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基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

2018年03月15日 16:21 次阅读

基于单片机简易数字频率计设计方案(一)

系统框图如图1所示,主要由AT89C52单片机、异或器件、LCD1602、电源等组成。

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

测量频率的原理

定时/计数器工作在方式1,每产生一次定时器0中断,计数65536个脉冲,此时的脉冲来自振荡器的12分频后的脉冲,其周期为1uS。根据产生外部中断0时,定时器0中断的次数u,以及此时定时/计数器0计数寄存器的数值X,即可求得待测方波的周期为:T=(65536*u+X)us,取其倒数即可求得待测方波的频率,小数点后保留两位,即可使得频率精度为0.1HZ。

相位差的测量原理

将两路同频不同相的方波信号进过鉴相器(即异或)后得到的脉冲宽度t与方波信号的周期T的比值(占空比),即对应为两信号的相位差,此时相位差

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

其中,脉冲宽度的测量方法与方波周期的测量方法相同。相位差测量的原理图如下:

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

本设计中,P0端口(32~39脚)被定义为N1功能控制端口,分别与N1的相应功能管脚相连接。单片机正常工作时,都需要有一个时钟电路和一个复位电路。本设计中选择了内部时钟方式和按键电平复位电路,来构成单片机的最小电路。如图4所示。

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

图4  单片机最小系统

频率、相位表的总体电路图如图5所示:

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

图5  频率相位表的总体电路图

基于单片机简易数字频率计设计方案(二)

本文利用前置分频器SAB6456A和高速数字分频器74HC390的分频功能,结合新型的MSP430F449单片机,给出了一种新颖的、全自动的数显测量射频频率的设计方案。

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

图1 信号的前端处理及分频电路

主要器件介绍

MSP430F449单片机

MSP430F449 采用16位RISC结构,具有丰富的片内外设和大容量的片内工作寄存器和存储器,性能价格比很高。它的特点包括:

· 超低的功耗:能够在1.8V~ 3.6V的电压下工作;具有工作模式(AM)和5种低功耗模式(LPM)。在低功耗模式下,CPU可以被中断唤醒,响应时间小于6ps。

· 较强的运算能力:16位的RISC结构,丰富的寻址方式;具有16个中断源,可以任意嵌套;在8MHz时钟驱动下指令周期可达125ns; 内部包含硬件乘法器和大量寄存器,以及多达64KB的Flash程序空间和2KB的RAM,为存储数据和运算提供了保证。

· 丰富的片上外设:包括看门狗定时器,基本定时器,比较器,16位定时器(TA、TB),串口0、1,液晶显示驱动器,6个8位的I/O端口,12位ADC (最高采样率200kHz)等。丰富的片上外设可以很方便地构建一个较为完整的系统。另外,充分利用计数器的多路任意波形产生功能和中断控制功能,保证了一些复杂的时序控制任务的完成。

·方便高效的开发环境:MSP430F449是Flash型器件,片内有调试接口和电可擦写的Flash存储器,可以先下载程序到Flash内,再在器件内通过软件控制程序的运行,由JTAG接口读取片内信息供设计师调试。这种方式不需要仿真器和编程器,调试十分方便。

前置分频器SAB6456A

SAB6456A是专为UHF/VHF设计的前置分频器。内部的MCpin为分频控制端,可对频率范围为70MHz-1GHz的信号进行64/256分频,当MC pin开路时为64分频;当MC pin接地时为256分频。有较高的灵敏度和较强的谐波抑制能力。

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

图2 单片机外围电路

工作原理

该设计主要分两部分:分频和计数。首先,输入信号限幅后经SAB6456A分频,256分频后的信号再经两片74HC390高速分频器进行1000分频,此时模拟信号变为低频数字信号,频率在10kHz以下;其次,分频后的信号直接接入MSP430F449单片机,利用内部的16位定时器A来定时和计数。该定时器可分为几个部分:计数器部分,捕获/比较寄存器及输出单元。其中,计数器有4种工作模式,3个捕获/比较寄存器。利用计数器的连续计数模式和上升沿捕获模式,在定时器中断中计数N个脉冲信号时间,再除N得到频率。

硬件设计

图1为信号的前端处理及分频设计。输出后的信号再经两片SN74HC390分频,SN74HC390是高速分频器件,最高分频频率为50MHz。每片 SN74HC390可实现100分频,采用两片串联,可实现对信号的1000分频,经分频后的数字信号频率较低,约4kHz以下,可由单片机直接计数。

