標(biāo)題: 51數(shù)字頻率計(jì) [打印本頁]
作者: 張雙威 時(shí)間: 2018-5-6 14:45
標(biāo)題: 51數(shù)字頻率計(jì)
1緒論
1.1研究背景及主要研究意義
伴隨著時(shí)代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)與此同時(shí)也進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)代。數(shù)字頻率計(jì)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)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(cè)量參數(shù)之一，并且與許多參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，所以頻率的測(cè)量方式就表現(xiàn)的很重要。測(cè)量頻率的方法有很多種，其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有準(zhǔn)確度高、使用方便，以及測(cè)量過程中的自動(dòng)化與智能化，是頻率測(cè)量的常見手段之一。計(jì)數(shù)器測(cè)頻有兩種方法:一是直接測(cè)頻法，即在定閘門時(shí)間內(nèi)測(cè)量被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù):二是間接測(cè)頻法，如周期測(cè)頻法。直接測(cè)頻法針對(duì)于高頻信號(hào)的頻率測(cè)量，問接測(cè)頻法應(yīng)對(duì)于低頻信號(hào)的頻率測(cè)量。20世紀(jì)50年代初期，科學(xué)家對(duì)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(cè)量速度提高了幾個(gè)量級(jí)，為實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化打下了良好的基點(diǎn)。20世紀(jì)60年代中期計(jì)算機(jī)的引入，使得測(cè)量儀器的功能發(fā)生了質(zhì)的變化，個(gè)別參數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)變成測(cè)量整個(gè)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(yùn)算與顯示輸出，從用單個(gè)儀器進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)變成用測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。20世紀(jì)70 年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀器儀表中的進(jìn)一步發(fā)展，使電子儀器在傳統(tǒng)的時(shí)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(cè)試時(shí)，可用豐富的BASIC 語言程序來高速列試。不同于傳統(tǒng)獨(dú)立儀器模式的個(gè)人儀器已經(jīng)得到了發(fā)展。90 年代，儀器儀表與測(cè)量科學(xué)取得重大的突破性進(jìn)展。這個(gè)進(jìn)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(jì)主要是以利用邏輯電路和時(shí)序電路設(shè)計(jì)構(gòu)成的，在生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用方面和科學(xué)研究方面有運(yùn)行速度慢和測(cè)量范圍較窄兩個(gè)明顯的不足。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)的頻率計(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等優(yōu)點(diǎn)。原來需要用硬件才能實(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(jì)方法，同時(shí)也帶動(dòng)了數(shù)字頻率計(jì)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(jì)和軟件編程。美國Luskin A M實(shí)現(xiàn)了利用一種脈動(dòng)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(cè)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(cè)量裝置是在數(shù)字積分技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)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(jì)技術(shù)。我國目前的數(shù)字頻率計(jì)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(jì)的設(shè)計(jì)方法，并以簡單的電路完成對(duì)頻率信號(hào)的高分辨率測(cè)量。吉林大學(xué)凌振寶等成功設(shè)計(jì)了以EPM240和MSP430的等精度頻率計(jì)，它包括恒溫晶振、等精度計(jì)數(shù)單元和頻率計(jì)算顯示單元，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)關(guān)于測(cè)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(jī)技術(shù)的結(jié)合，數(shù)字頻率計(jì)發(fā)展進(jìn)入了智能化和微型化的新階段，其功能進(jìn)一步擴(kuò)大，除了測(cè)量頻率、頻率比、周期、時(shí)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(jì)、計(jì)算方均根值、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)通信等功能。現(xiàn)在的數(shù)字頻率計(jì)一般都使用FPGA，VHDL，單片機(jī)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(cè)頻計(jì)，在大量的產(chǎn)品開發(fā)、研制和電子儀表生產(chǎn)與試驗(yàn)工作中多是需要自行設(shè)計(jì)測(cè)頻與計(jì)數(shù)電路的組件單元，不必購置貴重的專用測(cè)頻計(jì)數(shù)儀器。1.3研究現(xiàn)狀單片機(jī)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(duì)于智能化測(cè)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(jī)的數(shù)字多用表測(cè)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(cè)量技術(shù)更加的智能化，測(cè)量精度更加高，抗干擾能力更強(qiáng)，識(shí)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(duì)此作了大量的努力和探索。