简易数字频率计毕业论文Word下载.docx
- 文档编号:5242525
- 上传时间:2023-05-04
- 格式:DOCX
- 页数:34
- 大小:323.51KB
简易数字频率计毕业论文Word下载.docx
《简易数字频率计毕业论文Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《简易数字频率计毕业论文Word下载.docx(34页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
专业
电子信息工程技术
刘刚
职称
讲师
姓名
曾志刚
年级
2012级
学号
2012540330130
一、立题依据(国内外研究进展或选题背景、研究意义等)
数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一,同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。
它是一种基本的测量仪器,是用数字显示被测信号频率的仪器,由于其测量速度、精确度高,显示直观,如果配以适当的传感器,可以对多种物理量进行测试,因此,它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。
随着电子技术的快速发展,它将被更广泛的应用到各个领域中去。
二、研究的主要内容及预期目标
预期目标:
成功地实现数字频率计的设计,使其具有体积小、成本低、低功耗、精度高等优点,适用于各种测量电路。
同时使误差率降到最小。
三、研究方案(思路)
四、论文进度安排
(1)2013年9月-2013年10月领题、审题、搜集资料,查阅文献,完成开题报告。
(2)2013年10月中旬完成论文初稿,总体方案的拟定。
(3)2013年10月末完成论文的终稿,LED点阵电子显示屏的编程和设计
(4)2013年11月初后期调试和测试
(5)2013年11月中旬总结毕业设计的整个过程,完成毕业设计论文。
五、主要参考文献
[1]张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社,2003.
[2]刘坤.51单片机C语言应用开发技术大全[M].人民邮电出版社,2008.09.
[3]陈国平,MC-51系列单片机系统原理与设计[M].冶金工业出版社,2003.03.
[4]刘征宇.电子电路设计与制作.福建科学技术出版社,2003.09.
[5]张振荣 《MCS-51单片机原理及实用技术》人民邮电出版社2000
[6]马忠梅等 《单片机的C语言应用程序设计》北京航天大学出版社
[7]陈润泰《检测技术与智能仪表》中南大学出版社2005年
[8]李朝青主编《单片机原理与接口技术》北京:
航空航天大学出版社,2000
[9]周继明,江世明主编.《传感技术与应用》长沙:
中南大学出版社,2005
[10]李光飞,楼苗然主编《51系列单片机》北京航空航天大学出版社,2003
[11]黄正瑾编著《CPLD系统设计技术入门与应用》北京:
电子工业出版社,2002
[12]谢自美编著《电子线路设计·
实验·
测试》华中理工大学出版社,2002
[13]陈永甫编著《电子电路智能化设计.实例与应用》北京:
电子工业出版,2002.8
[14]康华光主编《电子技术》基础(第四版).北京:
高等教育出版社,1999
[15]马忠梅等《单片机的C语言应用程序设计》北京航天大学出版社
六、指导教师意见
指导教师签名:
七、系部审核意见
负责人签名(系部公章):
注:
1.题目类型:
理论、实验、应用、综合;
2.题目来源:
指导教师拟定、自选、其它;
3.此表可打印。
附件7:
长沙师范学院学生毕业论文(设计)中期检查表
毕业论文(设计)题目:
建议数字频率计
学生姓名
学号
院系
教师职称
专业
计划完成时间:
2014年11月20号
已完成的工作
领题、审题、搜集资料,查阅文献,完成开题报告;
完成论文初稿,总体方案的拟定;
硬件的整体框图及电路原理图,并画写出了一些主要程序模块的程序流程图
未完成的工作
写出系统软件代码;
后期调试和测试;
毕业答辩
学生签名:
指导教师评议(指出优点和不足)
系部意见
负责人签字:
附件8:
长沙师范学院学生毕业论文(设计)评分表
系部
姓名
论文题目
评分人
评 价 内 容
满分
得分
指
导
教
师
1.对待毕业论文(设计)的态度
15
2.观察、收集、整理、查阅资料及运用水平
25
3.独立工作能力、动手能力和分析解决问题的能力
30
4.论文的创新性与写作质量
合计
100
是否同意答辩:
指导教师签字:
年月日
评
阅
1.论文选题的价值与合理性
2.论文的难度、工作量大小和创新性
3.论证过程的合理性与结果的正确性
4.文字表达水平、文章的逻辑性与写作规范
评阅教师签字:
年月日
答
辩
小
组
1.内容的科学性、创新性或应用性
35
2.论文写作水平及知识掌握程度
3.语言表达能力、逻辑思维能力、回答问题的正确性
40
答辩是否通过:
答辩小组组长签字:
年月日
评定成绩
指导教师评定成绩(40%)
论文评阅成绩(30%)
论文答辩成绩(30%)
总成绩
论文等级
系部毕业论文领导小组负责人签字(系部公章):
论文等级与百分制的对应关系:
优秀(90-100),良好(80-89),中等(70-79),及格(60-69),不及格(60分以下)。
学生毕业论文(设计)鉴定表
简易数字频率计
曾志刚学号2012540330130
中文摘要:
英文摘要:
指导教师评语:
论文等级:
系部负责人(签章):
年月日
系部审核意见:
系部公章:
填写说明
1.用蓝色或黑色墨水的钢笔(或签字笔)填写,书写要清晰、工整、规范,不得打印。
2.此表一式两份。
一份装入学生档案;
一份按此表、开题报告、中期检查表、成绩评定表、论文正文的顺序装订成册,留院(系)存档。
3.