图2为单片机外围电路,包括复位电路,电源电路和单片机工作必须的晶振。晶振有8MHz和32.768kHz两种,8MHz 作为定时器A的计数器输入时钟源;32.768kHz 作为数码管的显示频率。74LS373为D型锁存器,5V单电源供电,因输出电流足够大,也可以直接驱动共阴极LG3631AH型数码管。

软件设计

将分频的输出端OUT接至单片机的频率输入端,程序开始先延时一段时间,待信号稳定。开捕获中断和定时器A,在定时器A 中断中计数N个脉冲,测量结束后得到N个脉冲的时间,然后除N得到脉冲的频率,乘以分频系数得到实际频率并显示,经过短暂延时后重新测量,如此循环测量并显示。

在测量频率时,为保证精度要关掉LED显示,所以,对于频率较低的信号会发生LED闪烁的情况,解决办法是测量较少个脉冲以减少平均测量时间或减少延时。

采用动态扫描显示,动态扫描显示的原理是:由P4向各个位轮流输出扫描信号,使每一位瞬间只有一个数码管被选通,然后由P3向该位输入显示的字型码,驱动该位字形段显示字形。这样,在P3送出的码段和P4送出的位段的配合下,使各个数码管轮流显示各自的字形,每位的显示时间要超过1ms,这样人眼就感觉不到闪烁了。

测量主程序如下:

void frequency_measure(void)

{float tmp,tmp1;

key_flag=0;//按键标志清0

P1OUT|=BIT0;

Delay(1000); file://延时一段时间等待信号稳定

while(1)

{ IE2&=~0X80; file://关BT,关LED

firstflag=1;//开始测量第一个脉冲

TACTL|=TAIE; file://开捕获

CCTL1|=CCIE;//开TImer a

while (f_ok_flag==0);//等待测量结束

f_ok_flag=0;

if (aa1》aa2)

overflow=overflow-1;

tmp=aa2-aa1;

tmp1=40.0/(overflow*0.008191875+(tmp/8000000.0));

result=tmp1*0.256;

IE2|=0X80;//开BT,开LED

yanshi(2,2);//可以修改这里的参数,越大表示延时越长,太小的话LED就会变暗

CCTL1&=~CCIE;//关捕获

TACTL&=~TAIE;//关TImer a

return;

}

}

流程图如图3所示。

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

图3 主程序流程

结语

本文给出的硬件和软件均经过实践检验,使用该测量仪器所测结果精度较高。该测量仪器价格较低,结构简单,是一种经济型的频率测试仪。

基于单片机简易数字频率计设计方案(三)

本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率,采用一个1602A LCD显示器动态显示6位数。测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波,时基宽度为1us,10us,100us,1ms。用单片机实现自动测量功能。

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

频率测量仪的设计思路与频率的计算

频率测量仪的设计思路主要是:对信号分频,测量一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周期个数,进而测量出该信号频率的大小,其原理如右图1所示。

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

若被测量信号的周期为,分频数m1,分频后信号的周期为T,则:T=m1Tx 。由图可知: T=NTo

(注:To为标准信号的周期,所以T为分频后信号的周期,则可以算出被测量信号的频率f。)

由于单片机系统的标准频率比较稳定,而是系统标准信号频率的误差,通常情况下很小;而系统的量化误差小于1,所以由式T=NTo可知,频率测量的误差主要取决于N值的大小,N值越大,误差越小,测量的精度越高。

基本设计原理

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

所谓“频率”,就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N,则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号,其重复频率等于被测频率fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号,若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制,当秒信号来到时,闸门开通,被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数,所以被测频率fx=NHz。

数字频率计(低频)的硬件结构设计

系统硬件的构成

本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89C51,由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能,外部还要有分频器、显示器等器件。可分为以下几个模块:放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、LCD显示模块。各模块关系图如图2所示:

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

系统工作原理图

该系统工作的总原理图如图3所示:

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

图3 数字频率计系统工作原理图

信号调理及放大整形模块

放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。它将正弦输入信号Vx整形成同频率方波Vo,幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器,以避免波形失真。由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用,使输入阻抗提高。同相输入的运算放大器的放大倍数为(R1+R2)/R1,改变R1的大小可以改变放大倍数。系统的整形电路由施密特触发器组成,整形后的方波送到闸门以便计数。

由于输入的信号幅度是不确定、可能很大也有可能很小,这样对于输入信号的测量就不方便了,过大可能会把器件烧毁,过小可能器件检测不到,所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、放大限幅和整形,信号调理部分电路具体实现电路原理图和参数如下图4所示:

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

时基信号的产生原理:

本电路采用32768HZ晶体震荡器,利用CD4060芯片经过14级分频得到2HZ的信号(32768/214),在经过CD4013双D触发器经过二分频得到0.5HZ的方波,即输出秒脉冲信号使单片机进行计数。

基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

图七 秒脉冲产生电路原理图

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使用 C 编程时,我们都习惯于对循环控制变量使用 int 类型,这对 8 位的单片机来说是一种极大的...

