简单单片机数字频率计设计.doc

简单单片机数字频率计设计 课程设计报告 简易频率计的设计 电子科学XX学院 姓名：专业：通信工程学号：2013 2015年12月 摘要 1 本系统基于单片机来实现核心的频率计数功能，并能够实现测量中的量程自动切换。实现了对1Hz~1MHz的正弦波、方波以及脉宽不小于100?s的脉冲信号频率测量，以及系统的自校功能。考虑到不同的测量方法对于不同频率测量带来的误差，对于频率为1Hz~1KHz的信号使用测频法，对于频率1KHz~1MHz的信号采用测周法，用单片机实现功能自动转换。放大整形电路使用了基本的晶体管放大模块，结合施密特触发器74HC132，使输出信号为TTL电平信号。此外本频率计实现了刷新时间1~10S连续可调，步进值为1S，最终单片机在7段数码管上显示测量的频率值。系统设计达到了各项目标要求。 关键词：频率测量；等精度测量；放大整形电路 目录 2 一、 引言 ................................................................................... 3 二、 系统方案 ........................................................................... 4 1. 方案选择 ........................................................................... 4 2. 方案确定 ........................................................................... 6 三、 理论分析与设计 ............................................................... 6 四、 电路与程序设计 ............................................................... 8 五、设计总结 .............................................................................. 9 六、 参考文献 ...........................................错误！未定义书签。 一、 引言 3 频率的测量在电子测量技术中是一项重要的内容。数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，其基本功能是测量正弦波、方波、脉冲等周期信号的频率并将其显示出来，用途十分广泛。频率计的设计需要结合模拟电路、数字电路来综合搭建一个简单的电子系统，要求功能完全、测量准确。对于方案的选择、实际电路的调试提出了一定挑战。 二、 系统方案 频率的测量方法可分为模拟测量法和数字测量法。 模拟测量法利用谐振特性进行测量，与标准频率信号比较形成的李萨如图???进行测量。但是其系统较为复杂，且谐振电路较为复杂，精度难以保证。 现在的频率测量方法都是基于数字测量，具有较高的精度。 基本的频率测量方法有测频法和测周法。 1. 方案选择 1) 测频法 频率的定义为单位时间内周期信号发生的次数。依据这一定义，要测量频率，即可以通过对一段时间Ts内信号发生的次数N计数得到。测量时间基准可以用 单片机来产生，计数也可以通过单片机的运算功能实现。测频法的原理电路如图1所示。被测信号经整形变换得到周期为Tx的被测脉冲串，电平转换为TTL电 平，送入单片机中。利用标准时钟信号分频得到的时间基准信号控制门控电路，在闸门开启的有效时间Ts内允许被测脉冲串通过闸门电路进行计数，则被测信号频率fx可以表示为： fx?N/Ts 分析考虑误差公式： ?fx?N?fs?? fxNfs 4 Us Ot Ua Ot 图1测频法原理图 不考虑单片机产生的时间基准的精度对频率测量的影响。根据这一测量原理，闸门信号开启和关闭这一时间段Ts内N的计数可能会带来误差?N，其最大值为 ?1。当误差减小时，闸门时间即基准频率自身的准确度对测量结果的影响是不可忽略的。考虑频率较低的情形（如1Hz时），某一闸门开启的时间段内经变换后与信号等频率的脉冲串没有经过闸门，则计数值少1。若要减少?N/N带来误差，就必须增大N，在被测信号频率较低的情况下，则要求