第21卷第2期
重庆工商大学学报(自然科学版)2004年4月
V ol.21 N o.2J Chongqing T echnol Business Univ.(Nat Sci Ed )Apr.2004收稿日期:2003-05-20;修回日期:2003-11-04。
作者简介:谈学(1956-),男,湖北省武汉市人,高级实验师,从事电子技术应用研究。
文章编号:1672-058X (2004)02-0133-04
基于单片机的等精度频率计设计
谈 学
(重庆工商大学计算机科学及信息工程学院,重庆400033)
摘 要:针对传统测频原理的频率计的测量精度随被测信号频率的下降而降低,在实用中
有较大的局限性,在对等精度测量原理和测量误差进行详尽介绍和分析的基础上,介绍了基于单片机的等精度频率计的系统构成和工作原理,以及系统的硬、软件设计。
关键词:单片机;等精度;频率计;误差
中图分类号:T M 935.13 文献标识码:A
传统的频率测量是在累加计数电路中增加一组能产生“单位时间”信号的电路,并用这一信号控制闸门的开闭来实现的。这个“单位时间”称其为闸门时间T g ,测得的频率f x 是在闸门时间T g 内通过的脉冲数N 与T g 之比,即f x =N /T g 。由于频率计工作时,计数脉冲都经过闸门送入计数器,一般情况下,闸门的开与闭和计数脉冲的送入在时间关系上是随机的。这样在相同的闸门时间内,计数器对同样的脉冲串计数时,得到的脉冲个数可能不相同,产生的误差的极限范围为±1个字。因此,N 的误差和T g 的误差都会引入测频误差。T g 是由时基信号决定的,它通常是由石英晶体振荡器产生的标准信号f 0经n 级十分频电路得到,即T g =10n ×1/f 0。因此,f x =N /T g =(N ×f 0)÷10n 。其频率测量的相对误差d f x /f x 为:
d f x /f x =d N /N +d f 0/f 0
即 δf =δN +δ0
(1)其中:δf =d f x /f x 为测频率的相对误差;δN =d N /N =±1/N 为读数的相对误差,即量化误差;δ0=d f 0/f 0为石英晶体振荡器的频率准确度,常用频率稳定度表示。
由式(1)可知,频率测量的相对误差由量化误差和系统石英晶体振荡器的频率稳定度组成。其中量化误差与被测信号的频率高低以及选用的闸门时间的长短有关。对于同一被测频率f x ,选取闸门时间愈长,误差越小;当取一定闸门时间时,f x 越高,误差越小。从而使得在测频过程中出现高频端测试精度较高,而低频端测试精度较低,测量精度随被测信号频率的下降而降低的缺陷。
1 等精度测量原理及误差分析
1.1 测量原理
等精度频率测量原理如图1所示。当测量开始后,由被测
信号的上升沿同时打开预置门和同步门启动两个计数器分别对
标准频率信号和待测信号同时开始计数。到达预置时间T g 后,
预置门关闭,但两个计数器并不停止计数,随后而至的待测信号
的上升沿到来时,同步门关闭,两个计数器才同时停止计数,测
得的计数值分别为N 0和N x 。
1.2 误差分析
由上述测量原理可知,有下式成立:
f x/N x=f0/N0(2)
由此可推得:
f x=(f0/N0)?N x(3)
设所测频率的准确值为f x0。在一次测量中,由于f x计数的起停时间是由该信号的上升沿控制的,因此,在T g时间内对f x的计数N x无误差。在此时间内f0的计数N0最多相差一个脉冲,即—ΔN0—≤1,则下式成立:
f x/N x=f0/N0
f x0/N x=f0/(N0+ΔN0)(4)
由此可分别推得:
f x=(f0/N0)?N x
f x0=[f0/(N0+ΔN0)]?N x(5)
根据相对误差公式有:
Δf x0/f x
=—f x0-f x—/f x0(6)将式(3)和式(5)代入式(6)整理后可得:
Δf x0/f x0=—ΔN0—/N0(7)因为 —ΔN0—≤1
所以 —ΔN0—/N0≤1/N0(8)即相对误差:—δf—=Δf x0/f x0≤1/N0(9)其中: N0=T S×f0(10)由上式可以得出结论:(1)相对误差δf与被测信号频率无关;(2)增大T g或提高f0,可以增大N0,从而减小测量误差,提高测量精度;(3)测量精度与预置门宽度和标准频率有关,与被测信号频率无关;(4)标准频率误差为Δf0/f0,由于石英晶体的频率稳定
度很高,标准频率误差很小。
在系统时钟频率f=12MH z时,f0=f/12=1
MH z。由式(10)可计算出不同T S时的相对误差如
表1所示。
表1 等精度频率计的相对误差
同步门时间T S(s)相对误差—δf—
0.0110-4
0.110-5
110-6
1010-7
2 系统硬件设计
采用单片机AT89C52作为系统控制核心单元,辅以适当的软、硬件资源完成以单片机为核心的等精度频率计的软硬件设计及系统实现。系统框图如图2。
2.1 限幅放大及整形
该部分电路的功能主要是完成
对弱信号的放大和强信号的限幅处
理,并将各种形式的被测模拟信号
整形为适合单片机处理的数字脉冲
信号。该放大电路为一宽带放大