发表于 2018-05-14 17:45 573次阅读
12条不可忽视的8位单片机的程序优化

一文看懂rtc实时时钟和单片机时钟的区别

本文首先阐述了rtc实时时钟和单片机时钟的区别,其次介绍了单片机中时钟概念与单片机内外部时钟方式,最...

发表于 2018-05-14 15:48 2542次阅读
一文看懂rtc实时时钟和单片机时钟的区别

AT89S51系列单片机的特点(AT89S51引...

本文首先介绍了AT89S51性能参数和AT89S51引脚功能,其次介绍了AT89S51系列单片机的特...

发表于 2018-05-14 11:58 4988次阅读
AT89S51系列单片机的特点(AT89S51引...

单片机如何通过捕获来实现对红外遥控器解码

 随着家用电器、视听产品的普及,红外线遥控器已被广泛使用在各种类型的家电产品上(如遥控开关、智能开关...

发表于 2018-05-14 09:11 740次阅读
单片机如何通过捕获来实现对红外遥控器解码

STM32中的位带(bit-band)操作

位带别名区的字只有 LSB 有意义。另外,在访问位带别名区时,不管使用哪一种长度的数据传送指令(字/...

发表于 2018-05-13 09:28 257次阅读
STM32中的位带(bit-band)操作

基于单片机实现的逻辑运算程序详解

本文主要介绍的是基于单片机实现的逻辑运算程序详解,具体的跟随小编一起来了解一下。

发表于 2018-05-12 01:47 322次阅读
基于单片机实现的逻辑运算程序详解

电子工程师是怎样的成长之路?资深电子工程师经验分...

有年轻的工程师问,我目前会的51,stm,的控制编程,但对外围电路设计很陌生,想开发,但总是因为各种...

发表于 2018-05-11 18:51 648次阅读
电子工程师是怎样的成长之路?资深电子工程师经验分...

单片机usb供电电路原理图详解

本文主要介绍了单片机usb供电电路原理图详解。基于USB供电采用ADuC7061和外部RTD构建的的...

发表于 2018-05-11 11:08 1806次阅读
单片机usb供电电路原理图详解

如何用单片机控制舵机及程序详细

本文首先介绍了舵机概述与工作原理,其次介绍了舵机的PWM信号,最后详细阐述了单片机控制舵机方法及程序...

发表于 2018-05-11 11:06 308次阅读
如何用单片机控制舵机及程序详细

给51V3最小系统下载对应程序

单片机P30~P31通过杜邦线连接串口模块,分别为TXD-P31,RXD-P30, VCC-+5V,...

发表于 2018-05-10 16:44 408次阅读
给51V3最小系统下载对应程序

单片机最小系统组成与I/O输出控制程序知识

单片机是一门实践性较强的技术,很多初学者在学习单片机技术开发的时候往往一头雾水,不知何从下手。为此,...

发表于 2018-05-09 15:43 1220次阅读
单片机最小系统组成与I/O输出控制程序知识

74ls164单片机编程汇总(跑马灯/驱动数码管...

本文主要介绍了74ls164单片机编程汇总(跑马灯/驱动数码管)。用单片机驱动LED数码管有很多方法...

发表于 2018-05-08 15:24 209次阅读
74ls164单片机编程汇总(跑马灯/驱动数码管...

FPGA和单片机、DSP的差异

单片机是什么?单片机可以简单理解为集成在单一芯片上的微型计算机,也有运算器、控制器、存储器、总线及输...

发表于 2018-05-08 15:14 221次阅读
FPGA和单片机、DSP的差异

74ls164与单片机的串并转换(串转并\串进并...

本文主要介绍了74ls164与单片机的串并转换(串转并\串进并出)。选用89C51单片机最小应用系统...

发表于 2018-05-08 15:02 346次阅读
74ls164与单片机的串并转换(串转并\串进并...

