数字频率计的设计与制作说明书.doc

毕业设计毕业设计标 题： 数字频率计设计与制作说明书 学生姓名： 郑帮、刘元元 系 部： 电子信息工程系 专 业： 应用电子技术 班 级： 高电子 0901 班 指导教师： 舒 望 株洲职业技术学院教务处制目 录第 1 章 绪论………………………………………………………………1.1 概述…………………………………………………………1.1.1 课题研究的目的和意义…………………………………1.1.2国内外数字频率计的研究现状…………………………第 2 章 数字频率计的设计………………………………………………2.1 设计的任务和要求……………………………………………2.2 总体方案设计…………………………………………………2.2.1 方案论证与选择……………………………………………2.2.2 系统整体方案………………………………………………2.2.3 系统框图……………………………………………………第 3 章 硬件电路的设计………………………………………………3.1 整体电路介绍…………………………………………………………3.2 信号整形电路………………………………………………………3.2.1 信号整形电路论证……………………………………………… 3.2.2 过零比较器整形方案设计与仿真………………………………3.2 信号整形电路设计…………………………………………………3.3 信号分频与数据选择电路…………………………………………3.4 单片机最小系统设计………………………………………………3.5 显示方案论证………………………………………………………3.5.1 LED 方案…………………………………………………………3.5.2 LCD12864 方案……………………………………………………第 4 章 软件设计…………………………………………………………4.1 软件编程思想…………………………………………………………4.2 主要程序段及软件流程图……………………………………………结论…………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………附录 1………………………………………………………………………附录 2………………………………………………………………………摘要：频率是电子技术领域中最基本的参数之一，在许多测量方案以及测量结果中都会涉及到频率测量的相关问题，频率精确测量的重要性显而易见。

在本设计中就介绍了频率测量的原理以及一种简易频率计的制作方法它的主要原理是将待测的信号用一个过零比较器进行整形，由于待测信号未知，它有可能是正弦波，有可能是三角波，也有可能是方波过零比较器的作用就是将这些未知的信号整形成方波，方波信号单片机是可以测量的，但是如果整形出来的方波信号频率很大，此时单片机就无法测量了，因此还需要将频率过于高的整形出来的方波信号分频，直到它能被单片机测量为止能够实现简单的分频功能还是不够的，还需要知道具体是几分频，这一步就要用到选择器了，它的主要功能就是选择单片机所要的分好频的信号，这一步是可以通过单片机控制选择部分来实现的，最后可由单片机将处理好的数据以符合显示部分的要求发往显示部分显示本系统以 AT89C51 单片机作为系统的主要控制单元，通过AT89C51 单片机对系统各个部件的控制来实现整个电路的信号频率采集、测量、转换数据、以及显示最终结果的功能本数字频率计的硬件部分是采用 PROTUSE 绘制的，在做系统仿真的时候也用到了MULTISIM，软件部分的单片机控制程序的编写使用的是 C 语言本本系统的最大优点就是它结构简单易懂，制作起来也并不算麻烦，其缺点就是容易受自身电路元件以及周围环境的影响，从而导致测量结果与实际值的偏差。

关键词关键词：AT89C51；单片机；数字频率计第 1 章 绪 论1.1 频率计应用概述频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量 仪器其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段 T 内的周期个数为 N 时， 则被测信号的频率 f=N/T电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有 30 多年的发展史早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测 量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计算器的技术水平，决定电子计数器 价格高低的主要依据目前这些基本技术日臻完善，成熟应用现代技术可以轻 松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段 随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求对于低档产品 要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低而对于中高档产品， 则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能，时域分析功能等等，或者包含 电压测量等其他功能这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实 现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展 到头了由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度不 断提高，频率范围不断扩大，功能不断地增加。

在测试通讯、微波器件或产品时， 通常都是较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的或含有未知频率分量的、 频率固定的或变化的、纯净的或叠加有干扰的等等为了能正确地测量不同类型 的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能微波计数器一般使 用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频 放大器等虽然所有的微波计数器都是用来完成计数任务的，但制造厂家都有各 自的一套复杂的计数器的设计、使得不同型号的 计数器性能和价格会有所差别， 比如说一些计数器可以测量脉冲参数，并提供类似于频率分析仪的屏幕显示,对 这些功能具有不同功能不同规格的众多仪器，我们应该视测试需要正确地选择， 以达到最经济和最佳的应用效果1.2 数字频率计系统介绍1.2.1 课题研究的目的和意义毫无疑问，无论是在科技研究中还是在实际应用中，频率测量的作用都显得 尤为重要然而传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构 成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用随着 科技的进步，为了较好的解决这一问题人们开始运用单片机测量频率，它是一种 基于时间或频率的模数转换原理，并依赖于数字电路技术发展起来的一种显示被 测信号频率的数字测量仪器。

