毕业设计论文：数字频率计数器.doc

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1、毕业设计说明书课题名称：_数 字 频 率 计 数 器 _学生姓名 雷名钦 专 业 电子信息工程技术 班 级 2008级 时 间 2010.102011.4 指导教师 游家发 电子信息与自动化工程系内容摘要 电子计数器是一种多功能的电子测量仪器。它利用电子学的方法测出一定时间内输入的脉冲数目，并将结果以数字形式显示出来。本次课题是设计4位频率计数器，利用STC89C52单片机的T0、T1的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过8位动态数码管显示出来。要求能够对0250KHZ的信号频率进行准确计数，计数误差不超过1HZ。关键字：计数器 信号 单片机 频率目 录第一章前言

2、.31-1毕业设计总概述1-2任务要求及安排第二章总体方案设计.32-1方案选择2-2总体方案设计2-3设计流程第三章单元电路设计.63-1单元电路3-2元件及工具清单第四章总体电路图114-1电路原理图4-2单片机程序第五章电路调试15第六章问题及解决方法17第七章分析和总结. .17第八章附录. .188-1. 参考文献8-2. 致谢词第一章前言1-1毕业设计总概述毕业设计是对即将步入社会的毕业班同学设计能力的一次全面考核，是教学计划中最后一个综合性实践教学环节，是学生在教师的指导下，独立从事电子设计工作的初步尝试，其基本目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识、基本技能应对和处理问

3、题的能力。是学生对三年所学知识和技能进行系统化、综合化运用、总结和深化的过程。通过立题、收集素材、设计方案、工艺制作等过程，检查学生的思维能力、创造能力、实践能力和掌握技艺的深度及提高人才培养工作水平具有重要的意义。本课题是基于单片机系列的数字频率计设计，因为单片机已广泛地应用于各行各业的电子设计中，使频率计智能化水平在广度和深度上产生了质的飞跃,数字化也成为了电子设计的必由之路. 运用单片机和高速计数器的组合设计频率计,并采用适当的算法取代传统电路，次方法不仅能解决传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端，而且性能也将大有提高,可实现精度较高、等精度和宽范围频率计的要求;随着单片机技术的

4、不断发展，可以用单片机通过软件设计直接用十进制数字显示被测信号频率。1-2任务要求及安排频率计数器要求利用STC89C52单片机计数控制，要求能够对0250KHZ的脉冲信号频率进行准确计数，计数误差不超过1HZ。任务的安排是采用小组共同完成的，每个小组4名成员。共同对该课题的研究、设计、安装与调试。第二章总体方案设计2-1方案选择本频率计的设计以STC89C52单片机为核心，利用他内部的定时计数器完成待测信号周期频率的测量。单片机STC89C52内部具有2个16位定时计数器，定时计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。在定时器工作方式下，在被测时间间隔内，每来一个

5、机器周期，计数器自动加1（使用12 MHz时钟时，每1s加1），这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在计数器工作方式下，加至外部引脚的待测信号发生从1到0的跳变时计数器加1，这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入在每个机器周期被采样一次，这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期（24个振荡周期），所以最大计数速率为时钟频率的124（使用12 MHz时钟时，最大计数速率为500 kHz）。定时计数器的工作由运行控制位TR控制，当TR置1，定时计数器开始计数；当TR清0，停止计数。本设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。例如当要求频率测量结果为3位有效数字

6、，这时如果待测信号的频率为1 Hz，则计数闸门宽度必须大于1 000 s。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求，把测量工作分为两种方法： （1）当待测信号的频率100 Hz时，定时计数器构成为计数器，以机器周期为基准，由软件产生计数闸门，计数闸门宽度1 s时，即可满足频率测量结果为3位有效数字；（2）当待测信号的频率100 Hz时，定时计数器构成为定时器，由频率计的予处理电路把待测信号变成方波，方波宽度等于待测信号的周期。这时用方波作计数闸门，当待测信号的频率100 Hz，使用12 MHz时钟时的最小计数值为10 000，完全满足测量精度的要求。2-2总体方案设计1信号预处理电路设计包含有

