【61页】毕业论文_数字频率计的设计.doc文档精品范文 ㊣ 精品文档 值得下载

的测量就显得更为重要。

测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有精度高使用方便测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之。

电子计数器测频有两种方式是直接测频法，即在定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数二是间接测频法，如周期测频法。

直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。

数字频率计是种基本的测量仪器，是用数字显示被测信号频率的仪器，如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，因此，它被广泛应用于航天电子测控等领域。

随着电子技术的快速发展，它将被更广泛的应用到各个领域中去。

目前市场上的频率计产品很多，但基本上都是采用专用计数芯片如和数字逻辑电路组成，由于这些芯片本身的工作频率不高如仅有左右，从而限制了产品的工作频率的提高，远不能达到在些特殊的场合需要测量很高的频率的要求，而且测量精度也受到芯片本身极大的限制。

数字频率计概述频率是电子技术领域永恒的话题，电子技术领域离不开频率，旦离开频率，电子技术的发展是不可想象的。

为了得到性能更好的电子系统，科研人员在不断地研究着频率，就是用频率的高低来评价其性能好坏，可见频率在电子系统中的重要性。

由于社会发展和科技发展的需要，信息传输和处理的要求的提高，对频率的测量精度也提出了更高的要求，需要更高准确度的时频基准和更精密的测量技术。

而频率测量所能达到的精度，主要取决于作为标准频率源的精度以及所使用的测量设备和测量方法。

频率测量技术发展非常快。

大量的工作在改进创造新的测频原理方法和仪器，以便以更高的精度速度，自动进行测量和数据处理，并向多功能小型化高性价比方向发展。

综观过去二十年的国内频率计市场，其生产单位有几十家，主要集中在江苏四川河北上海等电子工业较发达的地区，产品的型号品牌已有上百种。

这些国内产品虽然在采用大规模集成电路和专用集成电路改进设计强化多功能和小型化等方面都取得了很大进展。

近几年随着我国电子仪器业的迅速发展及对仪器仪表的需求不断增长，生产厂商采用新器件和新技术，使频率计的便携性智能性有很大提高，其测频范围显示分辨率采样时间灵活性等技术性能已接近或达到国外先进水平。

可见其市场发展前景乐观，电子仪器市场与全国经济前景样变的越来越好。

课题开发工具和语言与仿真介绍程序调试不仅支持语言，同时也可以对汇编进行调试。

的编程及调试步骤主要由以下部分组成选用芯片。

根据电路图设置引脚功能。

对程序进行调试。

生成机器代码文件。

仿真通过的程序调试把程序烧写成机器语言就可以在中仿真。

在调试中因为电路界面太小，省去了放大部分，直接采用输入方波正弦波锯齿波和三角波的信号来查看电路是否有异常及存在的问题，主要步骤分以下几部分根据所画的电路图连接各部分元件。

单片机载入机器代码文件。

设置内置晶振为。

分别输入方波正弦波锯齿波和三角波信号进行测试。

开发语言选用开发语言应注意以下两点生成的目标代码质量高，程序运行效率高。

可移植性好。

基本上不用作修改就能用于各种类型的计算机和各种操作系统。

本系统选择的语言是语言，它有以下特点简洁紧凑灵活方便运算符丰富数据结构丰富是结构式语言语法限制不太严格，程序设计自由度大语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作生成目标代码质量高，程序执行效率高般只比汇编程序生成的目标代码效率低へ。

