基于单片机的频率计仿真实验报告 附源码与proteus工程

电子测量实验报告

课程：电子测量技术

             班级：电子141

             姓名：施*萍

             学号：14072001

• 实验原理
  

测频原理

所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间变化的次数。电子计数器是严格按照的定义进行测频，其对应的测频原理方框图和工作时间波形如图1 所示。从图中可以看出测量过程：输入待测信号经过脉冲形成电路形成计数的窄脉冲，时基信号发生器产生计数闸门信号，待测信号通过闸门进入计数器计数，即可得到其频率。若闸门开启时间为、待测信号频率为，在闸门时间Ｔ内计数器计数值为N，则待测频率为
                                  
    若假设闸门时间为1s，计数器的值为1000，则待测信号频率应为1000Hz或1.000kHz，此时，测频分辨力为1Hz。

图1 测频原理框图和时间波形

二、系统设计

（一）设计框图

主要原理：该频率计数器主要是由信号处理电路部分、单片机AT89C51控制部分、8位LED数码管显示器部分等组成。该系统的功能是将信号输入P3.4口，通过单片机程序控制，对LED数码管显示器进行段控和位控，这些就是为了实现动态显示。

• 硬件设计
  

1、单片机的时钟电路

图2 晶振电路

晶振是一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定、精确的单频振荡。在通常情况下，晶振的精确度达到百万之五十。我们需要晶振提供时钟周期然后使得单片机能够执行代码。晶振X1、电容C2／C4及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C4、C2的容量有关，但主要由电路中晶振频率决定.。

我选用2.4MHz频率的晶体，电路允许输入的脉冲频率为10kHz。电容的大小范围为一般为20pF～40pF，本次设计我们居中选用33pF电容。电容的作用还在于能够容易起震并减少频率的温漂。

• 单片机的复位
  

单片机的复位一般情况下都是靠外部电路链接来实现的，在时钟电路工作之后，仅仅需要在单片机的RST引脚上出现高于24个时钟振荡脉冲（相当于2个机器周期）以上的高电平，这样的单片机便能够实现初始化状态复位。为了能够保证应用系统能够可靠正常的复位，在设计复位电路的时候，通常使RST引脚保持10ms以上的高电平的水平。只要保持高电平的状态，那么单片机就能够实现循环复位；当RST从高电平顺利地转变为低电平以后，AT89C51单片机从0000H地址开始执行程序。

图3复位电路

它的工作原理在于当电源接通，上电瞬间，电源对C1进行充电，此时复位引脚9即RST高电平有效，随着时间推移，RST电平下降，此时转为单片机正常工作。一般情况下复位时间为3~5个的RC时间。

按键开关的使用是为了避免死机状态下能够正常复位。而设置并联电容C3（这里也可以选择串联一个远小于R1的电阻可以达到一样的效果）是为了限制按下瞬间电容C1的电流，避免产生火花，以达到保护按键开关的目的。RC复位电路的复位电路增加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。

3、信号输入

图4 信号输入

如图4所示，信号从单片机P3.4/T0口输入。

• 显示电路
  

采用7SEG-MPX8-CC-BLUE,里面有八个数码管的显示电路，这里只用到6个。

图5 显示电路

我们知道共阴和共阳结构的LED显示器各笔划的段名和安排的位置是相同的。当其中的二极管导通时，相应的笔划部分会发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。

图6 数码管显示电路

其中的8个笔划段a、b、c、d、e、f、g、dP对应于一个字节（8位）的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。如下表1.1，用LED显示器显示十进制转换成十六进制数的字形代码如下所示：

• 整体电路
  

图7 整体电路

• 软件设计流程图
  

• 仿真结果及分析
  

（一）性能指标

频率范围：0~1MHz; 频率分辨率1.010x10^-6，输出范围:0~990KHz

分析：当输入达990KHz以上，LED显示值存在特别大误差，故输入值不可过高。

（二）典型值及误差分析

分析：由表格明显看出，

1、随着输入频率值变大，测量绝对误差就越大；输入值越小，绝对误差越小。

2、当输入值从0至100KHz变化时，测量相对误差逐渐变大；输入值从100KHz至700KHz变化时，测量相对误差逐渐变小，随后又逐渐变大因而输入值在700KHz附近存在最佳测量点。

• 误差曲线
  

图8 误差曲线

分析：当输入值从0至100KHz变化时，测量相对误差很快变大；输入值从100KHz至700KHz变化时，测量相对误差逐渐变小，随后又逐渐变大。因而输入值在700KHz附近存在最佳测量点。

（四）仿真结果截图

图9 输入值为500000Hz时的测量值

分析：此时测量相对误差为0.139%

图10 输入值为5000Hz时的测量值

分析：此时测量相对误差为0.22%

图11 输入值为500Hz时的测量值

分析：此时测量相对误差为0

图12 输入值为5Hz时的测量值

分析：此时测量相对误差为0.

• 实验心得和体会
  

• 总结
  

本次实验使用的仿真软件是Keil和Proteus结合,测量结果分析采用的是matlab。

遇到的问题有：

1、Proteus的安装问题

• Proteus 的基本操作如找元件并放置在图板里
• Keil和Proteus的联调问题
  

解决：1、安装问题通过询问学长获知正确破解方法

• 基本操作问题通过自行网上搜索得知
• 联调问题是自己从各方面寻求解决办法得以解决
  

• 体会
  

通过本次实验达到了实验目的

1、理解电子计数器的工作原理。

2、掌握电子计数器各个组成部分的实现方法。

明白平时要注重理论学习与实践的结合，才能学得很深刻，更到位。