基于單片機的頻率計仿真實驗報告附源碼與proteus工程

ID:240738 · 發表于 2017-10-18 21:06

電子測量實驗報告

電子頻率計數器

課程：電子測量技術

班級：電子141

姓名：施*萍

學號：14072001

實驗原理

測頻原理

所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間變化的次數。電子計數器是嚴格按照的定義進行測頻，其對應的測頻原理方框圖和工作時間波形如圖1 所示。從圖中可以看出測量過程：輸入待測信號經過脈沖形成電路形成計數的窄脈沖，時基信號發生器產生計數閘門信號，待測信號通過閘門進入計數器計數，即可得到其頻率。若閘門開啟時間為、待測信號頻率為，在閘門時間Ｔ內計數器計數值為N，則待測頻率為

若假設閘門時間為1s，計數器的值為1000，則待測信號頻率應為1000Hz或1.000kHz，此時，測頻分辨力為1Hz。

圖1 測頻原理框圖和時間波形

二、系統設計

（一）設計框圖

主要原理：該頻率計數器主要是由信號處理電路部分、單片機AT89C51控制部分、8位LED數碼管顯示器部分等組成。該系統的功能是將信號輸入P3.4口，通過單片機程序控制，對LED數碼管顯示器進行段控和位控，這些就是為了實現動態顯示。

硬件設計

1、單片機的時鐘電路

圖2 晶振電路

晶振是一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態下工作，以提供穩定、精確的單頻振蕩。在通常情況下，晶振的精確度達到百萬之五十。我們需要晶振提供時鐘周期然后使得單片機能夠執行代碼。晶振X1、電容C2／C4及片內與非門（作為反饋、放大元件）構成了電容三點式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容C4、C2的容量有關，但主要由電路中晶振頻率決定.。

我選用2.4MHz頻率的晶體，電路允許輸入的脈沖頻率為10kHz。電容的大小范圍為一般為20pF～40pF，本次設計我們居中選用33pF電容。電容的作用還在于能夠容易起震并減少頻率的溫漂。

單片機的復位

單片機的復位一般情況下都是靠外部電路鏈接來實現的，在時鐘電路工作之后，僅僅需要在單片機的RST引腳上出現高于24個時鐘振蕩脈沖（相當于2個機器周期）以上的高電平，這樣的單片機便能夠實現初始化狀態復位。為了能夠保證應用系統能夠可靠正常的復位，在設計復位電路的時候，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平的水平。只要保持高電平的狀態，那么單片機就能夠實現循環復位；當RST從高電平順利地轉變為低電平以后，AT89C51單片機從0000H地址開始執行程序。

圖3復位電路

它的工作原理在于當電源接通，上電瞬間，電源對C1進行充電，此時復位引腳9即RST高電平有效，隨著時間推移，RST電平下降，此時轉為單片機正常工作。一般情況下復位時間為3~5個的RC時間。

按鍵開關的使用是為了避免死機狀態下能夠正常復位。而設置并聯電容C3（這里也可以選擇串聯一個遠小于R1的電阻可以達到一樣的效果）是為了限制按下瞬間電容C1的電流，避免產生火花，以達到保護按鍵開關的目的。RC復位電路的復位電路增加了二極管，在電源電壓瞬間下降時使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統可靠復位。

3、信號輸入

圖4 信號輸入

如圖4所示，信號從單片機P3.4/T0口輸入。

顯示電路

采用7SEG-MPX8-CC-BLUE,里面有八個數碼管的顯示電路，這里只用到6個。

圖5 顯示電路

我們知道共陰和共陽結構的LED顯示器各筆劃的段名和安排的位置是相同的。當其中的二極管導通時，相應的筆劃部分會發亮，由發亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。

圖6 數碼管顯示電路

其中的8個筆劃段a、b、c、d、e、f、g、dP對應于一個字節（8位）的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。如下表1.1，用LED顯示器顯示十進制轉換成十六進制數的字形代碼如下所示：