单片机片内存储器如何烧写 几种烧写方式介绍

单片机应用系统由硬件和软件组成,软件的载体是硬件的程序存储器,程序存储器采用只读存储器,这种存储器在...

发表于 2018-05-07 17:21 693次阅读
单片机片内存储器如何烧写 几种烧写方式介绍

74ls154如何接单片机及程序分享

本文主要介绍了74ls154如何接单片机及程序分享。采用AT89C52单片机作控制器,整个电路主要由...

发表于 2018-05-07 15:38 115次阅读
74ls154如何接单片机及程序分享

为什么单片机不能直接驱动继电器和电磁阀?

有些人还会问什么是线圈?看上图,1脚和2脚就线圈的两个引脚,3脚和5脚现在是通的,3脚和2脚是不通的...

发表于 2018-05-06 09:44 994次阅读
为什么单片机不能直接驱动继电器和电磁阀?

单机片运用在那些方面呢?影响单片机晶振报价的五大...

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。那么它运用在...

发表于 2018-05-06 09:07 812次阅读
单机片运用在那些方面呢?影响单片机晶振报价的五大...

串口通信的原理,IO口模拟UART串口通信

UART串口波特率,常用的值是300、600、1200、2400、4800、9600、14400、1...

发表于 2018-05-04 15:26 1588次阅读
串口通信的原理,IO口模拟UART串口通信

单片机最小系统(电源、晶振和复位电路)全解析

有源晶振是一个完整的谐振振荡器,它是利用石英晶体的压电效应来起振,所以有源晶振需要供电,当我们把有源...

发表于 2018-05-04 15:22 1891次阅读
单片机最小系统(电源、晶振和复位电路)全解析

基于PIC12XX的精确延时技术方案设计

该PIC单片机具有高速度、低工作电压、低功耗、较大的输入输出直接驱动能力、在线串行编程、芯片的低价位...

发表于 2018-05-03 05:37 879次阅读
基于PIC12XX的精确延时技术方案设计

单片机学习方法和步骤

模拟电路是电子技术最基础的学科,她让你知道什么是电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管、放大器等...

发表于 2018-05-02 09:32 1186次阅读
单片机学习方法和步骤

从单片机到PC的系统程序一些问题的理解

从单片机上知道,在上电的那一刻,MCU的程序指针PC会被初始化为上电复位时的地址,从哪个地址处读取将...

发表于 2018-05-01 18:01 514次阅读
从单片机到PC的系统程序一些问题的理解

浅谈stm8l系列单片机的低功耗机制

虽然MCU是停机了,但是电路板还有其他的芯片在工作,它们仍然在消耗电量,所以我们在停机前应该要把其他...

发表于 2018-05-01 10:53 128次阅读
浅谈stm8l系列单片机的低功耗机制

单片机究竟是如何构成的呢?

今天,首先学习单片机的基本构成和工作原理,以及外围功能电路,然后,挑战一个实际单片机的运行。

发表于 2018-04-30 16:27 587次阅读
单片机究竟是如何构成的呢?

【技术帖】如何防止单片机被解密

单片机一般都有内部ROM/EEPROM/FLASH供用户存放程序。

发表于 2018-04-30 09:11 155次阅读
【技术帖】如何防止单片机被解密

单片机按键的介绍独立按键与矩阵键盘的概述

按键按照结构原理科分为两类,一类是触点式开关按键,如机械式开关、导电橡胶式开关灯;另一类是无触点式开...

发表于 2018-04-29 20:24 1149次阅读
单片机按键的介绍独立按键与矩阵键盘的概述

单片机编程与芯片操作简单总结

对芯片的操作主要是对芯片内寄存器的操作,芯片内寄存器在存储器上映射的都有自己的唯一地址,这也就是对相...

发表于 2018-04-29 09:06 458次阅读
单片机编程与芯片操作简单总结

基于单片机的直接数字频率合成详解

频率合成技术迄今已经历了三代:直接频率合成技术、锁相环频率合成技术、直接数字式频率合成技术。直接数字...

发表于 2018-04-28 09:24 187次阅读
基于单片机的直接数字频率合成详解

单片机的组成及特点,发展趋势,分类和应用

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个...

发表于 2018-04-27 17:35 5792次阅读
单片机的组成及特点,发展趋势,分类和应用

三步教你如何成为单片机高手

当编写自己的程序信手拈来、阅读别人的程序能够发现问题的时候,说明你的单片机编程水平相当不错了。接下来...

发表于 2018-04-27 16:09 1811次阅读
三步教你如何成为单片机高手

单片机程序的作用是什么?如何编写?如何写入单片机...

