基于單片機的頻率計設計

任務書

一、基本要求：

(1) 頻率測量:

a. 測量范圍:信號:方波、正弦波

幅度:0. 5V～5V

頻率:1Hz～1MHz

b. 測試誤差≤0. 1 %

(2) 周期測量:

a. 測量范圍:信號:方波、正弦波

幅度:0. 5V～5V

頻率:1Hz～1MHz

b. 測試誤差≤0. 1 %

(3) 顯示:十進制數字顯示,顯示刷新時間1～10 秒連續可調,對上述三種測量功能分別用不同顏色的發光二極管指示。

(4) 具有自校功能,時標信號頻率為1MHz。

(5) 自行設計并制作滿足本設計任務要求的穩壓電源。

二、發揮部分:

(1) 擴展頻率測量范圍為0. 1Hz～10MHz (信號幅度0. 5V～5V) ,測試誤差降低為0. 01 %(最大閘門時間≤10s) 。

(2) 測量并顯示周期脈沖信號(幅度0. 5V～5V、頻率1Hz～1kHz) 的占空比,占空比變化范圍為10 %～90 % ,測試誤差≤0. 1 %。

(3) 在1Hz～10MHz 范圍內及測試誤差≤0.1 %的條件下,進行小信號的頻率測量,提出并實現抗干擾的措施。

設計方案的討論:

方案一:選用頻率計專用模塊。該方案在技術上是可行的,但競賽規則規定不能采用頻率計專用模塊。即使允許使用,對于設計要求中的某些指標,采用專用模塊來完成也是困難的。

方案二: 采用邏輯芯片和可編程器件實現。該方案也是可行的。該方案的優點是:僅使用硬件電路實現,調試工作量相對較小。缺點是,某些功能實現困難,不易修改。

方案三:用單片機實現。目前單片機種類很多,單片機功能越來越強。根據設計要求,選用MCS - 51 系統單片機中的AT89C52 ,該芯片內含3 個16 位定時/ 計數器,能最大限度地簡化頻率計外圍硬件。AT89C52 還含一個全功能串行口、8 K 程序存儲器等,因此該方案具有硬件構成簡單,功能靈活,易于修改等優點。

摘要

基于單片機的自動量程頻率計是單片機在實際工作中的典型應用。本設計實現了一個集前置整形電路,分頻電路, 基準信號源, 單片機電路: 單片機、數據選擇器、鍵盤、狀態指示, 數字顯示電路,穩壓直流電流等硬件于一體的測頻計，能實現對方波、正弦波等待測信號的計數、計算和顯示，精度達到千分之一以上。本文在介紹傳統測頻方法的基礎上充分分析了等精度測頻方案的優越性，詳細論述了軟硬件的實現方案與完成的功能，最后給出了一套完善的測頻方案。
本頻率計采用等精度測頻方案實現，它對傳統的測頻方法進行了改進，測頻結果優于傳統測頻方法，而且硬件結構簡單，編程方法易行，具有良好的經濟性、穩定性和可靠性，對今后類似的系統開發具有一定的借鑒作用。