附件10:
长沙师范学院毕业论文(设计)工作总结表
答辩学生总人数
未能如期答辩学生人数
成绩分布
等级
优秀
良好
中等
及格
不及格
人数
比例
在毕业论文(设计)工作过程中执行学校规定和要求的情况:
结合系部特点制定的具体措施及执行效果:
存在的问题及今后的措施:
系主任签字(公章):
摘要
频率计又称为频率计数器,是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。
其最基本的工作原理为:
当被测信号在特定时间段T内的周期个数时,则被测信号的频率f=N/T。
频率计主要由四个部分构成:
时基(T)电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。
在一个测量周期过程中,被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲,送到主门的一个输入端。
主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。
在闸门脉冲开启主门的期间,特定周期的窄脉冲才能通过主门,从而进入计数器进行计数,计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值,内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。
在传统的电子测量仪器中,示波器在进行频率测量时测量精度较低,误差较大。
频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱,但测量速度较慢,无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。
正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化,因此,频率计拥有非常广泛的应用范围。
关键词:
周期;
频率;
数码管,锁存器,计数器,中规模电路,定时器
Abstract
Frequencymaterisalsocalledfrequencycounter,isaspecialsurveyonthemeasuredsignalfrequencyelectronicmeasuringinstrument.Thebasicworkingprincipleis:
whenthenumberofcyclesofameasuredsignalinaspecificperiodoftimeintheT,thefrequencyoff=N/Tisthetestsignal.
Frequencymetermainlyconsistsoffourparts:
base(T)circuit,inputcircuit,acountingdisplaycircuitandacontrolcircuit.Inameasurementcycleprocess,themeasuredcyclesignalintheinputcircuitamplified,aftershaping,formingnarrowpulsedifferentialoperationofthespecificperiod,aninputtothemaingate.Anotherinputendofthemaindoorforatimebasecircuitcircuitgeneratesthepulsegate.Duringthegatepulsetoopenthemaingate,narrowpulsecanthroughthemaindoorsofthespecificperiod,toenterthecounterforcounting,isusedtodisplaythemeasuredsignalfrequencyvaluedisplaycircuitcounter,theinternalcontrolcircuitisusedtocompletetheswitchbetweenvariousmeasurementfunctionandRealizationofthemeasurementset.
Inthetraditionalelectronicmeasuringinstrument,oscilloscopeinfrequencymeasurementoflowmeasuringprecision,largeerror.Thespectrumanalyzercanmeasurefrequencyaccuratelyandshowthespectrumofthemeasuredsignal,butthemeasuringspeedisslow,unabletotrackthereal-timefasttocapturechangesinthemeasuredfrequencysignal.Itispreciselybecausethefrequencymetercanquicklyandaccuratelycapturethemeasuredsignalfrequencychanges,therefore,frequencymeterhasaverywiderangeofapplications.