器,在本设计中将EC L数字集成电
路的线接收器用于系统的前置信号
的放大处理电路,成功地解决了信号从0～30MH z宽带线性不失真放大的技术难题,保证了信号频率测量431重庆工商大学学报 (自然科学版) 第21卷
范围的实现。
2.2 可编程分频器
该电路主要用来扩展测频上限,扩大频率测量范围。从理论上来讲,当单片机系统时钟频率为12MH z 时,其内部计数器的最大计数频率为500kH z 。考虑到信号的占空比等因素,实际测量的最高频率低于500kH z 。为了保证测频上限≥30MH z ,必须对高于500kH z 的信号进行分频处理。系统在单片机的控制下,结合可编程分频器电路,实现了测频上限的扩展和测频量程的自动转换,提高了频率计的实用价值和智能化程度。
2.3 同步门逻辑控制电路
同步门逻辑控制电路由D 触发器构成(图2),由它来产生同步门信号T s 。在测量开始后,利用单片机的P 1.7作为预置门信号T g 的输出线。当P 1.7=1时,在被测信号的上升沿作用下D 触发器的输出Q =1,使得单片机的I NT 0、I NT 1同时为1,启动单片机内部的定时/计数器开始工作。其中,T 0对被测信号f x 进行计数,T 1对内部频标f 0进行计数。当预置门时间到达T g 后,预置门关闭使得P 1.7=0,但D 触发器的输出Q 仍然为1,因此两个计数器并不停止计数,直到随后而至的待测信号的上升沿到来时,才使得D 触发器的输出Q =0,同步门关闭,两个计数器才同时停止计数。
2.4 键盘/显示电路
键盘主要用于测量精度和测量功能的选择;显示电路主要用来显示
测量结果。
3 系统软件设计
系统软件的设计主要是保证和硬件电路相结合,正确地实现等精度
测量。整个系统软件的设计采用了自顶向下的模块化的结构方式,将各
个功能分成独立模块,由系统的监控程序统一管理执行。本系统软件的
功能主要包含两大类:一类是执行软件,它主要完成各种实质性的功能,
如测量、计算、显示、定时中断服务、键盘中断服务等;另一类是监控软件,
它主要用来协调各执行模块和操作者的关系,在系统软件中充当组织调
度的角色。系统监控软件流程图见图3。
4 结束语
经实验测试,该设计的主要技术指标为:(1)测频率范围:0～30MH z ;
(2)四级测量精度可预置:10-4、10-5、10-6、10-7;(3)量程自动转换;(4)
输入阻抗:r i ≥1M Ω;(5)输入灵敏度:≤30mV.rms 。
等精度频率测量方法消除了量化误差,可以在整个测试频段内保持
高精度不变,其精度不会因被测信号频率的高低而发生变化。采用单片
机作为控制核心的等精度频率计,可以充分利用单片机软件编程技术对
测量数据进行线性化处理,对测量误差进行修正,提高了仪器的测量精
度;对测量数据进行预处理,实现量程自动转换和测频上限的扩展以及测
量精度的预置,提高了仪器的智能化程度。
参考文献:
[1]余永权.AT ME L89系列单片机应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002
[2]李华.MCS -51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993
[3]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1991
531第2期 谈 学:基于单片机的等精度频率计设计
Design of equal precision frequency meter based on microcontroller
TAN Xue
(C om puter Science and In formation Engineering C ollege,Chongqing T echnology and
Business University,Chongqing400033,China)
Abstract:The measuring precision of frequency meter based on traditional frequency measuring principle lowers with the descent of the measured frequency,s o there are great limitations in practical application.According to the analysis of equal precision frequency measuring principle and measuring error,this paper introduced the system con2 stituents and principle of equal precision frequency meter based on microcontroller.The system designs about hardware and s oftware were als o presented in detail.