语言适用范围大，可移植性好开发利用语言进行单片机应用系统数字频率计的设计，不仅编程简单，精度高，而且避免了汇编语言在进行乘除法运算时要考虑采用浮点运算的要求。

与汇编语言相比编程语句大大减少。

第章方案论证与系统原理频率测量常见方法直接测频法。

直接测频法是把被测频率信号经脉冲形成电路后加到闸门的个输入端，只有在闸门开通时间以秒计内，被计数的脉冲被送到十进制计数器进行计数。

设计数器的值为，由频率定义式可以计算得到被测信号频率为。

经分析，本测量在低频段的相对测量误差较大，增大可以提高测量精度。

组合法。

直接测量周期法在低频段精度高。

组合测频法是指在低频时采用直接测量周期法测信号周期，然后换算成频率。

这种方法可以在定程度上弥补方法的不足，但是难以确定最佳分测点，且电路实现较复杂。

倍频法。

直接测频法在高频段有着很高的精度。

可以把频率测量范围分成多个频段，使用倍频技术，根据频段设置倍频系数将经整形的低频信号进行倍频后再进行测量，高频段则进行直接测量。

高精度恒误差测频法。

通过对传统测量方法的研究，结合高精度恒误差测量原理，设计种测量精度与被测频率无关的硬件测频电路。

本方法立足于快速的宽位数高精度浮点数字运算。

可用实验方案介绍方案采用频率计模块如构成，特点是结构简单，量程可以自动切换。

内部带有放大整形电路，可以直接输入模拟信号。

外部振荡部分选用块高精度晶振体和两个低温系数电容构成并联振荡电路。

用转换开关选择，四种闸门时间，同时量程自动切换，直接点亮。

方案系统采用可编程逻辑器件，如作为信号处理及系统控制核心，完成包括计数门控显示等系列工作。

该方案利用了的可编程和大规模集成的特点，使电路大为简化，但此题使用则不能充分发挥其特点及优势，并且测量精度不够高，导致系统性能价格比降低系统功能扩展受到限制。

方案系统采用系列单片机作为控制核心，性能好，价格便宜。

由于单片机的计数频率上限较低晶振时约，所以需对高频被测信号进行硬件欲分频处理，则完成运算控制及显示功能。

由于使用了单片机，使整个系统具有极为灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能扩展与改进。

综上所述，权衡各方面的利弊，本系统采用方案三。

系统实现原理频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

频率是单位时间内信号发生周期变化的次数。

如果我们能在给定的时间内对信号脉冲计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。

数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。

这就是数字频率计的基本原理。

本频率计的设计以单片机为核心，利用它内部的定时计数器完成待测信号频率的测量。

单片机内部具有个位定时计数器，定时计数器的工作可以由编程来实现定时计数和产生计数溢出中断要求的功能。

在构成为定时器时，每个机器周期加使用时钟时，每加，这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。

在构成为计数器时，在外部引脚发生从到的跳变时计数器加，这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。

外部输人每个机器周期被采样次，这样检测次从到的跳变至少需要个机器周期个振荡周期，所以最大计数速率为时钟频率的使用时钟时，最大计数速率为。

定时计数器的工作由相应的运行控制位控制，当置，定时计数器开始计数当清，停止计数我们知道当系统晶振频率为时，即使定时计数器工作在方式，最长定时时间也不过，要获得即的定时时间，属于超长定时，除了使用定时器功能外，还要使用软件计数方法。

可使用定时器方式，定时时间可设为，软件计数器初值为。

定时器溢出时，软件计数器减，当软件计数器减到时，就获得了的时间。

用于测量频率的计数器记录每次中断时的频率，用软件的方式将其累加。

单片机所能检测的最大频率为，所以设计了分频电路，以降低频率进行更大频率的检测。

计数完后将最后的频率值乘以分频值以得到要测量的实际频率。

最后经数值转换，输入显示电路。

最后经数值转换，输入显示电路。

本设计测量范围为，测量误差为。

单片机应用系统有软件和硬件两部分组成。

硬件是指单片机扩展存储器输入输出接口电路及设备等组成的电路系统软件包括监控程序和各种应用程序。

本设计用到单片机的接口复位晶振和口的特殊功能计数功能，存储器的扩展口的扩展等功能没用到，有待在以后的继续深造中对其进行扩展及研究。

单片机应用系统的开发过程如图所示图利用计算机程序设计软件工程，计算机单片机在自动控制数据采集数据处理和数据显示的方法设计本应用系统，并采用计算机硬件应用系统般的设计和研究方法，完成简单的硬件应用系统的设计选型安装及调试。

频率计应用系统由整形电路分频电路单片机显示电路和系统软件所组成如图。

图分频电路待测信号单片机显示电路达到分频值未达到分频值单片机不分频总体设计硬件设计软件设计仿真调试可靠性试验产品化第章硬件设计本章主要介绍系统相关芯片基础知识频率计应用系统的基本单元电路组成以及对基本电路的设计与实现。

系统相关芯片介绍单片机主控模块。

单片机有以下选型原则单片机的系统适应性。

单片机的系统适应性是指能否用这个单片机完成对应用系统的控制或数据处理的任务，或增加些附加的集成电路完成要求的任务。

而不是味的追求高性能。

这是单片机选型最重要的原则。

系统适应性主要考虑以下问题阳端口数目中断源和定时器外围端口部件吞吐量单片机的可开发性。

单片机的可开发性是选择单片机的个非常重要的因素。

如果所选用的单片机没有足够的开发手段，那么该系统的开发将很难顺利的进行。

单片机的可购买性单片机的购买途径是否顺畅以及购买量是否足够。

即是否直接从单片机生产厂家或其代理商处买到。

当我们用单片机来开发个产品时，势必有其数量的要求，这就要求所选用的单片机也应有数量的保证。

另外，还要关注下，此类的单片机是否仍然在生产中。

总之，遵循以上原则对单片机进行选择，般来说就可以选择图管脚图出合适的用于具体的应用系统的单片机。

本设计采用，引脚排列如图所示。

选择单片机是因为有编程灵活易调试的特点，而且的引脚较多，利于电路的扩展。

它集成了定时器计数器和多功能口等台计算机所需的基本功能部件，有个引脚，个外部双向输入输出端口，同时内含两个外中断口，两个位可编程定时计数器，两个全双工串行通信口。

其片内集成了的用来存放应用程序，这个程序存储器除允许般的编程器离线编程外，还允许在应用系统中实现在线编程，并且还提供了对程序进行三级加密保护的功