Keywords:
Cycle;
frequency;
digitaltube,latch,counter,mediumscalecircuit,timer
引言
频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器的测量、工业控制等其它领域。
目前市场上的频率计产品很多,但基本上都是采用专用计数芯片如(ICM7240,ICM7216)和数字逻辑电路组成,由于这些芯片本身的工作频率不高(如ICM7240仅有15MHZ左右),从而限制了产品工作频率的提高,远不能满足在一些特殊的场合需要测量很高的频率要求,而且测量精度也受到芯片本身极大的限制。
从80年代单片机引入我国至今,单片机已广泛地应用于电子设计中,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51系列单片机和中规模的数字电路组合设计频率计,并采用适当的算法取代传统电路,不仅能克服传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端,而且频率计性能也将大幅提高,可实现精度较高、等精度和宽范围频率计的要求。
有一个值得研究的问题就是要实现一个宽频域、高精度的数字频率计,一种有效的方法是:
在高频段直接采用测频率法,低频段采用测周法。
传统的数字频率计本身无计算能力因而难以使用测周期法,而用AT89S51单片机构成的数字频率计却很容易做到这一点。
随着单片机技术的不断发展,单片机能实现更加灵活的逻辑控制功能,具有很强的数据处理能力,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。
在设计的过程中,不断的学习,思考和同学间的相互讨论,运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难,掌握单片机系统一般的开发流程,学会对常见问题的处理方法,积累设计系统的经验,充分发挥学习与实践的结合。
第一章绪论
1.1课题背景
在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此频率的测量就显得更为重要。
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量其他信号的频率。
通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为1秒。
闸门时间也可以大于或小于一秒。
闸门时间越长,得到的频率值就越准确,但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。
闸门时间越短,测的频率值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响。
数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器,被测信号可以是正弦波,方波或其它周期性变化的信号。
如配以适当的传感器,可以对多种物理量进行测试,比如机械振动的频率,转速,声音的频率以及产品的计件等等。
1.2课题研究的目的和意义
单片机数字频率计以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点,广泛地应用于各种智能仪器中,这些智能仪器的操作在进行仪器校核以及测量过程的控制中,达到了自动化,传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所代替,测试人员在测量时只需按需要的键,省掉很多烦琐的人工调节,智能仪器通常能自动选择量程,自动校准。
有的还能自动调整测试点,这样不仅方便了操作,也提高了测试精度。
1.3数字频率计设计的任务与要求
单片机控制的数字频率计
1.测频范围:
10Hz~10KHz。
为保证测量精度分三个频段
10Hz~100Hz,100Hz~1KHz,1KHz~10KHz,有超量程指示。
2.输入波形:
函数信号发生器输出方波,矩形波,幅度为5V,能产生所需频率的脉冲信号。
3.测量误差:
≤1
第二章设计方案
2.1本课题的特点
1.1.1对测量的精度要求很高,且测量速度尽量要快
1.1.2采用等精度算法,控制逻辑较复杂,对软件设计要求较高
1.1.3信号易受干扰,电路设计时,应充分考虑抗干扰措施
针对题目要求可将设计分为数据采集与处理模块,控制与运算模块,键盘和显示模块几部分。
其中数据采集与处理模块完成对信号的整流、放大和采集;
控制与运算模块实现对采集数据的运算和转换;
键盘和显示模块则实现对以其功能的选择和测得数据的显示。
2.2实现方案比较与选择
针对控制电路设计的不同拟定了以下三种设计方案:
方案一:
采用功能较强、兼容性强、性价比高的AT89C51单片机作为控制核心,门控信号由单片机内部的计数定时器产生。
由于单片机的计数频率上限较低(33MHz晶振时约为1.375MHz),所以要利用中小规模集成电路对高频信号进行硬件预分频处理,AT89C51主要完成运算、控制及显示功能。
