基于單片機(jī)的數(shù)字計(jì)頻器課件

1、課題：基于單片機(jī)數(shù) 字頻率計(jì)指導(dǎo)老師：余勝制作人：謝叮咚譚治明曹鈺1.數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展和意義 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類分立電子元件及其所構(gòu)成的相關(guān)功能單元，已逐步被功能更強(qiáng)大、性能更穩(wěn)定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外圍電路構(gòu)成的各種自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)顯示電路遍及各種電子產(chǎn)品和設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，更新?lián)Q代速度可謂日新月異。與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比，運(yùn)用了單片機(jī)頻率計(jì)有著體積更小，運(yùn)算速度更快，測(cè)量范圍更寬和制作成本更低的優(yōu)點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的頻率計(jì)中有許多功能是依靠硬件來實(shí)現(xiàn)的，而采用單片機(jī)測(cè)量頻率之后，有許多以前需要用硬件才能實(shí)現(xiàn)的功能現(xiàn)在僅僅依靠軟件編程就能實(shí)現(xiàn)，而且

2、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。數(shù)字頻率計(jì)主要實(shí)現(xiàn)方法有直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式四種。直接式的優(yōu)點(diǎn)是速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多，一般只應(yīng)用在地面雷達(dá)中。鎖相式和直接數(shù)字式都同時(shí)具有容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化、小型化、模塊化和工程化的特點(diǎn)，其中，鎖相式更是以其容易實(shí)現(xiàn)相位同步的自動(dòng)控制且低功耗的特點(diǎn)成為眾多業(yè)內(nèi)人士的首選，應(yīng)用最為廣泛。2.課題設(shè)計(jì)要求 用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)的頻率，能測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)、尖脈沖信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。能測(cè)量周期性正弦方波信號(hào).測(cè)量范圍100Hz100kHz。測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào),測(cè)量范圍100H

3、z100kHz。應(yīng)用單片機(jī)為主控芯片，完成算術(shù)運(yùn)算和控制功能，并采用LED數(shù)碼管顯示所測(cè)頻率。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路以單片機(jī)AT89C52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一種數(shù)字頻率計(jì)，它由放大整形電路、分頻電路、多路選擇器（用T0、T1分別計(jì)數(shù)）、單片機(jī)、顯示電路等組成，應(yīng)用單片機(jī)中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)等完成頻率的測(cè)量。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，放大整形電路是把非矩形波轉(zhuǎn)化成矩形波，這樣單片機(jī)才能識(shí)別；分頻電路是為了測(cè)量更高頻率的信號(hào)，多路數(shù)據(jù)選擇器是用來選擇輸入信號(hào)的；單片機(jī)用來測(cè)量頻率和切換量程等；顯示電路用來顯示頻率值。所制作的頻率計(jì)采用外部十分頻，實(shí)現(xiàn)1Hz10MHz的頻率測(cè)量，而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換，通過四

4、位數(shù)碼管顯示頻率值，再用不同的LED發(fā)光二極管顯示頻率值的單位。設(shè)計(jì)框圖 3.1 單片機(jī)模塊以AT89C52單片機(jī)為控制核心，來完成對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)、譯碼和顯示以及對(duì)分頻比的控制，利用其內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量。單片機(jī)AT89C52內(nèi)部具有3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。AT89C52介紹 AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)

5、MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。PDIP封裝的AT89C52引腳圖 T0、T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1.工作方式選擇位M1,M0 M1,M0兩位確定計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)方式，其對(duì)應(yīng)關(guān)下如下表：2.定時(shí)器方式和外部事件計(jì)數(shù)方式選擇位C/T C/T=0為定時(shí)方式。在定時(shí)方式中，以振蕩器輸出時(shí)鐘脈沖的十二分頻信號(hào)作為計(jì)數(shù)信號(hào)，也就是每一個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器加“1”。若晶振為12MHZ，則定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率為1MHZ，計(jì)數(shù)的脈沖周期為1us。定時(shí)器從初值開始加“1”計(jì)數(shù)直至定時(shí)器溢出所需的時(shí)間是固定的，所以稱為定時(shí)方式。 C/T=1為外部事件