K ey w ord:microcontroller;equal precision;frequency meter;error
责任编辑:杨祖彬
(上接第114页)
项引起的.
例2 考虑方程 x(t)+1
5x (t-1)+
1
5x
(t-3)-
2
5x
(t-2)=Me-1(12)
其中M=1+1
5e +
1
5e
3-2
5e
2>0.易知方程(12)对应的齐次方程振动(因其特征方程无实根).注意
到方程(12)有最终正解x(t)=e-t,依定理1,方程(12)的每一个解都最终为正,方程(12)的非振动性是由强迫项e-t引起的.
参考文献:
[1]Y U J S,ZH ANG B G,QI AN X Z.Oscillation of delay difference equations wit oscillating coefficients[J].J Math Ana Appl,1993,177
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[2]Y AN J R,QI AN X Z.Oscillation and com parision results for delay difference equations[J].J Math Ana Appl,1992,165(2):346-360
[3]张玉珠,燕居让.具有连续变量的差分方程振动性判据[J].数学学报,1995,38(3):406-411
F orced oscillation for difference equations with continuous arguments
CHEN Shi-zhou
(Hanshan T eachers’C ollege,Chaozhou,G uangdong521041,China)
Abstract:By using Lebesgue’s dominated convergence theorem,several new com paris on theorems for the oscilla2 tions of the difference equations with continuous arguments were established.Sufficient conditions were obtained for forced oscillations of the difference equations with continuous arguments.Finally,s ome exam ples were given to illus2 trate the effect of forced arguments on the oscillations of the s olutions to the difference equations.
K ey w ords:continuous arguments;difference equations;forced oscillation
责任编辑:杨祖彬631重庆工商大学学报 (自然科学版) 第21卷
广州大学学生实验报告 实验室：电子信息楼 317EDA 2017 年 10 月 2 日 学院机电学院年级、专 业、班 电信 151 姓名苏伟强学号1507400051 实验课 程名称 可编程逻辑器件及硬件描述语言实验成绩 实验项 目名称 实验4 2位十进制高精度数字频率计设计指导老师 秦剑 一实验目的 1 熟悉原理图输入法中74系列等宏功能元件的使用方法，掌握更复杂的原理图层次化设计技术和数字系统设计方法。 2 完成2位十进制频率计的设计，学会利用实验系统上的FPGA/CPLD验证较复杂设计项目的方法。 二实验原理 1 若某一信号在T秒时间里重复变化了N 次，则根据频率的定义可知该信号的频率fs 为：fs=N/T 通常测量时间T取1秒或它的十进制时间。 三实验设备 1 FPGA 实验箱，quarteus软件 四实验内容和结果 1 2位十进制计数器设计 1.1 设计原理图：新建quarteus工程，新建block diagram/schematic File文件，绘制原理图，命名为conter8,如图1，保存，编译，注意：ql[3..0]输出的低4位（十进制的个位）， qh[3..0]输出的高4位（十进制的十位） 图片11.2 系统仿真：如图2建立波形图进行波形仿真，如图可以看到完全符合设计要求，当clk输入时钟信号时，clr有清零功能，当enb高电平时允许计数，低电平禁止计数，当低4位计数到9时向高4位进1 图2 1.3 生成元件符号：File->create/updata->create symbol file for current file,保存，命名为conter8,如图3为元件符号（block symbol file 文件）： 图3 2 频率计主结构电路设计 2.1 绘制原理图：关闭原理的工程，新建工程，命名为ft_top,新建原理图文件，在project navigator的file 选项卡，右键file->add file to the project->libraries->project library name添加之前conters8工程的目录在该目录下，这样做的目的是因为我们会用到里面的conters8进行原理图绘制，绘制原理图，如图4，为了显示更多的过程信息，我们将74374的输出也作为output,重新绘制了原理图，图5 图4
前言 (3) 一、总体设计 (4) 二、硬件设计 (6) AT89C51单片机及其引脚说明： (6) 显示原理 (8) 技术参数 (10) 电参数表 (10) 时序特性表 (11) 模块引脚功能表 (12) 三、软件设计 (12) 四、调试说明 (15) 五、使用说明 (17) 结论 (17) 参考文献 (18)
附录 (19) Ⅰ、系统电路图 (19) Ⅱ、程序清单 (20)
前言 单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用在生活中至关重要。 随着电子信息产业的不断发展,信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行缓慢，而且测量频率的范围比较小.考虑到上述问题，本论文设计一个基于单片机技术的数字频率计。首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数,获得频率值；最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。
一、总体设计 用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量. 所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率f x。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s.闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。 本系统采用测量频率法,可将频率脉冲直接连接到AT89C51的T0端，将T/C1用做定时器。T/C0用做计数器。在T/C1定时的时间里，对频率脉冲进行计数。在1S定时内所计脉冲数即是该脉冲的频率。见图1: 图1测量时序图 由于T0并不与T1同步,并且有可能造成脉冲丢失，所以对计数器T0做一定的延时，以矫正误差。具体延时时间根据具体实验确定。 根据频率的定义，频率是单位时间内信号波的个数，因此采用上述各种方案
