標(biāo)題: 51數(shù)字頻率計 [打印本頁]
作者: 張雙威 時間: 2018-5-6 14:45
標(biāo)題: 51數(shù)字頻率計
1緒論
1.1研究背景及主要研究意義
伴隨著時代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)與此同時也進入了高速發(fā)展時代。數(shù)字頻率計在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)活動與科研領(lǐng)域都扮演著極其重要的角色。在數(shù)字電子技術(shù)中，頻率是最基本的測量參數(shù)之一，并且與許多參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，所以頻率的測量方式就表現(xiàn)的很重要。測量頻率的方法有很多種，其中電子計數(shù)器測量頻率具有準(zhǔn)確度高、使用方便，以及測量過程中的自動化與智能化，是頻率測量的常見手段之一。計數(shù)器測頻有兩種方法:一是直接測頻法，即在定閘門時間內(nèi)測量被測信號的脈沖個數(shù):二是間接測頻法，如周期測頻法。直接測頻法針對于高頻信號的頻率測量，問接測頻法應(yīng)對于低頻信號的頻率測量。20世紀(jì)50年代初期，科學(xué)家對儀器儀表的研究取得重大突破，數(shù)字技術(shù)的問世讓許多儀器得到重要發(fā)展，它把模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級，為實現(xiàn)測試自動化打下了良好的基點。20世紀(jì)60年代中期計算機的引入，使得測量儀器的功能發(fā)生了質(zhì)的變化，個別參數(shù)的測量轉(zhuǎn)變成測量整個系統(tǒng)的待征參數(shù)，從單純的接收、顯示發(fā)展為控制、分析、處理、運算與顯示輸出，從用單個儀器進行測量轉(zhuǎn)變成用測量系統(tǒng)進行測量。20世紀(jì)70 年代，計算機技術(shù)在儀器儀表中的進一步發(fā)展，使電子儀器在傳統(tǒng)的時域與頻域之外，又在其他領(lǐng)域大展拳腳。80 年代，由于微型處理器的發(fā)展，儀器也開始加入微處理器，儀器前面i板開始朝鍵盤化方向發(fā)展。測試時，可用豐富的BASIC 語言程序來高速列試。不同于傳統(tǒng)獨立儀器模式的個人儀器已經(jīng)得到了發(fā)展。90 年代，儀器儀表與測量科學(xué)取得重大的突破性進展。這個進展的主要標(biāo)志是儀器儀表智能化程度的提高。由于傳統(tǒng)的頻率計主要是以利用邏輯電路和時序電路設(shè)計構(gòu)成的，在生產(chǎn)實踐應(yīng)用方面和科學(xué)研究方面有運行速度慢和測量范圍較窄兩個明顯的不足。利用單片機設(shè)計的頻率計有著體積更小,運算速度更快，測量范圍更寬和制作成本更低等優(yōu)點。原來需要用硬件才能實現(xiàn)的功能現(xiàn)在僅僅依靠軟件編程就能實現(xiàn)，而且調(diào)用不同的軟件編程代碼能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，從而大大降低了制作成本。
1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
國際上EDA技術(shù)的發(fā)展改變了傳統(tǒng)的電子設(shè)計方法，同時也帶動了數(shù)字頻率計技術(shù)的發(fā)展。EDA技術(shù)被廣泛應(yīng)用于大型FPGA和其他可編程邏輯設(shè)備、電子設(shè)計和軟件編程。美國Luskin A M實現(xiàn)了利用一種脈動式泵流量和頻率來用于血液和肺通氣的人工循環(huán)裝置。參數(shù)的測量是基于周期-頻率的逆變換和泵函數(shù)周期內(nèi)的沖程體積數(shù)字信息，該測量裝置是在數(shù)字積分技術(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，并提供了參數(shù)的視覺控制和所需的精度。在國內(nèi)，有很多學(xué)者和科研人員也在研究數(shù)字頻率計技術(shù)。我國目前的數(shù)字頻率計技術(shù)處于世界前列，例如西安電子科技大學(xué)白麗娜等提出一種基于直接數(shù)字式頻率合成(DDS)的高分辨率頻率計的設(shè)計方法，并以簡單的電路完成對頻率信號的高分辨率測量。