué)到的知識應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。在設(shè)計的過程中，不斷的補充不知道的內(nèi)容、鞏固所學(xué)，和隊友的分工合作、相互討論，運用科學(xué)的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，學(xué)會對常見問題的處理方法，積累設(shè)計系統(tǒng)的經(jīng)驗，充分發(fā)揮教學(xué)與實踐的結(jié)合。關(guān)鍵詞：單片機；數(shù)字頻率計；設(shè)計；一項目的意義與目的在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。單片機數(shù)字頻率計可靠性高、體積小、價格低、功能全，廣泛應(yīng)用與各種職能儀器中，能使在測量過程的控制中達到自動化，省掉很多繁瑣的人工操作，同時也提高了測試精度。二設(shè)計要求和指標測量被測信號的頻率，要求如下：信號波形：方波,正弦波，鋸齒波，三角波等；信號頻率：1Hz100kHz。顯示：LCD顯示。三方案設(shè)計和論證方案一：本方案主要以單片機為核心，利用單片機的計數(shù)定時功能來實現(xiàn)頻率的計數(shù)并且利用單片機的動態(tài)掃描法把測出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。其原理框圖如圖1所示：數(shù)字頻率計設(shè)計報告3圖1方案一原理框圖方案二：本方案主要以數(shù)字器件為核心，主要分為時基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分。其原理框圖如圖2所示：圖2方案二原理框圖方案論證方案一：本方案主要以單片機為核心，被測信號先進入信號放大電路進行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機的計數(shù)器和定時器的功能對被測信號進行計數(shù)。編寫相應(yīng)的程序可以使單片機自動調(diào)節(jié)測量的量程，并把測出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。方案二：本方案使用大量的數(shù)字器件，被測信號經(jīng)放大整形電路變成計數(shù)器所要求的脈沖信號，其頻率與被側(cè)信號的頻率相同。同時時基電路提供標準時間基準信號，其高電平持續(xù)時間1s，當(dāng)1s信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門，計數(shù)器開始計數(shù)，直到1s信號結(jié)束閘門關(guān)閉，停止計數(shù)。若在閘門時間1s內(nèi)計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為N，則被測信邏輯控制電路時基電路放大整形電路閘門電路計數(shù)器鎖存器譯碼顯示器信號放大電路信號整形單片機AT89c52電路數(shù)字顯示電路數(shù)字頻率計設(shè)計報告4號頻率Fx=NHz。邏輯控制電路的作用有兩個：一是產(chǎn)生鎖存脈沖，是顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清零脈沖，使計數(shù)器每次測量從零開始計數(shù)。方案選擇比較以上兩種方案可以知道，方案一的核心是單片機，使用的元器件少，原理電路簡單，方案二則使用了大量的數(shù)字元器件，原理電路復(fù)雜，硬件調(diào)試麻煩。基于上述比較，所以選擇了方案一。四電路原理設(shè)計所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間（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(fù)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(fù)頻率等于被測頻率fx。被測脈沖信號整形放大電路，被測頻率fx=NHz。數(shù)字頻率計是一個將被測頻率顯示出來的計數(shù)裝置，它主要由單片機89C51控制、7407、LED顯示器、電源等組成。該系統(tǒng)的功能是將信號輸入P3.4口，通過單片機程序控制，對LED顯示器進行段控和位控，實現(xiàn)動態(tài)顯示。元器件：元器件描述數(shù)量AT89C52單片機1液晶顯示器LCD16021觸動開關(guān)1電阻1k,10k,50k,100k,200k若干電解電容50V，10uf1晶振12Mhz1瓷片電容30pf2LM358雙運算放大器174ls04反相器1導(dǎo)線若干1、原理框框數(shù)字頻率計設(shè)計報告5圖3系統(tǒng)原理框圖2、電路原理圖圖4系統(tǒng)原理圖信號整形1運放部分同相比例放大器的倍數(shù)為：Uo=(1+Rf/R)Ui,而放大倍數(shù)為(1+Rf/R)。因此，適當(dāng)選擇Rf和R的值，可使小的輸入信號達到可測試范圍內(nèi)的信號大小，然后就可以對它進行測試了。選擇器件：lm358。LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單信號放大電路信號整形單片機AT89c52電路數(shù)字顯示電路數(shù)字頻率計設(shè)計報告6電源供電的使用運算放大器的場合。LM358的封裝形式：塑封8引線雙列直插式，如圖5所示。特性(Features):內(nèi)部頻率補償直流電壓增益高(約100dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)電源電壓范圍寬：單電源(330V)；雙電源(1.5一15V)低功耗電流，適合于電池供電圖52過零比較部分過零比較器，顧名思義，其閾值電壓UT=0V。電路如圖(a)所示，集成運放工作在開環(huán)狀態(tài)，其輸出電壓為+UOM或-UOM。當(dāng)輸入電壓uI0V時，UO=-UOM。因此，電壓傳輸特性如圖(b)所示，我們使用LM324構(gòu)建過零比較器，如圖6所示，來整波。圖6選擇器件：LF353，封裝如圖7所示各引腳功能：數(shù)字頻率計設(shè)計報告7圖73穩(wěn)壓部分經(jīng)過運放部分處理的信號電壓值可能過大，直接輸入到單片機中可能會燒毀電路，因此需要對信號進行穩(wěn)定其電壓值。選擇器件：74LS04，封裝如圖8所示。電源電壓：5V圖8單片機控制電路單片機控制電路由AT89C52片機、晶振時序電路、復(fù)位電路構(gòu)成。單片機AT89C52：AT89C52如圖9所示，是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