PROTEUS的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

...wd......wd......wd...摘要在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。頻率計(jì)可以用純硬件電路搭制。本文設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)AT89C52為核心的數(shù)字頻率計(jì),其中硬件局部主要是由整形電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)和顯示單元組成的，軟件設(shè)計(jì)是由一些功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如有初始化模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊等等。此外，通過(guò)控制單片機(jī)的各項(xiàng)功能和運(yùn)算操作能力進(jìn)而來(lái)實(shí)現(xiàn)周期和頻率間的計(jì)數(shù)和數(shù)據(jù)的保存。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)能測(cè)量頻率10Hz-10kHz,這既到達(dá)了設(shè)計(jì)所要求的頻率測(cè)量范圍，又到達(dá)了較高的準(zhǔn)確度。測(cè)量時(shí)，將被測(cè)輸入信號(hào)送給單片機(jī)，通過(guò)程序控制計(jì)數(shù)，結(jié)果送數(shù)碼管顯示頻率值。本設(shè)計(jì)中的頻率計(jì)具有電路構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低、測(cè)量方便、精度較高等特點(diǎn),適合測(cè)量低頻信號(hào),能基本滿足一般情況下的需求,既保證了測(cè)頻精度，又使系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性，并且本頻率計(jì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，便于攜帶，擴(kuò)展能力強(qiáng)，適用范圍廣。另外，由于本設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，提高了測(cè)量頻率的范圍,并且本次設(shè)計(jì)包括硬件畫(huà)圖和軟件程序編寫(xiě)。

關(guān)鍵詞：頻率測(cè)量,頻率計(jì),單片機(jī),LED顯示ABSTRACTAmongelectronictechnology,frequencyisoneofthemostbasicparameters,andresultofmeasuringhaveaverycloserelationtoalotofelectricparameters,sothemeasurementoffrequencyseemsevenmoreimportant.Frequencycountercantakethesystemwithpurehardwarecircuitry.Basedonsingle-chipprocessordigitalfrequencyofthousandsofdesignandimplementationAbstractThisarticleproposesplandesigndigitalfrequencymeter,highlightingthedesigntakingmonolithicintegratedcircuitAT89C52asthecontrolcore.Thehardwarepartiallyiscomposedbytheshapingcircuit、thesmallestsystemofmicrocontrollerandthedatadisplayelectriccircuit;Thesoftwaredesignisachievedbymanyfunctionalmodules,suchasthesignalfrequencymeasurementmodule、thedatadisplaymoduleandsoon.What'smore,achievingcountingfunctionandconversionbetweencycleandfrequencybyusingcontrolfunctionsandmathematicsoperationabilityofmicrocontroller.Likethesethesurveyscopecanachieve10Hz-10kHz,bothcanreachthefrequencyrangerequirementsdesigned,andthemeasuringaccuracyhigh。Besides,becauseoriginallydesignthedesignmethodtoadoptmodule,improvetherangeofmeasuringfrequency.Andthedrawingofthisdesign,includinghardwareandsoftwareprogramming.Keywords:Frequencymeasurement,Cymometer,Single-Chipcomputer,LEDdisplay目錄摘要④定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的兩個(gè)作用是用來(lái)準(zhǔn)確確實(shí)定某一段時(shí)間間隔〔作定時(shí)器用〕或累計(jì)外部輸入的脈沖個(gè)數(shù)〔作計(jì)數(shù)器用〕。當(dāng)用作定時(shí)器時(shí)，在其輸入端輸入周期固定的脈沖，根據(jù)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中累計(jì)〔或事先設(shè)置〕的脈沖個(gè)數(shù)，即可計(jì)算出所定時(shí)間的長(zhǎng)度。當(dāng)89C52內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選擇為定時(shí)器工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增1。因此，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的輸入脈沖周期與機(jī)器周期一樣，為振蕩頻率的1/12。當(dāng)采用12MHz頻率的晶體時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為1MHz，輸入脈沖的周期間隔為1μs。