与传统的测量方式相比，运用了单片机频率计有着体积更小，运算速度更快， 测量范围更宽的优点，更重要的是它能大大的降低制作成本由于传统的频率计 中有许多功能是依靠硬件来实现的，而采用单片机测量频率之后，有许多以前需 要用硬件才能实现的功能现在仅仅依靠软件编程就能实现，而且不同的软件编程 能够实现不同的功能，这一巨大优势无疑使得制作成本大大降低由于当今科技的日新月异，人们对电子产品的要求随之增高，经济、高效、 精准成为人们的目标，就频率计来说，如果现如今还是像传统的方式来设计并制 造，那显然不能满足人们的要求那么基于单片机的数字频率计必将取代传统的 频率计而它的优势也显而易见，小巧轻便、集成度高、操作简单、易于维护和 修改这些优点无不满足着人们追求经济、高效、精准的目标试想一下，改变 程序中的几行命令显然要比改变电路板上的几条连线要快的多，方便的多 也正是由于基于单片机的数字频率计与传统的频率计有着那么明显的优势，因此， 我将数字频率计的设计与实现作为我的研究课题通过设计频率计系统，实现信 号频率的检测功能在检测系统的设计中，要熟悉以单片机为核心的控制单元， 以检测电路为依托的功能单元，以人机界面为媒介的交互单元。

了解频率检测的 算法及软硬件的实现方式灵活应用电子相关学科的理论知识，联系实际电路设 计的具体实现方法，达到理论与实践的统一在此过程中，加深对信号检测和信 号处理的理解和认识这对我以后的工作和学习都是有很大帮助的1. 2.2 国内外数字频率计的研究现状电子计数器是其他数字化仪器的基础，在它的输入通道接入各种模-数变换 器，再利用相应的换能器便可制成各种数字化仪器电子计数器的优点是测量精 度高、量程宽、功能多、操作简单、测量速度快、直接显示数字，而且易于实现 测量过程自动化，在工业生产和科学实验中得到广泛应用它的主要实现方法有直接式、锁相式、直接数字式和混合式四种直接式的 优点是速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中 锁相式和直接数字式都同时具有容易实现产品系列化、小型化、模块化和工程化 的特点，其中，锁相式更是以其容易实现相位同步的自动控制且低功耗的特点成 为众多业内人士的首选，应用最为广泛电国际上数字频率计的分类很多按功能分类，电子计数器有通用和专用之 分1) 通用型计数器：是一种具有多种测量功能、多种用途的万能计数器它 可测量频率、周期、多周期平均值、时间间隔、累加计数、计时等；若配上相应 插件，就可测相位、电压、电流、功率、电阻等电量；配上适当的传感器，还可 进行长度、重量、压力、温度、速度等非电量的测量。

2) 专用计数器：指专门用来测量某种单一功能的计数器如频率计数器、 时间计数器、特种计数器、可逆计数器、予置计数器、差值计数器、倒数计数器 等数字频率计按频段分类：(1)低速计数器：最高计数频率＜10MHz；(2)中速 计数器：最高计数频率 10—100MHz；(3)高速计数器：最高计数频率 ＞100MHz；(4)微波频率计数器：测频范围 1—80GHz 或更高值得一提的是微波计数器，它是以通用计数器和频率计数器为主配以测频扩 展器而组成的微波频率计它的测频上限已进入毫米波段，有手动、半自动 、 全自动 3 类系列化微波计数器是电子计数器发展的一个重要方面数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的 功能，从而提高系统可靠性和速度现如今，数字频率计已经不仅仅是测量信号 频率的装置了，用它还可以测量方波脉冲的脉宽在人们的生产生活中数字频率 计也发挥着越来越重要的作用，比如用数字频率计来监控生产过程，这样可以及 时发现系统运行中的异常情况，以便给人们争取时间处理除此之外，它还可以应用于工业控制等其它领域在传统的电子测量仪器中， 示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。

频谱仪可以准确的测量频率 并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号 的频率变化正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此 频率计拥有非常广泛的应用范围在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中频率 计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出的频率变化，用户通过使用频率计能够迅速 的发现有故障的晶振产品，确保产品质量在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准， 还可以用来对无线电台的跳帧信号进行分析对于频率计的设计目前也有专用芯片可以实现，如利用 MAXIM 公司的ICM7240 来设计频率计但由于这种芯片的计数频率比较低，远不能达到在一些 场合需要测量很高的频率要求，而且测量精度也受到芯片本身的限制提出的用 AT89C52 单片机设计频率计的方法可以解决这些问题，实现精度较高、等精度和 宽范围频率计的设计第 2 章 数字频率计的设计2.1 设计的任务和要求设计的任务1.基于单片机设计一个数字频率计2.熟悉 51 或 AVR 单片机集成开发环境，运用 C 语言编写工程文件。

3.熟练应用所选用单片机内部结构、资源，以及软硬件调试设备的基本方法4.自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的。