《综合课程设计》 一．数字频率计的设计 姓名：万咬春学号2005142135 一、课程设计的目的 通过本课程设计使学生进一步巩固光纤通信、单片机原理与技术的基本概念、基本理论、分析问题的基本方法；增强学生的软件编程实现能力和解决实际问题的能力，使学生能有效地将理论和实际紧密结合，拓展学生在工程实践方面的专业知识和相关技能。 二、课程设计的内容和要求 1．课程设计内容 （硬件类）频率测量仪的设计 2．课程设计要求 频率测量仪的设计 要求学生能够熟练地用单片机中定时/计数、中断等技术，针对周期性信号的特点，采用不同的算法，编程实现对信号频率的测量，将测量的结果显示在LCD 1602 上，并运用Proteus软件绘制电路原理图，进行仿真验证。 三．实验原理 可用两种方法测待测信号的频率 方法一：（定时1s测信号脉冲次数） 用一个定时计数器做定时中断，定时1s，另一定时计数器仅做计数器使用，初始化完毕后同时开启两个定时计数器，直到产生1s中断，产生1s中断后立即关闭T0和T1（起保护程序和数据的作用）取出计数器寄存器内的值就是1s内待测信号的下跳沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启T0和T1这样即可进入下一轮测量。 原理示意图如下：
实验原理分析： 1．根据该实验原理待测信号的频率不应该大于计数器的最大值65535，也就是说待测信号应小于65535Hz。 2．实验的误差应当是均与的与待测信号的频率无关。 方法二（测信号正半周期） 对于1：1占空比的方波，仅用一个定时计数器做计数器，外部中断引脚作待测信号输入口，置计数器为外部中断引脚控制（外部中断引脚为“1”切TRx=1计数器开始计数）。单片机初始化完毕后程序等待半个正半周期（以便准确打开TRx）打开TRx，这时只要INTx （外部中断引脚）为高电平计数器即不断计数，低电平则不计数，待信号从高电平后计数器终止计数，关闭TRx保护计数器寄存器的值，该值即为待测信号一个正半周期的单片机机器周期数，即可求出待测信号的周期：待测信号周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt为测得待测信号的一个正半周期机器周期数；fsoc为单片机的晶振。所以待测信号的频率f=1/T。 原理示意图如下： 实验原理分析： 1．根据该实验原理该方法只适用于1：1占空比的方波信号，要测非1：1占空比的方波信号 2．由于有执行f=1/（2*cnt/(12/fsoc)）的浮点运算，而数据类型转换时未用LCD 浮点显示，故测得的频率将会被取整，如1234.893Hz理论显示为1234Hz，测 得结果会有一定程度的偏小。也就是说测量结果与信号频率的奇偶有一定关 系。 3．由于计数器的寄存器取值在1~65535之间，用该原理时，待测信号的频率小于单片机周期的1/12时，单片机方可较标准的测得待测信号的正半周期。故用 该原理测得信号的最高频率理论应为fsoc/12 如12MHZ的单片机为1MHz。 而最小频率为f=1/（2*65535/(12/fsoc)）如12MHZ的单片机为8Hz。 四．实验内容及步骤 1. 仿真模型的构建 数字方波频率计的设计总体可分为两个模块。一是信号频率测量，二是将测得的频率数据显示在1602液晶显示模块上。因此可搭建单片机最小系统构建构建频率计的仿真模型。原理图，仿真模型的总原理图如下：
江阴职业技术学院 毕业论文 课题：基于单片机的数字频率计的设计 专业电子信息工程 学生姓名冯海洋 班级０８电子信息工程（1)班 学号２008０３05107 指导教师张文洁 完成日期
目录 摘要?错误!未定义书签。 前言................................................................................................... 错误!未定义书签。第一章绪论............................................................................................... 错误!未定义书签。 1.1课题背景?错误!未定义书签。 1.2 课题研究的目的和意义 ................................................................. 错误!未定义书签。 １．4数字频率计设计的任务与要求?错误!未定义书签。 第二章数字频率计总体方案设计............................................................... 错误!未定义书签。 １.1方案比较 .......................................................................................... 错误!未定义书签。 1．2方案论证......................................................................................... 错误!未定义书签。 1．3方案选择......................................................................................... 错误!未定义书签。 第三章数字频率计的硬件系统设计........................................................... 错误!未定义书签。 ３.１数字频率计的硬件系统框架...................................................... 错误!未定义书签。 3.2 数字频率计的主机电路设计?错误!未定义书签。 ３.3数字频率计的信号输入电路设计................................................... 错误!未定义书签。 3.４数字频率计显示电路的设计 ........................................................... 错误!未定义书签。 ３.５数字频率计的计数电路的设计?错误!未定义书签。 3.６数字频率计电源模块的设计?错误!未定义书签。 第四章数字频率计软件系统设计?错误!未定义书签。 4.1 软件设计规划................................................................................. 错误!未定义书签。 4.１．1信号处理............................................................................ 错误!未定义书签。 4.1.2中断控制................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.１定时器/计数器?错误!未定义书签。 4.2.２定时工作方式0..................................................................... 错误!未定义书签。 4.3程序流程图设计................................................................................ 错误!未定义书签。
