1、精選優質文檔-傾情為你奉上 2016年浙江理工大學電子設計大賽 設計報告 簡易數字頻率計（B題） 2016年3月30日摘要：頻率測量用途非常廣泛，高精度，寬量程的數字頻率計因而成為重要的測量儀器。本設計采用先放大整形，再分頻選擇，產生信號給單片機顯示的原理，從而能能減少一些干擾，提高輸出波形的純凈度，減小誤差。放大模塊采用低噪聲，精密，高速運動放大器OP37芯片，整流部分采用LM311芯片，采用兩個反相器，使波形更穩定，反相器用的是芯片74LS00.考慮到單片機能承受的頻率達不到我們預期想要的高頻率，所以采用分頻模塊，并采用選擇器進行調節分頻的程度。分頻模塊采用三塊74LS160，數據選擇器用

2、74LS153芯片。最后把信號輸出到單片機，采用單片機1602顯示屏的顯示功能顯示出所測頻率的大小，實現了高精度的頻率測量。關鍵詞：高精度頻率測量 放大整形 分頻選擇 單片機1602顯示 OP37 LM311 74LS系列。 簡易數字頻率計（B題）1. 系統方案本系統主要由放大模塊，整形模塊，分頻模塊，控制模塊，顯示模塊組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。 1.1方案論證 1.1.1 總體方案的論證 方案：采用中小規模的數字電路構成頻率計，為了提高抗干擾能力，統一將萬能板刻成了PCB板并調試成功。放大整形反向模塊為了得到純凈的方波信號，分頻模塊采用與數據選擇器結合達到調節十分頻，百分頻，千分頻

3、的控制效果。方案設計簡單，而且采用PCB板，比較美觀，抗干擾能力高，誤差不大，小于0.1%。1.1.2 放大方案的論證方案：采用OP37高精度低噪聲的芯片，整體上比一般的OP07新芯片有很大的優化提升。OP37不僅具有OP07的低失調電壓和漂移特性，而且速度更高、噪聲更低。在增益大于5的應用中用OP37可取代OP07。所以本實驗適宜采用OP37。1.1.3 整形方案的論證方案：采用LM311設計運行在更寬的電源電壓：從標準的15V運算放大器到單5V電源用于邏輯集成電路。1.1.4 顯示方案的論證方案：采用STC89C51單片機與1602顯示屏結合，通過單片機的代碼接受外部中斷，即已經被放大整形

4、反向并分頻的信號，又通過單片機在1602顯示屏將信號以頻率形式呈現，達到直觀的測量頻率的目的。2. 電路與程序設計2.1 電路的設計2.1.1 系統總體框圖 系統總體框圖如下圖所示，系統主要由放大電路，整形電路，分頻電路和STC89C51單片機組成。放大電路負責放大信號，整形電路負責把放大后的信號變換成標準的矩形波信號，使之成為單片機能夠檢測到的信號。被測信號放大整形反向單片機分頻選擇開關1602顯示屏2.1.2 放大電路方案放大電路采用OP37高速放大器。增益帶寬積為63MHz，可以在高頻下仍然保持比較平穩的放大倍數，符合題目要求的發揮部分。根據運放增益的公式Aod=(R3/R1)，可得電路

5、的放大倍數。2.1.3 整形電路方案整形電路采用基本的芯片基本電壓比較器LM311。芯片基礎性能強，適用性高。2.2程序的設計 2.2.1 程序設計思路 以T0計數器計數，程序主要完成對輸入信號和標準號個數的測量、測量輸入信號高電平和低電平。單片機主要完成對程序的控制、計算和顯示相關信息及進行人機交互，并通過1602顯示屏顯示。3 測試方案與測試結果3.1 測試方案(1)軟件仿真測試通過multisim和AD等仿真軟件進行仿真并搭建電路，設計PCB電路板，然后進行實際電路搭建和焊接。(2)硬件測試依次進行放大電路和整形電路測試，然后進行分頻和選擇測試，最后和單片機連接進行顯示測試，最后整體測試

6、。確保放大模塊整形模塊以及分頻模塊都能夠滿足使用需求。3.2 測試條件和儀器測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須和系統原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路確認無虛焊等問題，能正常工作。測試儀器：高精度萬能表，信號源，示波器，數字直流穩壓源。3.3測試結果與分析3.3.1 頻率和周期測量被測信號頻率（HZ）實際測得頻率（HZ）實際測得周期（us）20k20.13k50.0030k30.21k33.3340k40.18k25.0050k50.45k20.0082k82.30k12.50100k100.10k10.00150k150.10k6.66200k200.10k5.00230k230

7、.20k4.34270k270.20k3.70300k300.20k3.33400k400.20k2.50500k500.30k2.00600k600.40k1.66700k700.50k1.42800k800.60k1.24900k900.60k1.101M1001k0.992M2001k0.493M3002k0.334M3998k0.245M4997k0.20通過以上數據可得，放輸入信號頻率有效值為1HZ5MHZ，實際測量值與測量值的相對誤差都是0.1%，符合題目要求，而且在幅值較大的情況下可以完成一部分發揮部分的要求。3.3.2誤差分析(1)整形電路輸入信號的誤差。電路的輸入信號是經過整