由于定時(shí)的精度決定于脈沖的周期，因此，當(dāng)需要高精度的定時(shí)器時(shí)，應(yīng)盡量選擇頻率較高的晶體。4.2.2定時(shí)工作方式0方式0是13位計(jì)數(shù)構(gòu)造的工作方式，其計(jì)數(shù)器由TH0高8位和TL0的低五位構(gòu)成。TL0的高3位棄之不用。當(dāng)C/=0時(shí)，多中開(kāi)關(guān)接通振蕩脈沖的12分頻輸出，13位計(jì)數(shù)器以此進(jìn)展計(jì)數(shù)，這就是所謂定時(shí)器工作方式。當(dāng)C/=1時(shí)，多路開(kāi)關(guān)接通計(jì)數(shù)引腳〔T0〕，外部計(jì)數(shù)脈沖由引腳T0輸入。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，這就是所謂計(jì)數(shù)工作方式。不管是哪種工作方式，當(dāng)TL0的低五位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，向TH0進(jìn)位，而全部13位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，那么向計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位TF0進(jìn)位。4.3程序流程圖設(shè)計(jì)4.3.1主程序流程主程序流程圖如圖4.1所示：頻率放大讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值重新啟動(dòng)T0、T1中斷，重新進(jìn)展測(cè)量結(jié)果顯示頻率放大讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值重新啟動(dòng)T0、T1中斷，重新進(jìn)展測(cè)量結(jié)果顯示YNKey=1開(kāi)場(chǎng)程序運(yùn)行后，假設(shè)key為1那么重新啟動(dòng)T0、T1中斷，重新進(jìn)展測(cè)量。假設(shè)不為1那么讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值，然后對(duì)頻率進(jìn)展放大，最后再進(jìn)展結(jié)果顯示。4.3.2中斷流程T1中斷流程圖如圖4.2所示：進(jìn)入中斷對(duì)T1賦初值進(jìn)入中斷對(duì)T1賦初值計(jì)算頻率值freqTimecount++Timecount==10退出中斷停頓T0T1圖4.2T1中斷流程圖`中斷程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)與計(jì)數(shù)的功能。T1進(jìn)展定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為1s。進(jìn)入中斷后，先賦值于T1，Timecount加1，而后計(jì)算相應(yīng)的頻率值。當(dāng)Timecount加到10時(shí)，停頓T0，T1，并退出中斷。T0中斷流程圖如圖4.3所示：進(jìn)入中斷進(jìn)入中斷T0count++退出中斷圖4.3T0中斷流程圖進(jìn)入中斷后，T0進(jìn)展計(jì)數(shù)，T0中斷溢出一次。T0count加1，當(dāng)定時(shí)到達(dá)1s時(shí)，停頓T0，T1。5.頻率計(jì)的仿真調(diào)試?yán)梅抡孳浖ROTEUS的強(qiáng)大的仿真功能可以有效地檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的原理圖是否在理論上正確合理。分別以正弦波，方波，作為輸入信號(hào)檢測(cè)電路的仿真效果。利用Keiluvision2軟件編寫(xiě)單片機(jī)的工作程序并且檢驗(yàn)程序是否成功編譯。通過(guò)Keiluvision2逐步運(yùn)行程序的功能可以檢測(cè)出程序的錯(cuò)漏從而進(jìn)展改正。程序編譯成功后，利用ISIS軟件把程序加載到原理圖中進(jìn)展仿真，通過(guò)顯示器顯示出來(lái)的頻率大小與所設(shè)計(jì)的頻率相比較可以看出所編寫(xiě)的程序是否滿足要求，是否符合設(shè)計(jì)所要求的精度。測(cè)出各頻率范圍的誤差，如果不符合設(shè)計(jì)所要求的精度可以通過(guò)改變單片機(jī)定時(shí)器的初始值或者優(yōu)化程序的構(gòu)造來(lái)減小誤差增加精度！LED數(shù)碼管采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)展顯示，要設(shè)計(jì)好相應(yīng)的掃描時(shí)間，因?yàn)閽呙钑r(shí)間太短那么LED顯示出來(lái)的數(shù)字便會(huì)一直在閃爍不穩(wěn)定，掃描時(shí)間太長(zhǎng)那么LED顯示便會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的熄滅。系統(tǒng)仿真電路如以以下圖所示：圖5.1系統(tǒng)仿真電路圖當(dāng)輸入信號(hào)頻率為10Hz:圖5.2系統(tǒng)仿真圖當(dāng)輸入信號(hào)頻率為100Hz:圖5.3系統(tǒng)仿真圖當(dāng)輸入信號(hào)頻率為1kHz:圖5.4系統(tǒng)仿真圖當(dāng)輸入信號(hào)頻率為10kHz:圖5.5系統(tǒng)仿真圖從上面的仿真結(jié)果可以得出如下結(jié)論：仿真電路導(dǎo)通，LED數(shù)碼管顯示器能顯示出所測(cè)量的信號(hào)頻率且測(cè)量范圍是10Hz-10kHz，測(cè)量誤差在設(shè)計(jì)要求(σ≤±1%)范圍內(nèi)。參考文獻(xiàn)[1]陳敬遠(yuǎn).數(shù)字頻率計(jì)的VHDL設(shè)計(jì)[J].浙江傳媒學(xué)院學(xué)報(bào);2002,01:36-38.[2]何均,楊明.適合于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的極值搜索算法[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2004，24.[3]杜玉遠(yuǎn).基于top-down方法的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子世界，2004，5：30-32.[4]錢(qián)進(jìn).基于AT89C2051的高度精度數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2007，20〔1〕:86-87.