该方案的特点是灵活性强、硬件电路大大简化、抗干扰能力强、测量精度高、调试维护简单。
方案二:
采用频率/电压转换方式进行测量,将被测信号经F/V转换后,再经A/D模数转换后进行数据处理。
该方案的特点是电路复杂、灵敏度差、测量范围较小、量化误差大、部分功能不易实现性价比低。
方案三:
系统测频部分采用中小规模数字集成电路,用机械式功能转换开关换档,完成测频率、周期及脉宽等功能。
该方案的特点是中小规模集成电路的应用技术成熟,元件可靠性强,但由于对系统功能、精度要求较高,所以电路过于复杂,且人机交互不直观,用户的操控不容易实现
2.3方案确定
综合比较以上的几种实现方案,我们采用方案一,即使用单片机与中小集成电路相结合的方式。
2.4测频的原理
测频的原理归结成一句话,就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。
被测信号,通过输入通道的放大器放大后,进入整形器加以整形变为矩形波,并送入主门的输入端[3]。
由晶体振荡器产生的基频,按十进制分频得出的分频脉冲,经过基选通门去触发主控电路,再通过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令,用以控制主门电路选通被测信号所产生的矩形波,至十进制计数电路进行直接计数和显示。
若在一定的时间间隔T内累计周期性的重复变化次数N,则频率的表达式为式:
图2.4说明了测频的原理及误差产生的原因。
时基信号
待测信号
丢失(少计一个脉冲)计到N个脉冲多余(比实际多出了0.x个脉冲)
图2.4测频原理
在图1中,假设时基信号为1KHZ,则用此法测得的待测信号为1KHZ×
5=5KHZ。
但从图中可以看出,待测信号应该在5.5KHZ左右,误差约有0.5/5.5≈9.1%。
这个误差是比较大的,实际上,测量的脉冲个数的误差会在±
1之间。
假设所测得的脉冲个数为N,则所测频率的误差最大为δ=1/(N-1)*100%。
显然,减小误差的方法,就是增大N。
本频率计要求测频误差在1‰以下,则N应大于1000。
通过计算,对1KHZ以下的信号用测频法,反应的时间长于或等于10S,。
由此可以得出一个初步结论:
测频法适合于测高频信号。
频率计数器严格地按照
公式进行测频。
由于数字测量的离散性,被测频率在计数器中所记进的脉冲数可有正一个或负一个脉冲的
量化误差,在不计其他误差影响的情况下,测量精度将为:
应当指出,测量频率时所产生的误差是由N和T俩个参数所决定的,一方面是单位时间内计数脉冲个数越多时,精度越高,另一方面T越稳定时,精度越高。
为了增加单位时间内计数脉冲的个数,一方面可在输入端将被测信号倍频,另一方面可增加T来满足,为了增加T的稳定度,只需提高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能达到。
上述表明,在频率测量时,被测信号频率越高,测量精度越高。
2.5总体思路
频率计是我们经常会用到的实验仪器之一,频率的测量实际上就是在单位时间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。
本文介绍了一种基于单片机AT89S52制作的频率计的设计方法,所制作的频率计测量比较高的频率采用外部十分频,测量较低频率值时采用单片机直接计数,不进行外部分频。
该频率计实现10HZ~10MHZ的频率测量,而且可以实现量程自动切换功能,四位共阳极动态显示测量结果,可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。
2.6具体模块
根据上述系统分析,频率计系统设计共包括四大模块:
单片机控制模块、电源模块、数码管控制模块及显示模块。
各模块作用如下:
1、单片机控制模块:
以AT89S52单片机为控制核心,来完成它待测信号的计数,译码,分频和显示以及对分频比的控制。
利用其内部的定时/计数器完成待测信号周期/频率的测量。
单片机AT89S52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。
(因为AT89C51所需外围元件少,扩展性强,测试准确度高。
)
2、电源模块:
为整个系统提供合适又稳定的电源,主要为单片机、信号调理电路以及分频电路提供电源,电压要求稳定、噪声小及性价高的电源。
3、数码管控制模块:
74HC595是移位寄存器芯片,并行输出端具有输出锁存功能。
与单片机连接简单方便,只须三个I/O口即可。
而且通过芯片的Q7引脚和SER引脚,可以级联。
4、显示模块:
显示电路采用四位共阳极数码管动态显示,为了加大数码管的亮度,使用4个PNP三极管进行驱动,便于观测。
综合以上频率计系统设计有单片机控制模块、电源模块、数码管控制、及显示模块等组成,频率计的总体设计框图如图2.6所示。
图2.6频率计总体设计框图
第三章硬件系统设计
硬件电路主要分为信号输入电路、放大整形电路、分频电路、数据选择电路、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 简易 数字频率计 毕业论文