6、計(jì)數(shù)方式，這種方式采用外部引腳（T0為P3.4，T1為P3.5）上的輸入脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖。內(nèi)部硬件在每個(gè)機(jī)器周期采樣外部引腳的狀態(tài)，當(dāng)一個(gè)機(jī)器周期采樣到高電平，接著的下一個(gè)機(jī)器周期采樣到低電平時(shí)計(jì)數(shù)器為1，也就是說在外部輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí)為1。外部事件計(jì)數(shù)時(shí)最高計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的二十四分之一，外部輸入脈沖高電平和低電平時(shí)間必須在一個(gè)機(jī)器周期以上。對(duì)外部輸入脈沖計(jì)數(shù)的目的通常是為了測(cè)試脈沖的周期、頻率或?qū)斎氲拿}沖數(shù)進(jìn)行累加。 3. 門控位GATE GATE為1時(shí)，定時(shí)器的計(jì)數(shù)受外部引腳輸入電平的控制（INT0控制T0的計(jì)數(shù)，INT1控制T1的計(jì)數(shù)）；GATE為0時(shí)定時(shí)器計(jì)數(shù)不受外部引腳輸入

7、電平的控制。 T2CON（T2的控制寄存器）,字節(jié)地址0C8H：位地址 0CFH 0CEH 0CDH 0CCH 0CBH 0CAH 0C9H 0C8H符 號(hào) TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RT2各位的定義如下：TF2： 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2溢出標(biāo)志，T2溢出時(shí)置位，并申請(qǐng)中斷。只能用軟件清除，但T2作為波特率發(fā)生器使用的時(shí)候，(即RCLK=1或TCLK=1),T2溢出時(shí)不對(duì)TF2置位。EXF2：當(dāng)EXEN2=1時(shí)，且T2EX引腳（P1.0）出現(xiàn)負(fù)跳變而造成T2的捕獲或重裝的時(shí)候，EXF2置位并申請(qǐng)中斷。EXF2也是只能通過軟件來清除的。RCLK：串行接收時(shí)

8、鐘標(biāo)志，只能通過軟件的置位或清除；用來選擇T1（RCLK=0）還是T2（RCLK=1）來作為串行接收的波特率產(chǎn)生器TCLK：串行發(fā)送時(shí)鐘標(biāo)志，只能通過軟件的置位或清除；用來選擇T1（TCLK=0）還是T2（TCLK=1）來作為串行發(fā)送的波特率產(chǎn)生器EXEN2：T2的外部允許標(biāo)志，只能通過軟件的置位或清除；EXEN2=0：禁止外部時(shí)鐘觸發(fā)T2定時(shí)/計(jì)數(shù)器3.2 分頻模塊 采用12MHZ的時(shí)鐘，最大計(jì)數(shù)速率為500 kHz，因此需要外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差。為了測(cè)量提高精度，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值

9、較低時(shí)，直接使用單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值；當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值較高時(shí)采用外部十分頻后再計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值。這兩種情況使用TO(P3.4）和T1（P3.5)計(jì)數(shù)選擇，由單片機(jī)先簡(jiǎn)單測(cè)得被測(cè)信號(hào)是高頻信號(hào)還是低頻信號(hào)，然后根據(jù)信號(hào)頻率值的高低進(jìn)行通道的相應(yīng)導(dǎo)通，繼而測(cè)得相應(yīng)頻率值。因此此模塊主要包括分頻器74LS161、與非門74LS00。74LS161芯片 74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器 。74161的功能表 從表中可以知道，當(dāng)清零端RD=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)RD=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74

10、LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)RD=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的異步清零功能和同步計(jì)數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。本文組成了十進(jìn)制的分頻器。頻率數(shù)值顯示電路 圖1 共陽極數(shù)碼管顯示電路圖 頻率數(shù)值單位顯示電路圖2 LED檔位指示電路當(dāng)輸入信號(hào)為46.3KHZ的正弦波圖3仿真軟件中輸出結(jié)果 當(dāng)輸入信號(hào)為9.643MHZ的方波信號(hào)圖4 仿真軟件輸

11、出為9.643MHZ當(dāng)輸入超過量程時(shí)的仿真圖實(shí)物調(diào)試圖片輸入為方波信號(hào)（其中白燈為檔位）輸入為265.2HZ，顯示為265H當(dāng)輸入為.方波信號(hào)時(shí)，輸出為.（其中綠燈為檔位）結(jié)論 數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字，顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計(jì)。 目前測(cè)量頻率的方法主要有脈沖定時(shí)測(cè)頻法，脈沖周期測(cè)頻法，脈沖倍頻測(cè)頻法和脈沖分頻測(cè)頻法等。本次設(shè)計(jì)采用脈沖定時(shí)測(cè)頻法和脈沖分頻測(cè)頻法，電路簡(jiǎn)單，軟件代碼通俗易懂。通過此次設(shè)計(jì)，熟練掌握了C語言的編寫，仿真軟件Proteus、Keil軟件和DXP2004制版軟件的應(yīng)用，了解了相關(guān)元件的基本知識(shí)，同時(shí)還熟練掌握了對(duì)文