7、4个部分 2系统软件设计3硬件组成 4实测结果分析 本次设计的基本模块是由4部分构成：信号预处理电路、系统软件设计、硬件组成和实验结果分析。 信号预处理电路：对输入的波形信号进行整形成方波信号。主要是通过一个电阻把输入信号进行衰减，经处于开关状态的三极管和反相器，将信号输入分频系统。 系统软件设计：系统软件设计主要是对单片机模块程序处理。用程序控制信号所流过的通道，也就是通过单片机进行通道选择。 硬件组成：主要由反相器74LS14、74LS160、单片机STC89C52和数码管组成， 加上其他配件构建产品。 实验结果分析：根据电路设计，用仿真软件进行实验，并对输入的波形通过仿真演示分析。2-3

8、设计流程检修确定设计对象收集资料整理资料元器件准备电路及程序设计产品工艺设计及安装设计结束仿真电路调试通过产品调试成功否是否是图1毕业设计流程概述： 毕业设计的起点是要确定设计的对象，选定课题。当课题确定了之后要进行收集资料，这其中包括书本资料（理论基础知识、图书馆参考资料）和网上资源收集。因为资料比较多、繁杂就需要对资料整理、筛选。一切准备工作完成之后，就要开始对电路的构建设计，利用电脑电路仿真开始编辑电路、调试电路。将不同输入信号进行比较，经过不断调试，知道整个电路仿真没有任何问题的时候，确定本次设计所需要的电子元器件。在产品的安装之前，首先要对元件进行测量好坏，避免在产品调试的时候出现由

9、于元件本身损坏导致不能工作，所以这也是很重要的一步。接下来就是对元件的组装了，其中布局和焊接也是很重要的环节，布局、焊接的好与否也是直接影响产品质量的好坏，甚至导致产品无法工作。产品完成之后，要把之前写好的单片机控制程序下载进去单片机实验板，然后进行静电调试。静电调试之后再接通电源，如果出现问题了，必要要重新对产品检测，再继续调试。往复实验到产品可以正常工作为止。第三章单元电路设计3-1单元电路（1）系统硬件框图信号输入端口整形处理电路分频电路通道选择系统CPU数据处理数码显示控制图2本设计的基本工作过程是：在输入端将波形信号送到输入端口，再进入整形电路，将任意波形信号变形为方波信号，接下来将

10、信号送到分频系统，分有3级分频，每级为10倍分频。通过三级分频1000倍。从分频系统出来的信号输入到通道选择系统，由CPU控制系统对通道进行选择。最后将测得频率用数字显示在数码管上。 图1（2）输入信号处理输入信号经R3衰减，通过Q1到反相器SN7414N反向为TTL或CMOS电路可以识别的方波信号图3（3）分频系统 分频采用74LS160分频 电路进行3次分频， 采用与门来控制分频倍数。图4整形电路出来的方波信号经过CLK引脚进入计数器74LS760，设置计数器为计数模式 则 Q0 ,Q1,Q2,Q3分别输出 2，4，8 ，10 倍分频，本次全部使用Q3输出，三级的分频电路让信号分频1000

11、倍。（4）通道选择系统图5此部分电路用的是与非逻辑电路，选择原理如表：输入频率分频倍数CPU内部带宽计数数目通道名称分频控制单口(高电平有效)0100k10100k01000IN1P1.2100k1M1010K100K1001000IN2P1.41M10M10010K100K1001000IN3P1.610M500M100010K500K1005000IN4P1.8根据图表可知 为了使计数的值在100到1000之间，将输入信号分为四个频段， 然后由CPU进行判断设置相应的通道选择相应的分频倍数。判断方法由电路图示，例如 P1.2口信号和1分频的信号一起送入与门的两端，当CET1为高电平时 与门