8、形比較電路輸入的，硬件誤差難以避免。整形電路的上升沿不夠，必然導致整形出來的信號上升沿不夠陡峭，單片機對其上升沿誤判導致計數值錯誤，所以測得頻率有偏差。(2)外界信號的干擾。測試時的周邊信號的干擾都會對電路的測試產生一定的影響，所以測得的頻率具有一定的偏差。4設計總結 通過本次電子設計大賽，我們小組設計的方案能夠精確測量峰峰值500mvpp，頻率范圍為1Hz5MHz的正弦波，相對誤差小于0.1%，符合題目基本要求。通過分頻器的分頻功能能夠理想的將單片機的檢測頻率提高最多1000倍，其測量頻率范圍寬，精度高，易于編程和設計，基本符合題目要求。而且使用PCB板制圖，得到的信號更加穩定，硬件電路的抗

9、干擾能力強，穩定性高，便于操作。 通過本次設計大賽，我們小組受益匪淺。我們明白了怎么使用AD軟件進行PCB板制作及布線問題，為以后的學習和發展奠定了良好的基礎。附錄一選擇器PCB圖放大器PCB圖附錄二直流穩壓電源設計原理圖放大整形電路原理圖 分頻選擇電路原理圖附錄三單片機程序代碼#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit lcdrs = P11;/液晶引腳定義sbit led_cs = P12;sbit lcden = P10;sbit k1=P13;sbit k2=P14;sbit dx = P27;/

10、數碼管引腳定義sbit wx = P26;sbit key1 = P30;sbit key2 = P31;sbit key3 = P32;sbit key4 = P33;sbit led1=P17;sbit led2=P16;sbit led3=P15;int flag=0,s=1,a=0,i=0;unsigned long rate4,rate5,rate6,rate7,t4,t5,t6,t7,l4,l5,l6,l7;unsigned long x,c=0,T=0,L=0,f=0,f1=0;/*延時函數*/void delay(uint xms)uint i,j; for(i=xms;i0;

11、i-)for(j=114;j0;j-);/*1602液晶*/void write_com(uchar com)/寫命令lcdrs=0;lcden=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date)/寫數據lcdrs=1;lcden=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_by_xy(uchar x,uchar y)/坐標定位uchar address;if(y=0) address=0x80+x;/y=0,寫第一行else addres

12、s=0xc0+x;/y=1,寫第二行write_com(address); void write_string(uchar x,uchar y,uchar *s)/寫字符串write_by_xy(x,y);/設定顯示位置 while(*s)/write characterP0=*s;write_data(*s); s+;void write_sfm(uchar add,uchar date)/寫時分秒函數uchar hour,ge;hour=date/10;/分解一個2位數的十位和個位ge=date%10;write_com(0x80+0x40+add);/設置顯示位置write_data(0

13、x30+hour);/送去液晶顯示十位write_data(0x30+ge); /送去液晶顯示個位void write_cgf()/寫入固定漢字和符號write_string(12,0,F=);void write_cgt()/寫入固定漢字和符號write_string(12,0,T=);void write_cgl()/寫入固定漢字和符號write_string(12,0,L=);void write_cgs()write_string(12,1,S=);void init_1602()/初始化dx=0;wx=0;led_cs=0,c=0;write_com(0x38);write_com(

14、0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);TMOD=0x51;/設置定時器1計數工作模式1 定時器0計時工作模式1TH0=0x4b;/定時器0裝初值TL0=0xfd;EA=1; /開總中斷ET0=1; /開定時器0中斷TR0=1; /啟動定時器0TH1=0x00;/定時器1裝初值TL1=0x00;ET1=1;/開定時器1中斷TR1=1;/啟動定時器1/*顯示函數*/void show1()rate7=f/;write_sfm(0,rate7);rate6=(c%)/10000;write_sfm(2,rate6);rate5=(c%10000)/100;wri

15、te_sfm(4,rate5);rate4=(c%100)/1;write_sfm(6,rate4);if(k1=0&k2=0) write_string(8,1,kHz); f1=f*1000;if(k1=0&k2=1) write_string(8,1,bHz); f1=f*100;if(k1=1&k2=0) write_string(8,1,sHz); f1=f*10;if(k1=1&k2=1) write_string(8,1, Hz); f1=f;void show2()if(f1!=0)T=/f1;t7=T/;write_sfm(0,t7);t6=(T%)/10000;write_

16、sfm(2,t6);t5=(T%10000)/100;write_sfm(4,t5);write_string(6,1,.);t4=(T%100)/1;write_sfm(7,t4);write_string(9,1,us);void show3()if(f1!=0)L=/f1;l7=L/;write_sfm(0,l7);l6=(L%)/10000;write_sfm(2,l6);l5=(L%10000)/100;write_sfm(4,l5);write_string(6,1,.);l4=(L%100)/1;write_sfm(7,l4);write_string(9,1,us);/*主函數

17、*/void main()dx=0;wx=0;led_cs=0;init_1602();while(1)write_string(0,0,H-W-Z);if(key1 = 0)delay(5);/軟件消抖if(key1 = 0)write_cgf();flag=1;while( !key1 );/松手檢測if(key2 = 0)delay(5);/軟件消抖 if(key2 = 0 )write_cgt();flag=2;while( !key2 );/松手檢測if(key3 = 0)delay(5);/軟件消抖 if(key3 = 0 )write_cgl();flag=3;while( !key3 );/松手檢測if(key4 = 0)delay(5);/軟件消抖if(key4 = 0)if(s=10)s=1;elses+;while( !key4 );/松手檢測write_cgs();write_sfm(14,s);if(flag=1)show1();led1=0;led2=1;led3=1;if(flag=2)show2();led1=1;led2=0;led3=1;if(flag=3)show3();led1=1;led2=1;led3=0;/*中