目录 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 第一章 FPGA及Verilog HDL．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 FPGA简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 Verilog HDL 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 第二章数字频率计的设计原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.1 设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.2 频率测量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.3．系统的硬件框架设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.4系统设计与方案论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 第三章数字频率计的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.1系统设计顶层电路原理图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.2频率计的VHDL设计．...．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第四章软件的测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.1测试的环境——MAX+plusII．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.2调试和器件编程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.3频率测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
贵州大学课程设计 任务要求 运用所学单片机原理、、模拟和数字电路等方面的知识，设计出一个数字频率计。数字频率计要求如下： 1）能对0~50kHz的信号频率进行计数； 2）频率测量结果通过4位数码管显示（十进制）。 二、课程设计应完成的工作 1）硬件部分包括微处理器（MCU）最小系统（供电、晶振、复位）、频率测量和数码管显示部分； 2）软件部分包括初始化、频率计算、显示等； 3）用PROTEUS软件仿真实现； 4）画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图； 内容摘要 1.数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。 2.采用12 MHz的晶体振荡器的情况下，一秒的定时已超过了定时器可提供的最大定时值。为了实现一秒的定时，采用定时和计数相结合的方法实现。选用定时／计数器TO作定时器，工作于方式1产生50 ms的定时，再用软件计数方式对它计数20次，就可得到一秒的定时。
贵州大学课程设计 第1节引言 本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 1.1数字频率计概述 数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。 1.2任务分析与设计思路 频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。在本次设计使用的AT89C51单片机，本身自带有定时器和计数器，单片机的T0、T1两个定时/计数器，一个用来定时，另一个用来计数，定时/计数器的工作由相应的运行控制位 TR 控制 ,当 TR 置 1 ,定时/ 计数器开始计数 ;当 TR 清 0 ,停止计数。在定时1s里，计数器计的脉冲数就是频率数，但是由于1s超过了A T89C51的最大定时，因此我们采用50ms定时，在50ms 内的脉冲数在乘以14就得到了频率数，在转换为十进制输出就可。
基于5单片机的数字频率计设计
毕业论文基于51单片机的数字频率计 基于51单片机的数字频率计 目录 第1节引言 (2) 1.1数字频率计概 述…………………………………………… (2) 1.2频率测量仪的设计思路与频率的计 算…………………………………………… (2) 1.3基本设计原 理…………………………………………… (3) 第2节数字频率计（低频）的硬件结构设计 (4) 2.1系统硬件的构成 (4) 2.2系统工作原理图 (4) 2.3AT89C51单片机及其引脚说明…………………………………………………
(5) 2.4信号调理及放大整形模块 (7) 2.5时基信号产生电路 (7) 2.6显示模块 (8) 第3节软件设计 (12) 3.1 定时计数 (12) 3.2 量程转换 (12) 3.3 BCD转换 (12) 3.4 LCD显示…………………………………………………
(12) 第4节结束语 (13) 参考文献 (14) 附录汇编源程序代码 (15) 基于51单片机的数字频率计 第1节引言 本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 1.1数字频率计概述 数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。 本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602A LCD显示器动态显示6位数。测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波，时基
等精度数字频率计的设计 李艳秋 摘要 基于传统测频原理的频率计的测量精度将随着被测信号频率的下降而降低，在实用中有很大的局限性，而等精度频率计不但有较高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。运用等精度测量原理，结合单片机技术设计了一种数字频率计，由于采用了屏蔽驱动电路及数字均值滤波等技术措施，因而能在较宽定的频率范围和幅度范围内对频率，周期，脉宽，占空比等参数进行测量，并可通过调整闸门时间预置测量精度。选取的这种综合测量法作为数字频率计的测量算法，提出了基于FPGA 的数字频率计的设计方案。给出了该设计方案的实际测量效果，证明该设计方案切实可行，能达到较高的频率测量精度。 关键词等精度测量，单片机，频率计，闸门时间，FPGA Ⅱ