12、输出通道IN1的信号，关闭其它通道信号的输入即可实现通道的选择。（4）单片机控制及数码管显示系统图6首先介绍一下LED数码管显示字形于字段码的对应关系（如图7）本次使用的是共阳极LED数码管，因此，各段字码应接低电平才会亮起。如：要让该数码管显示“0”，则g、dp段应接高电平，a、b、c、d、e、f接低电平。用“1、0”表示高电平、低电平。采用倒序法将对应字段用1、0表示，即：1100 0000，转化16进制为 C0H。其他也是一样的算法。图7在这个单片机控制里，由4个三极管对数码管进行位选。CPU输出端 p2.4，p2.5，p2.6，p2.7分别将信号输出到s11,s22,s33,s44再到

13、数码管显示部分。P0.0p0.7分别控制数码管的c1c8管脚。总体工作是由p1.0p1.3输出端接通道选择，CPU对数据处理，选择适当的通道，将信号送到三极管中，进行位选，最后将测得信号频率显示在数码管上。三极管的还有一个作用是，因电流信号经单片机输出不足以驱动数码管显示，加上三极管可以对其放大电流信号，促使7段数码管亮。3-2元件及工具清单元件名称（型号）数量元件名称（型号）数量74LS14集成块274LS160集成块3四位共阳数码管1排阻1耳机插座2电容（30p）5USB方口1复位开关1LS081电阻（10k）10HC021三极管（9015）1IC-40P1电阻（200）10彩排线1STC

14、89C52单片机1连接导线若干电路板1第四章总体电路图4-1电路原理图图84-2单片机程序#includeUsigned char leddata=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09,0x71;/数码管显示的数据unsigned char i=0;unsigned long x=0;unsigned char a=0;unsigned char databuff;/声明变量void program_init (void) / 设置T0为定时模式 T1为计数模式P1=0x01; /默认P1=0X01 通道四打开TMOD=0X51;T

15、H0=0XD8; /设置定时10msTL0=0XF0;TH1=0; TL1=0;TR0=1; /启动定时0TR1=1; /启动定时器1计数ET0=1;ET1=1; EA=1; /允许中断void delayms(unsigned char n) unsigned char t,tt; for(t=0;t=n;t+) for(tt=0;tt=5000) /进行“量程=25MHz（由于分频器的工作频率限制）”的判断 P1=0x02; if(x5000) P1=0x04; if(x2500) a=0;display(10,10,1); /超出量程显示“FFOO” else a=5;display(1

16、0,x/100000,10); /够量程就显示 else a=4;display(10,x/10000,10); /够量程就显示数值else if(x999)a=3;display(10,x/10,10);else if(999=x99)a=2;display(10,x,10);else if(99=x9)a=1;display(10,x*10,10);else if(0=x=9)a=0;display(10,x*100,10); void main()/主程序 program_init(); while(1) unsigned t=50; while(t-) conduct(); TR0=1

17、; TR1=1; 第五章电路调试基本电路仿真调试：图9单片机仿真电路调试： 图10 根据实际需要，我们还进行了对单片机的仿真，上图是利用proteus仿真软件对单片机的仿真实验。在电路设计的时候，由于LED数码管是通过p0控制，所以还需要在LED各管脚之前加上拉电阻，加载单片机程序之后便可以对输入的波形信号测量。第六章问题及解决方法在整个设计的过程中，电路设计、程序是一大难题。本次电路调试花费了很多时间，起初进行电路仿真，再做实际产品，单片机控制程序很复杂。经过同学间的相互学习，问题终于解决。本次的设计，我主要是对电路板的元件布局和焊接设计，因此，我也遇到很多的问题，也学会了版面布局应注意的一

18、些问题。首先，拿到万用板时候，我要规划元件的大概摆放位置， 元件的摆放合理与否直接影响手工走线的难度系数。所以在这个环节 我考虑再三，最后确定了这个方案。之后的就是对元件的焊接，焊接说起来是很简单，但是焊接也是一个很重要的项目。一个产品做出来之后，调试过程如果遇到问题，首先查找的问题就是看看是不是在元件焊接方面出现了，如：虚汗、漏焊、短路等。所以，焊接也是有很多应该注意的问题。现在简单介绍一下我在组装这个产品中，焊接过程应该注意的事项：1元件的摆放顺序应是：由小到大、由低到高、由中间向四周。2焊接的时候也是要注意元件的耐热性，先把耐热性高的元件焊接好，最后焊接耐热性差的，这样可以避免因焊接过程