吉林大學(xué)凌振寶等成功設(shè)計了以EPM240和MSP430的等精度頻率計，它包括恒溫晶振、等精度計數(shù)單元和頻率計算顯示單元，實現(xiàn)了國內(nèi)關(guān)于測量精度技術(shù)的極大發(fā)展。由于大規(guī)模和超大規(guī)模數(shù)字集成電路技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)與單片機技術(shù)的結(jié)合，數(shù)字頻率計發(fā)展進入了智能化和微型化的新階段，其功能進一步擴大，除了測量頻率、頻率比、周期、時間、相位、相位差等基本功能外，還具有自檢、自校、自診斷、數(shù)理統(tǒng)計、計算方均根值、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)通信等功能�，F(xiàn)在的數(shù)字頻率計一般都使用FPGA，VHDL，單片機等一系列基于各種軟硬件或大規(guī)模集成電路制作成的數(shù)字頻率測頻計，在大量的產(chǎn)品開發(fā)、研制和電子儀表生產(chǎn)與試驗工作中多是需要自行設(shè)計測頻與計數(shù)電路的組件單元，不必購置貴重的專用測頻計數(shù)儀器。1.3研究現(xiàn)狀單片機技術(shù)的誕生已有幾十年的歷史，在這幾十年中，科學(xué)技術(shù)發(fā)生了令人瞠目結(jié)舌的變化，人們對于智能化測量技術(shù)的需求越來越大。綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，基于單片機的數(shù)字多用表測量技術(shù)備受著許多學(xué)者的關(guān)注。伴隨著科學(xué)技術(shù)日異月新的發(fā)展，為了能夠?qū)崿F(xiàn)測量技術(shù)更加的智能化，測量精度更加高，抗干擾能力更強，識別效果更好，生產(chǎn)成本更低等要求，國內(nèi)外科研所的科研人員和高校的學(xué)者對此作了大量的努力和探索。采用單片機為系統(tǒng)控制核心的數(shù)字頻率計。這種數(shù)字頻率計具有非常明顯的優(yōu)勢：體積小，所用芯片少，精度高，測量范圍廣，易于擴展功能，智能化、自動化強度高，便于控制。因此采用單片機技術(shù)設(shè)計數(shù)字器件已逐漸成為主流。1.4本文的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排：
第一章簡單敘述數(shù)字頻率計的歷史研究背景和當(dāng)下的研究意義，以及數(shù)字頻率計在國內(nèi)外的發(fā)展和研究現(xiàn)狀。
第二章簡單介紹了AT89C51單片機、LED數(shù)碼管和系統(tǒng)的整體設(shè)計方案與原理。
第三章硬件電路分成波形放大電路、整形電路和多數(shù)據(jù)選擇電路三個模塊依次描述硬件電路。
第四章介紹軟件設(shè)計原理和流程。
第五章對本文的設(shè)計用protues進行仿真與調(diào)試
第六章對本設(shè)計進行總結(jié)以及對數(shù)字頻率計將來發(fā)展趨勢的展望。
2系統(tǒng)的設(shè)計理念
數(shù)字頻率計是一種十分特殊的軟件與硬件結(jié)合的測量工具，本設(shè)計利用AT89C51單片機、LED數(shù)碼管和C語言程序搭建了一個智能化、數(shù)字化測量系統(tǒng)。硬件部分主要是AT89C51芯片為核心搭建硬件電路；軟件部分以C語言程序為核心，實現(xiàn)對整個測量電路的控制與測量，既大大簡化了整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、節(jié)省了開發(fā)成本，又提高了測量精度并實現(xiàn)了相應(yīng)的物理量的測量功能。
2.1系統(tǒng)的框圖
待測信號首先經(jīng)過電路被放大，放大后的信號經(jīng)過整形變換，而后輸入單片機，經(jīng)過運算后在數(shù)碼管上顯示出所測頻率的大小。
2.2單片機簡介
2.2.1 AT89C51的外圍部件及其特性下面是對AT89C51單片機外圍部件及其特性的簡述。
（1）8031CPU與MCS-51相互兼容