ABSTRACT Along with is measured based on the traditional frequency measurement principle frequency meter measuring accuracy the signalling frequency the drop but to reduce, in is practical has the very big limitation, but and so on the precision frequency meter not only has teaches the high measuring accuracy, moreover maintains the constant test precision in the entire frequency measurement region. Using and so on the precision survey principle, unified the monolithic integrated circuit technical design one kind of numeral frequency meter, because has used the shield actuation electric circuit and technical measure and so on digital average value filter, thus could in compared in the frequency range and the scope scope which the width decided to the frequency, the cycle, the pulse width, occupied parameter and so on spatial ratio carries on the survey, and might through the adjustment strobe time initialization measuring accuracy. Selection this kind of synthesis measured the mensuration took the digital frequency meter the survey algorithm, proposed based on the FPGA digital frequency meter design proposal. Has produced this design proposal actual survey effect, proved this design proposal is practical and feasible, can achieve the high frequency measurement precision Keywords Precision survey, microcontroller, frequency meter, strobe time，field programmable gate array Ⅱ
单片机系统开发与应用工程实习报告 选题名称:基于AT89C52单片机的简易频率计设计 系（院）: 专业:计） 班级: 姓名:学号: 指导教师: 学年学期: 2009 ~ 2010 学年第 2 学期 2010 年 5 月 30 日
摘要： 在电子技术中，频率是一个经常用到的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。本项目主要阐述了以AT89C52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计一个简易数字频率计，以达到测量频率并进行显示的目的。本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时，把单片机内部的定时/计数器0作为定时器，实现2.5ms定时。外部待测脉冲从单片机的TI（第15引脚）输入，以定时/计数器1作为计数器，利用中断方式来达到间接测量的目的。最后采用四位数码管显示。本设计采用C语言进行软件编程，用keil软件进行调试。最后把调试成功后的程序固化到AT89C52单片机中，接到预先焊好的电路板上，接上待测脉冲，通电运行，数码管成功显示待测脉冲频率。 关键词：单片机；频率计；AT89C52
目录 1 项目综述 (1) 1．1 设计要求 (1) 1．2 系统设计 (1) 2硬件设计 (2) 2.1 电路原理图 (2) 2.2 元件清单 (2) 2.3 主要芯片引脚说明 (3) 3 软件设计 (4) 3.1 程序流程图 (4) 3.2 软件设计简述 (5) 3.3 程序清单 (6) 4 系统仿真及调试 (10) 4.1 硬件调试 (10) 4.2 软件调试 (10) 5 结果分析 (10) 总结 (11) 参考文献 (12)
等精度数字频率计的设计 （Design of equal precision digital frequency meter）作者：李欢（电子工程学院光信息科学与技术 1103班） 指导教师：惠战强 摘要：伴随着集成电路(IC)技术的发展，电子设计自动化(EDA)逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。电子设计自动化是一种实现电系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术、微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。 数字频率计是一种基本的测量仪器。它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。采用等精度频率测量方法具有测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化的特点。本文首先综述了EDA技术的发展概况，FPGA/CPLD开发的涵义、优缺点，VHDL语言的历史及其优点，然后介绍了频率测量的一般原理。 关键字：电子设计自动化；VHDL语言；频率测量；数字频率计 Abstract The Electronic Design Automation (EDA) technology has become an important design method of analog and digital circuit system as the integrated circuit's growing. The EDA technology, which is closely connected with the electronic technology, microelectronics technology and computer science, can be used in designing electronic product automatically. Digital frequency meter is a basic measuring instruments. It is widely used in aerospace, electronics, monitoring and other fields. With equal precision frequency measurement accuracy to maintain a constant, and not with the measured signal varies.We firstly present some background information of EDA, FPGA/CPLD and VHDL;then introduced the general principle of frequency measurement. Keywords: Electronic Design Automation,VHDL, Frequency measurement,digital frequency meter.