要让单片机“听话”,就要用单片机能够听懂的语言发布命令,单片机能够听懂的语言称之为“指令”。任何一种...

发表于 2018-04-27 15:35 1293次阅读
单片机程序的作用是什么?如何编写?如何写入单片机...

单片机——内部资源,最小系统,硬件基础知识

STC89C52:8KFLASH、512字节RAM、32个IO口、3个定时器、1个UART、8个中断...

发表于 2018-04-27 15:08 653次阅读
单片机——内部资源,最小系统,硬件基础知识

单片机与微型打印机接口为例讲述这三种数据传输方式

这种数据传送方式中没有联络信号,即CPU总是认为打印机在如何时候都是处于“准备好”的状态。这种传送方...

发表于 2018-04-27 11:00 660次阅读
单片机与微型打印机接口为例讲述这三种数据传输方式

单片机控制花样流水灯原理图及程序

本文详细介绍了AT89C51单片机流水灯的编写方法以及介绍了单片机32位LED花样流水灯程序及原理图...

发表于 2018-04-26 16:15 763次阅读
单片机控制花样流水灯原理图及程序

单片机常用名词解释大全

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。它的体...

发表于 2018-04-26 15:34 683次阅读
单片机常用名词解释大全

单片机汇编语言常见错误知识点分析

汇编语言作为计算机专业及相关学科一门重要的基础课程,其重要性不言而喻。但是对于众多初学汇编语言的人来...

发表于 2018-04-26 15:03 372次阅读
单片机汇编语言常见错误知识点分析

单片机闪烁灯汇编语言源代码大全(四款闪烁灯的汇编...

本文主要介绍了四款闪烁灯的汇编语言源代码,具体的跟随小编一起来了解一下。

发表于 2018-04-26 14:47 230次阅读
单片机闪烁灯汇编语言源代码大全(四款闪烁灯的汇编...

MCS-51单片机最小系统的组成部分及电路图介绍

本文介绍了51单片机的概念和基本特点,介绍了单片机的应用分类,最后详细介绍了MCS-51单片机最小系...

发表于 2018-04-26 14:38 1377次阅读
MCS-51单片机最小系统的组成部分及电路图介绍

单片机流水灯汇编语言源代码大全(六款流水灯汇编语...

本文主要介绍了六款流水灯汇编语言源代码,具体的跟随小编一起来了解一下。

发表于 2018-04-26 14:37 470次阅读
单片机流水灯汇编语言源代码大全(六款流水灯汇编语...

单片机内部复位电路图和上电复位电路图解析(六款单...

本文介绍了六款单片机的复位的复位电路图,其中包括了单片机内部复位电路图和上电复位电路图。复位电路就是...

发表于 2018-04-26 14:06 10828次阅读
单片机内部复位电路图和上电复位电路图解析(六款单...

单片机外围电路设计需要注意的十个事项

复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平 ,而当R1=50时RST为低电平,很明显R1=10k时是...

发表于 2018-04-25 17:15 1540次阅读
单片机外围电路设计需要注意的十个事项

基于单片机的步进电机转速控制设计详解(附程序)

步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速,因为步进电机每给一个脉冲就转动...

发表于 2018-04-25 16:09 454次阅读
基于单片机的步进电机转速控制设计详解(附程序)

小白怎么看懂电子电路图,又该如何学习?

我最近新学单片机,发现现在所接触到的电路图,和读书时物理上学的电路图好像都不太一样。物理上的电路图总...

发表于 2018-04-25 08:57 750次阅读
小白怎么看懂电子电路图,又该如何学习?

矩阵键盘的检测和独立按键的区别

逐行扫描就是说先扫描第一行中的哪个按键按下了,如果没有再扫描第二行,看一下是不是第二行里的某个按键按...

发表于 2018-04-25 08:51 556次阅读
矩阵键盘的检测和独立按键的区别

什么是运动控制器_运动控制器的工作原理及应用

本文首先介绍了运动控制器的架构组成及优缺点,其次介绍了运动控制器的功能,最后阐述了运动控制器的工作原...

发表于 2018-04-23 18:40 900次阅读
什么是运动控制器_运动控制器的工作原理及应用

什么是MCU?MCU市场现状分析

本文首先介绍了MCU的概念和分类,其次介绍了MCU技术原理,最后对MCU市场现状以及中国MCU发展机...

发表于 2018-04-23 14:28 275次阅读
什么是MCU?MCU市场现状分析