（2）具有4K字節(jié)大小的可編程FLASH存儲器
（3）全靜態(tài)工作的頻率范圍:0Hz-24KHz
（4）三級的程序存儲器的保密鎖定
（5）內(nèi)部RAM是8位的128kb
（6）一個可以編程的全雙工串行口
（7）兩個16位定時器，兩個16位計數(shù)器
（8）五個中斷源和兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)
（9）片內(nèi)振蕩器和片內(nèi)時鐘電路
（10）32條可以編程的輸入/輸出口線
（11）一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路
2.2.2引腳與其功能
單片機的40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。VCC - 芯片電源，接+5V； GND - 接地端；引腳XTAL1常被當(dāng)作片內(nèi)振蕩電路輸入端來使用；引腳XTAL2常被當(dāng)作片內(nèi)振蕩電路輸出端來使用；引腳RST/VPP常被當(dāng)作復(fù)位引腳端使用，若想引發(fā)單片機復(fù)位，則必須滿足該復(fù)位引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平，否則無法引發(fā)單片機復(fù)位；引腳ALE/PROG常被當(dāng)作為地址鎖存允許信號端使用，用來鎖存地址允許信號；引腳EA/VPP[12]常被當(dāng)作程序存儲器的內(nèi)部和外部選通端口使用，當(dāng)需要從外部程序存儲器讀取指令時，該引腳必須接低電平才有效，當(dāng)需要從內(nèi)部的程序存儲器讀取指令時，此引腳必須接高電平才有效；引腳P0.0～P0.7是八位雙向的輸入輸出端口；引腳P1.0～P1.7是八位準(zhǔn)雙向并行輸入輸出端口；引腳P2.0～P2.7是八位準(zhǔn)雙向輸入輸出端口；引腳P3.0～P3.7也是八位準(zhǔn)雙向并行輸入輸出端口，更重要的是含有第二功能；引腳RXD，即P3.0是串行通信的輸入端口；引腳TXD，即P3.1是串行通信的輸出端口；引腳INT0，即P3.2是外部中斷0輸入端口，接低電平時才會有效；引腳INT1，即P3.3是外部中斷1輸入端口，也是接低電平時才會有效；引腳T0，即P3.4是計數(shù)器0外部事件計數(shù)輸入端口；引腳T1，即P3.5是計數(shù)器1外部事件計數(shù)輸入端口；引腳WR，即P3.6是外部隨機存儲器寫選通端口。
2.3 LCD1602簡介
LCD1602是一種很常見且應(yīng)用十分廣泛的顯示器件，可以顯示32個字符，芯片在4.5V~5.5V電壓之間正常工作，工作電流為2.0mA。外部端口如圖2-5所示。
圖2-5 LCD外部端口
下面是對LCD1602各端口的描述。
（1）VSS:電源信號
（2）VDD:電源正極
（3）VEE:液晶顯示偏壓信號
（4）RS:數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）
（5）RW:讀寫選擇端（H/L）
（6）E:使能信號端
（7）D0~D7:數(shù)據(jù)I/O口
在本設(shè)計中，數(shù)字/命令選擇端與單片機的P2.0端相連，使能端E與單片機的P2.2端口相連，D0~D7端口依次與單片機的P0.0~P0.7端口相連，用于實現(xiàn)對經(jīng)單片機處理后的測量數(shù)據(jù)的顯示，為了防止操作不當(dāng)損壞顯示屏，還需要將其與一排阻相連，以確保測量安全。LCD1602連接電路如圖2-6所示。
圖2-6 LCD連接電路
3硬件電路
本文設(shè)計的核心部分是AT89C51單片機，時鐘電路掌控著單片機的工作狀態(tài)，頻率測量電路將采集到的模擬信號發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。然后發(fā)送給單片機進行一系列處理，最后傳送給LCD模塊實現(xiàn)相應(yīng)物理量的顯示。
3.1放大電路
作者: 456123.. 時間: 2018-5-11 13:52
下面怎么沒有了
作者: 小小555 時間: 2018-5-11 15:14
下面呢？？？？？？？？？？？？
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