摘要 本方案主要以单片机为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分，设计以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。 本设计以89C51单片机为核心，应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。系统简单可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。 关键词：单片机，运算，频率计，LED数码管
Abstract The program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays. The design of the 89C51 microcontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application. Key words：microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube
基于单片机的频率计 设计
基于单片机的频率计设计 摘要：数字频率计是现代科研生产中不可或缺的测量仪 器，它以十进制数显示被测频率，基本功能是测量正弦信号，方波信号，及其它各种单位时间内变化的物理量。 本系统采用AT89C52单片机智能控制，结合外围电子电 路，设计的频率计性能稳定。在软件设计上采用了单片机 的C语言设计，通过单片机内部定时/计数器同时动作，在 测量频率时将测频率和测周期相结合,提高了频率计的测量 准确性。测量结果在LCD1602上输出显示，结果精 确到整数位。频率计的软件设计,系统软件设计简单明了, 适用于测量频率从1~99999Hz的脉冲信号。 关键词： AT89C52单片机数字频率计 74LS74 NE555 LCD1602 一、引言 1.1 数字频率计的发展和意义 随着电子技术的飞速发展，各类分立电子元件及其所构 成的相关功能单元已逐步被功能更强大、性能更稳定、使 用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外围电路 构成的各种自动控制、自动测量自动显示电路遍及各种电
子产品和设备已广泛应用于各个领域，更新换代速度可谓日新月异。 在电子系统广泛的应用领域中，到处看见处理离散信息的数字电路。供消费用的冰箱、电视、航空通讯系统等设计过程中都用到数字技术。数字频率计是现代通信测量设备系统中不可缺少的测量仪器，不但要求电路产生频率准确的和稳定度高的信号，而且能方便的改变频率。 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，测量范围更宽和制作成本更低的优点。由于传统的频率计中有许多功能是依靠硬件来实现的，而采用单片机测频率后，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来实现，而且不同的软件编程代码能够实现不同的功能，从而大大降低了制作成本。 数字频率计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，一般只用于地面雷达中。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。
频率计测试中的频率计测试中的精度精度精度计算计算 1. 背景 在测试测量中测试精度一直是最为关心的问题。频率计作为高精度的频率和时间测试仪表，测试精度高于普通的频谱仪和示波器，所以测试精度的计算就更加为人关注。影响测试精度，或者说产生误差的因素很多，而其中最主要的因素是仪表内部时基稳定度、分辨率、触发精度及内部噪声等。频率计可以用来测试如频率、周期、相位、脉冲等，而其中频率和周期的测试占有绝大部分比例，本文主要讨论频率和周期的测试精度计算问题。 2. 频率和周期的测试精度 频率和周期互为倒数，所以在频率计的测试中，频率和周期的误差计算方法是一样的。从测试误差的产生来说主要有两类，一类是随机误差，一类是系统误差。随机误差主要由于如噪声或者一些随机因素产生的误差，很难消除。系统误差主要是由于测试方法、仪表设置或者仪表性能引起的误差。不同的设备制造商都有自己的关于误差的计算方法，大同小异，本文论述泰克FCA3000系列频率计测试误差的计算方法。 总误差: (U tot) ( 1 ) rand uncert : 随机误差 syst uncert: 系统误差 在测试频率或者周期时，我们可以通过以下公式计算随机误差和系统误差： 随机误差的计算随机误差的计算：： 当测试时间 Measuring Time < 200ms 时： ( 2 ) 当测试时间 Measuring Time > 200ms 时： ( 3 ) N = 800/Measuring Time (测试时间)，同时 6 <= N <= 1000 并且 N < (Freq/2)*Measuring Time - 2 其中: Eq = 100 ps ( RMS) , Ess = Start Trigger Error
光电与通信工程学院课程设计报告书 课设名称：等精度频率计 年级专业及班级： 姓名： 学号：
