1、第- 1 页 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 学生姓名学生姓名: 学学 号：号： 学学 院院: 电子与计算机科学技术学院 专专 业业: 微电子学 题题 目目: 基于 51 系列单片机的频率计 指导教师：指导教师： 职称职称: : 副教授副教授 2012 年 1 月 4 日 第- 2 页 目录目录 1.课程设计目的3 2. 课程设计内容和要求 3 3 2.1、设计内容 3 3 2.2、设计要求 3 3 3、 设计方案 3 3 3.1、设计思路 3 3 3.2、工作原理及硬件框图 3 3 3.3、硬件电路原理图8 8 3.4、PCB 版图设计 9 9 4、课程设计总结1010 5、参考文
2、献1010 第- 3 页 1、课程设计目的 （1）掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； （2）学习使用 PROTEL 软件绘制电路原理图及印刷板图； （3）掌握应用 proteus 等 EDA 软件对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确 性。 2、课程设计内容和要求： 2.1、设计内容 使用 51 系列（80C51、89C51/52 等）单片机、数码管、电压比较器、模拟开关、电阻、 电容等器件设计一个频率计，频率测量范围为 1Hz500KHz，并将测量值通过数码管显示出 来，输入信号为 05V 方波和正弦波。 整理设计内容，编写设计说明书。 2.2、设计要求 （1）课程设计说明书
3、； （2）电路原理图和印刷板图； （3）仿真图形和仿真结果。 3、 设计方案 3.1、设计思路 本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，测量范围从 1Hz500KHz 的 方波、正 弦波。输入信号首先通过前级放大整形电路变成标准脉冲信号，再将该脉冲信号送给单片机， 用单片机实现自动测量功能，采用一个四位共阴极数码管显示器动态显示 4 位数。 3.2、工作原理及硬件框图 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
4、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 第- 4 页 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。 图 1 硬件框图 前级放大整形电路 考虑到被测信号通常为低压小信号，需要进行放 大整形成单片机可以识别的 0
5、-5V 的脉冲信号。 放大部 分运用三极管的共射电路将信号由mV电压变为V级电 压 ， 放 大 倍 数A= Rc/r+(1+ )Re Rc/Re=15K/10=1500。整个系统均采用 5V 供电，放大 电路在 5V 下发生饱和失真，截止失真，刚好使输出波 形为近矩形波。为使脉冲波形更好，在接入单片机前 再加一个施密特触发器，使脉冲边沿更加陡峭。 被测信号 前级放大 整形电路 脉冲信号 单片机 四位 LED 数码管显示 AT89C51 初始化初始化 启动定时器启动定时器，开，开 TO/T1 中断中断 定时定时，计数计数 开始开始 图 2 输入放大整形电 第- 5 页 图 3 波形从上到下依次为：被测波，放大后，施密特触发器整形后 单片机定时，计数 在每个机器周期的 S5P2 期间，CPU 采样引脚的输入电平。若前一机器周期采样值为 1， 下一个机器周期采样值为 0，则计数器增 1，此后的机器周期 S3P1 期间，新的计数值装入计 数器， 所以检测一个 1 到 0 的跳变需要两个机器周期， 外部脉冲频率不超过振荡频率的 1/24。 本次单片机采用 12MHz 的石英晶振提供单片机的时钟信号，所以被测信号频率上限为 500KH