19、中热量通过导线传到其他耐热性差的元器件，从而导致元件被烧损坏。如：集成块容易造成内部被烧坏。3集成块的焊接：由于集成块的引脚比较多，避免因在焊接的过程中烧毁，一般情况是要集成块的插座，先把插座焊接好，最后在调试产品的时候把对应的集成块接上去，在插入的时候也要注意不要把管教弄断。4焊接点需要饱满、圆滑。第七章总结在这个毕业设计的全过程里，首先我很感谢我的指导老师游家发老师，给了我们组很大的帮助，同时也很感谢我的组员们。通过老师指导、同学们的相互学习、讨论，终于圆满完成了本次课程的设计。本次的设计对我们来说可以是一次巨大的考验，因为里面充满着研究的艰辛与收获的喜悦。该设计课题是：数字频率计数器的设

20、计，拿到课题我们就着手准备各项任务规划，主要是通过在图书馆里查资料、网上电子电路网搜集，结合我们以前所学习的基础理论知识，共同解决设计中的问题。一开始的时候我发现，我们的选题是数字式频率计数器，很多资料都不好找，几乎翻阅所有资料，也只是找到一部分而已，还得靠我们自己重新整理，然后应用电路仿真进行模拟实验，最后制作成品。在我看来，我们的设计题目比较抽象化，因为是测量脉冲信号的频率，并在LED数码管上读出表示信号频率的数字。所以在调试的时候无谓是一大困难，仪器测量的准确与否也很难判断，曾经想过要放弃这个选题，重新定题目，但是我想，既然我们组已经选取了这个课题，况且时间的紧迫，我们也将尽力而为，直到

21、该课题结束为止，同时也是给我了我们一次意志力的考验。在这个数字式频率计数器的设计过程中，更进一步地了解了所使用芯片的结构及工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯，配合组员探讨，感受到团队的力量。虽然这仅仅是一次课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般流程和设计过程应该注意的问题，同时我认为最主要是设计的思想、创新意识和团队合作的精神，达到共同解决问题的目的。 通过这个的设计，我从中学到了不少知识，不但基本理论知识、产品设计工艺有了很大的提升，更培养了我独立工作的能力和团队合作的势力。虽然在这个设计中遇到很多麻烦，也存在着很多的不

22、足，需要在以后的努力中提高，但是我想，这次的课程设计正是我们学习的一个过程，很多问题是正常的，由此我增强了对以后工作的信心，我认为对今后的学习、工作、生活中都有非常重要的影响。第八章附录8-1.参考文献 1MCS-51系列单片机实用接口技术北京航空航天大学出版社 李华，19932.EDA技术基础 机械工业出版社 郭勇.3.单片机原理与接口技术案例教程 机械工业出版社 李法春.4电子电路网 5电子技术基础高等教育出版社 唐程山6C程序设计清华大学出版社 谭浩强8-2.致谢词致谢词 经过十几天的奋斗，本次毕业设计已经圆满完成。在此，我要特别感谢游家发老师精心给我们指导，给我们介绍设计的基本构思、流程、还有设计中应注意的事项，在我们设计过程中及时为我们指出问题，以至把问题解决，给予我们很大的帮助。同时也非常感谢我的组员和同学们，大家一起构思、设计、探讨到总结出最后的成果。整个设计的过程中，由于本人水平有限和时间的紧迫，我都遇到很多的问题，存在着许多不足之处，但是在老师和同学们的帮助下，我也悉心听取各位的宝贵意见和建议，认真做好每一步，最后完成了本次任务。所以，我的设计少不了你们的功绩，我要对游家发老师和同学们说句：非常感谢你们的指导与支持。