一、课程设计目的 1、进一步熟悉 Quartus Ⅱ的软件使用方法，熟悉 keil 软件使用； 2、熟悉单片机与可编程逻辑器件的开发流程及硬件测试方法； 3、掌握等精度频率计设计的基本原理。 4、掌握独立系统设计及调试方法，提高系统设计能力。 实验设备 EDA最小系统板一块（康芯）、PC机一台、示波器一台、信号发生器一台、万用表一个。 二、设计任务 利用单片机与FPGA设计一款等精度频率计，待测脉冲的检测及计数部分由FPGA实现，FPGA的计数结果送由单片机进行计算，并将最终频率结果显示在数码管上。要求该频率计具有较高的测量精度，且在整个频率区域能保持恒定的测试精度，具体指标如下： a）具有频率测试功能：测频范围 100Hz~5MHz。测频精度：相对误差恒为基准频率的万分之一。 b）具有脉宽测试功能：测试范围 10μs~1s，测试精度：0.1μs。 c）具有占空比测试功能：测试精度1%~99%。 d）具有相位测试功能。 （注：任务a 为基本要求，任务 b、c、d 为提高要求） 三、基本原理 基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而降低，在实用中有较大的局限性，而等精度频率计不但具有较高的测量精度，而且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。 3.1 等精度测频原理 等精度频率计主控结构如图 1 所示
预置门控信号 CL 选择为 0.1~1s 之间（通过测试实验得出结论：CL 在这个 范围内选择时间宽度对测频精度几乎没有影响）。BZH 和 TF 分别是 2 个高速计数器，BZH 对标准频率信号（频率为 Fs）进行计数，设计数结果为 Ns；TF 对被测信号（频率为Fx）进行计数，计数结果为 Nx，则有 MUX64-8 模块并不是必须的，可根据实际设计进行取舍。分析测频计测控时序，着重分析 START的作用，完成等精度频率计设计。 3.2 FPGA 模块 FPGA模块所要完成的功能如图 1 所示，由于单片机的速度慢，不能直接测量高频信号，所以使用高速 FPGA 为测频核心。100MHZ 的标准频率信号由FPGA 内部的 PLL 倍频实现，待测信号 TCLK 为方波，由信号发生器给出待测方波信号（注意：该方波信号带有直流偏置，没有负电压，幅值3.3V）。预制
毕业设计 题目：基于51单片机的简易频率计设计专业： 班级： 姓名：学号： 指导老师：
目录 第1节引言 (2) 1.1频率计概述 (2) 1.2频率度量仪的设计思路与频率的计算 (2) 1.3基本设计原理 (3) 第2节频率计（低频）的硬件结构设计 (4) 2.1系统硬件的构成 (4) 2.2系统工作原理图 (4) 2.3AT89C51单片机及其引脚说明 (5) 2.4信号调理及放大整形模块 (7) 2.5时基信号产生电路 (7) 2.6显示模块 (8) 第3节软件设计 (12) 3.1 定时计数 (12) 3.2 量程转换 (12) 3.3 BCD转换 (12) 3.4 LCD显示 (12) 第4节结束语 (13) 参考文献 (14)
摘要 我的这个毕业作品简易频率计开发目的是要把上课中学到的专业知识与一些实践，提高我自己的能力水平。用这些方法让我自己有更好的思维逻辑，可以做出更好的设计，活学活用把知识变成现实。在我的毕业设计中通过自己的发觉、老师的帮助、同学之间的讨论，最后要通过科学的方法来排除设计过程中的坎坷，提高自己能够快速判断问题故障、排除问题、修复问题，积累各方面的开发设计系统的经验，充分发挥出教学与实践的结合。全面提高自身对系统开发的综合能力，开拓设计思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 关键字：单片机、开发、开拓思维 Abstract My graduate work that the aim is to develop secondary school knowledge, as well as read the relevant literature to strengthen the capacity of my own self. I have a guide through the efforts of innovative thinking ideas, the classroom teacher to impart knowledge to our daily lives. Design aspects of my work, the continuous learning, thinking and interactive discussion between the students learn from each other, analyze problems using scientific methods to solve the difficulties encountered, master SCM system design and development related to the production process, allow yourself to understand that for treatment of common problems, the accumulation of experience in all aspects of the development and design of the system, give full play to the combination of teaching and practice. Comprehensively improve their overall capacity of the system development, development of design thinking for the future work on the corresponding work has laid a solid foundation. Keywords: SCM, development, pioneering thinking