整體電路

圖7 整體電路

軟件設計流程圖

仿真結果及分析

（一）性能指標

頻率范圍：0~1MHz; 頻率分辨率1.010x10^-6，輸出范圍:0~990KHz

分析：當輸入達990KHz以上，LED顯示值存在特別大誤差，故輸入值不可過高。

（二）典型值及誤差分析

輸入值/Hz	990000	800000	700000	500000	100000	5000	1000	500	5	1
測量值（平均值）/Hz	991515	801422	700653	500655	100540	5010	1003	500	5	1
測量相對誤差	0.153%	0.178%	0.093%	0.131%	0.540%	0.2%	0.3%	0.1%	0	0

分析：由表格明顯看出，

1、隨著輸入頻率值變大，測量絕對誤差就越大；輸入值越小，絕對誤差越小。

2、當輸入值從0至100KHz變化時，測量相對誤差逐漸變大；輸入值從100KHz至700KHz變化時，測量相對誤差逐漸變小，隨后又逐漸變大因而輸入值在700KHz附近存在最佳測量點。

誤差曲線

圖8 誤差曲線

分析：當輸入值從0至100KHz變化時，測量相對誤差很快變大；輸入值從100KHz至700KHz變化時，測量相對誤差逐漸變小，隨后又逐漸變大。因而輸入值在700KHz附近存在最佳測量點。

（四）仿真結果截圖

圖9 輸入值為500000Hz時的測量值

分析：此時測量相對誤差為0.139%

圖10 輸入值為5000Hz時的測量值

分析：此時測量相對誤差為0.22%

圖11 輸入值為500Hz時的測量值

分析：此時測量相對誤差為0

圖12 輸入值為5Hz時的測量值

分析：此時測量相對誤差為0.

實驗心得和體會

總結

本次實驗使用的仿真軟件是Keil和Proteus結合,測量結果分析采用的是matlab。

遇到的問題有：

1、Proteus的安裝問題

Proteus 的基本操作如找元件并放置在圖板里
Keil和Proteus的聯調問題

解決：1、安裝問題通過詢問學長獲知正確破解方法

基本操作問題通過自行網上搜索得知
聯調問題是自己從各方面尋求解決辦法得以解決

體會

通過本次實驗達到了實驗目的

1、理解電子計數器的工作原理。

2、掌握電子計數器各個組成部分的實現方法。

明白平時要注重理論學習與實踐的結合，才能學得很深刻，更到位。

單片機源程序如下:

#include<reg51.h>
unsigned char code dispbit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};
unsigned char dispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,10,10};
unsigned char temp[8];
unsigned char dispcount;
unsigned char T0count;
unsigned char timecount;
bit flag;
unsigned long x;
void main(void) //主函數
{
unsigned char i;
TMOD=0x15;
TH0=0;
TL0=0;
TH1=(65536-5000)/256;
TL1=(65536-5000)%256;
TR1=1;
TR0=1;
ET0=1;
ET1=1;
EA=1;
while(1)
{
if(flag==1)
{
flag=0;
x=T0count*65536+TH0*256+TL0;
for(i=0;i<8;i++)
{
temp[i]=0;
}
i=0;
while(x/10)
{
temp[i]=x%10;
x=x/10;
i++;
}
temp[i]=x;
for(i=0;i<6;i++)
{
dispbuf[i]=temp[i];
}
timecount=0;
T0count=0;
TH0=0;
TL0=0;
TR0=1;
}
}
}
void t0(void) interrupt 1 using 0 //中斷1模塊的函數編寫
{
T0count++;
}
void t1(void) interrupt 3 using 0 //中斷3模塊的函數編寫
{ TH1=(65536-5000)/256;
TL1=(65536-5000)%256;
timecount++;
if(timecount==200)
{
TR0=0;
timecount=0;
……………………
…………限于本文篇幅余下代碼請從51黑下載附件…………