[5]馮雷星，楊偉，蘆燕龍.基于單片機(jī)高性價(jià)比頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[B].微計(jì)算機(jī)信息，2007，20.[6]赫建國(guó),劉立新,黨劍華.基于單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，03：34-37+75.[7]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社[M]，2003.12(1).[8]施劍鳴.單片機(jī)測(cè)頻技術(shù)及測(cè)量精度的提高[A].江蘇省計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)2005年論文集[C],2005.[9]謝煌，黃為.基于VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)頻率計(jì)[J].北京現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，14.[10]杜剛，高軍，童寧寧.基于AT89C2051單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2004，25〔4〕：498-501.[11]劉雪根.數(shù)字頻率計(jì)的誤差分析[J].自動(dòng)化與儀表，1996，3：23-24.[12]顧巨峰，周浩洋，朱建華.基于可編程邏輯器件〔Lattice〕的多功能數(shù)字頻率計(jì)［J］.電子工程師，2002，1：28-32.[13]王麗霞,程小輝,龔幼民.基于LM331的頻率計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器;2007，09.[14]VASILISHAMILAKIS.N.CVOULGARIS.AnAccurateMethodfortheMeasurementandItsDeviationUsingaMicro-computer[J].IEEETransInstrMeasIM-36，1987.No.1.[15]DaweiFan，Centeno，V．Phasor-BasedSynchronizedFrequencyMeasurementinPowerSystems[J]．PowerDelivery,IEEETransactionsOil，2007.[16]Yang.Y.,Yi.J.,Woo,Y.Y.,andKim.B.:‘OptimumdesignforlinearityandefficiencyofmicrowaveDohertyamplifierusinganewloadmatchingtechnique[J].Microw.J.,2001,44,pp.20–36.致謝感謝學(xué)校和教師對(duì)我的培養(yǎng)，給我這個(gè)自己動(dòng)手的時(shí)機(jī)和空間。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，終于在指導(dǎo)教師的幫助下完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，這不僅對(duì)自己的動(dòng)手能力有了很大的提升，而且還加深了我對(duì)單片機(jī)理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去，而且我還學(xué)會(huì)了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。同時(shí)，更重要的是，我在這一設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持不懈，不輕易言棄。在此我要感謝每一個(gè)幫助過(guò)我的人。要感謝給予我支持和幫助的的教師和各位同學(xué)，在我最困難的日子里，他們給我精神上的支持。他們一直在鼓勵(lì)我，讓我充滿信心地迎接每一個(gè)問(wèn)題。還有在我大學(xué)四悉心教導(dǎo)我的教師們，是你們教會(huì)我很多有用的知識(shí)，特別是教會(huì)了我解決問(wèn)題思考問(wèn)題的方式和習(xí)慣，我在做論文的時(shí)候才能有自己的思想和規(guī)劃，論文工作才有了目標(biāo)和方向。在此我代表大家向所有教師表示最誠(chéng)摯的謝意?？偠灾?，感謝每一位關(guān)心過(guò)我的人，你們今天對(duì)我的付出，成為我現(xiàn)在和將來(lái)工作的動(dòng)力。附錄〔程序〕#include<reg52.H>//********數(shù)碼管位代碼表(P2口)**********//unsignedcharcodedispbit[]={0x01,0x02,0x04,0x08};//********數(shù)碼管段代碼表(P0口，共陰且高位接dp，低位接a筆段)**********//unsignedcharcodedispcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F};unsignedchardisp[8];unsignedchartemp[8];unsignedchardispcount;unsignedcharT0count;unsignedchartimecount;voidinitial();voiddelay();voiddataDisplay();bitflag;sbitkey=P3^4;unsignedlongx,freq;//*********初始化模塊**********//voidinitial(void){P0=0x3F;P2=0xff;TMOD=0x15;TH0=0;TL0=0;TH1=(65536-4000)/256;TL1=(65536-4000)%256;TR1=1;TR0=1;ET0=1;ET1=1;EA=1;}//*********顯示模塊**********//voiddataDisplay(){unsignedchari;for(i=0;i<4;i++){temp[i]=0;}i=0;while(x/10){temp[i]=x%10;x=x/10;i++;}temp[i]=x;for(i=0;i<4;i++){dispbuf[i]=temp[i];}for(dispcount=0;dispcount<4;dispcount++){P0=dispcode[dispbuf[dispcount]];P2=dispbit[dispcount];Delay();}}//******************************************************///**************************延時(shí)函數(shù)******