采用單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心的數(shù)字頻率計(jì)。這種數(shù)字頻率計(jì)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)：體積小，所用芯片少，精度高，測(cè)量范圍廣，易于擴(kuò)展功能，智能化、自動(dòng)化強(qiáng)度高，便于控制。因此采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)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(jì)的歷史研究背景和當(dāng)下的研究意義，以及數(shù)字頻率計(jì)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(jī)、LED數(shù)碼管和系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)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(gè)模塊依次描述硬件電路。
第四章介紹軟件設(shè)計(jì)原理和流程。
第五章對(duì)本文的設(shè)計(jì)用protues進(jìn)行仿真與調(diào)試
第六章對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)以及對(duì)數(shù)字頻率計(jì)將來發(fā)展趨勢(shì)的展望。
2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念
數(shù)字頻率計(jì)是一種十分特殊的軟件與硬件結(jié)合的測(cè)量工具，本設(shè)計(jì)利用AT89C51單片機(jī)、LED數(shù)碼管和C語言程序搭建了一個(gè)智能化、數(shù)字化測(cè)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?yàn)楹诵模瑢?shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)測(cè)量電路的控制與測(cè)量，既大大簡化了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、節(jié)省了開發(fā)成本，又提高了測(cè)量精度并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的物理量的測(cè)量功能。
2.1系統(tǒng)的框圖
待測(cè)信號(hào)首先經(jīng)過電路被放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過整形變換，而后輸入單片機(jī)，經(jīng)過運(yùn)算后在數(shù)碼管上顯示出所測(cè)頻率的大小。
2.2單片機(jī)簡介
2.2.1 AT89C51的外圍部件及其特性下面是對(duì)AT89C51單片機(jī)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(chǔ)器
（3）全靜態(tài)工作的頻率范圍:0Hz-24KHz
（4）三級(jí)的程序存儲(chǔ)器的保密鎖定
（5）內(nèi)部RAM是8位的128kb
（6）一個(gè)可以編程的全雙工串行口
（7）兩個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)16位計(jì)數(shù)器
（8）五個(gè)中斷源和兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)
（9）片內(nèi)振蕩器和片內(nèi)時(shí)鐘電路
（10）32條可以編程的輸入/輸出口線
（11）一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路
2.2.2引腳與其功能
單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)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(jī)復(fù)位，則必須滿足該復(fù)位引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，否則無法引發(fā)單片機(jī)復(fù)位；引腳ALE/PROG常被當(dāng)作為地址鎖存允許信號(hào)端使用，用來鎖存地址允許信號(hào)；引腳EA/VPP[12]常被當(dāng)作程序存儲(chǔ)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(chǔ)器讀取指令時(shí)，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(chǔ)器讀取指令時(shí)，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(shí)才會(huì)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(shí)才會(huì)有效；引腳T0，即P3.4是計(jì)數(shù)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入端口；引腳T1，即P3.5是計(jì)數(shù)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入端口；引腳WR，即P3.6是外部隨機(jī)存儲(chǔ)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(gè)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(duì)LCD1602各端口的描述。
（1）VSS:電源信號(hào)
（2）VDD:電源正極
（3）VEE:液晶顯示偏壓信號(hào)
（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(hào)端
（7）D0~D7:數(shù)據(jù)I/O口
在本設(shè)計(jì)中，數(shù)字/命令選擇端與單片機(jī)的P2.0端相連，使能端E與單片機(jī)的P2.2端口相連，D0~D7端口依次與單片機(jī)的P0.0~P0.7端口相連，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)單片機(jī)處理后的測(cè)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(cè)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(jì)的核心部分是AT89C51單片機(jī)，時(shí)鐘電路掌控著單片機(jī)的工作狀態(tài)，頻率測(cè)量電路將采集到的模擬信號(hào)發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。然后發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行一系列處理，最后傳送給LCD模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)物理量的顯示。
3.1放大電路
作者: 456123.. 時(shí)間: 2018-5-11 13:52
下面怎么沒有了
作者: 小小555 時(shí)間: 2018-5-11 15:14
下面呢？？？？？？？？？？？？
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