基于单片机的通用电子计数器的设计.ppt
基于单片机的通用电子计数器的设计,报告人：王昆鹏 导 师：宋宗伦 副教授,主要内容,方案设计 硬件设计 软件设计 误差分析及扩展 系统仿真,方案设计,这部分主要讲述了通用计数器的种 类、发展趋势及其频率测量的方法， 最后论证了方案，采用以AT89C52单 片机为控制核心，用C语言进行设计， 结合外围电子电路（如CD4001为选择 器，CD4040为计数器）实现频率和周 期的测量，并用LCD以十进制数字的 形式来显示被测信号的周期和频率作 为最终的设计方案。 同时讲述了本设计的测量原理，利 用电子计数法实现频率和周期的测量。 当测量频率时，是用电子计数器显示 单位时间内通过时钟信号周期的个数 来实现频率的测量；当测量周期时， 利用单片机强大的计算功能，求频率 倒数的方法，从而获得所需周期的测 量。,硬件设计,通用计数器由稳压电源电路、单片机AT89C52 、信号预处理电路、数据测量显示电路组成，其中信号预处理电路包括选择闸门电路和分频电路。,闸门电路,采用数字芯片（CD4001）实现对数字信号选择控制。CD4001是两输 入端四或门，引脚如图所示。 在实际应用中，仅仅用到一个或门，它的1脚接输入时钟信号，2脚接 到单片机的P2.7，通过单片机控制2脚是高电平还是低电平。当2脚是低 电平时，从CD4001的3脚出来的信号就通过CD4001的1脚传送到3脚， 然后进入下一个控制电路；当2脚是高电平时，无论时钟信号是高电平， 还是低电平，在CD4001的3脚都没有信号输出。,分频电路,采用数字芯片（CD4040）用于扩展单片机的频率测量范围，如图所示。 CD4040是十二位二进制串行分频/计数器，在这里接成级联方式，组 成一个十二位二进制分频/计数器，其分频比为 ，且其最大计数值为 1=16777215，分辨率将大大提高。而AT89C52单片机的晶振为12MHz，最 大计数频率是12M1/24=0.5MHz，即500KHz。,单片机系统,通用计数器测量显示电路选用AT89C52 如图所示，用于通用计数器的 硬件控制的核心。AT89C52 内部有3个16 位可编程定时/计数器、1个具 有可编程全双工串行通信接口和8K8位片内ROM程序存储器。16位定 时/计数器用于实现待测信号的频率测量。8K8位片内ROM程序存储器 用于存储源程序。,LCD液晶显示,LCD工作原理就是利用液晶的物理特性：通电时排列变得有序，使光 线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。 可以显示两行，每行16个字符，不能显示汉字，内置含128个字符集 字库，只有并行接口，无串行接口，如图所示。,稳压电源电路,稳压电源电路由变压器、整流电路、滤波电路、三端稳压器7805稳 压模块四部分组成。电源用220V市电经变X1压器降压成9V交流电，然 后经四个整流二极管（D1D4）组成的桥式整流变成直流电压，经C1 滤波后送入7805芯片稳压成5V直流电源，为LCD显示电路和AT89C52单 片机系统提供可靠稳定的电源，如图所示。,软件设计,程序开始首先对LCD液晶显示器、定时器/计数器T1进行初始化，且T1设置为定时器方式2，是为了1s定时的精确实现，提高定时精度，解决软件反复装初值所带来的误差，这一点很重要，最后从数据缓冲区读出测量数据，在完成数据处理后，由显示电路显示测量结果。,误差分析,最大计数误差 主要是由于主门的开启时刻与计数脉冲的时刻是不同步，导致同一信 号在相同的主门开启时间内两次测量所记录的脉冲数不一样。可以采用 增大计数值，增大闸门时间，也可以让它们在时间上完全同步等来减少 误差。 标准频率误差 标准频率误差主要是由于晶体振荡器校准的频率准确度和对校准该频 率准确度的保持能力两项因素决定。所以使用前要对石英晶体振荡器进 行校准，尽量减少石英晶体振荡器的关机次数等。,扩展,预处理电路部分 在实际工作中，由于待测信号未知，它有可能是正弦波，有可能是三 角波，也有可能是方波。方波信号单片机是可以测量的，所以要让被测 信号经过放大整形为方波信号。对于脉冲的计数可充分利用单片机内部 的T0和T1，发挥单片机的强大的计数和编程功能。 增加按键控制 通过按键实现通用计数器的测频率，周期，占空比，脉宽、累加计数 等各项功能。,keil软件的调试,Keil软件是最流行的MCS-51系列单片机的调试软件。Keil软件集编辑、 编译、仿真于一体，支持汇编语言和C语言的程序设计，界面友好，易 学易用，最后我们可以看到调试的结果，如图所示。,调试结果,proteus软件的仿真,Proteus 软件是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。从制作原 理图、代码下载到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计， 真正实现了从理论到产品开发的完整设计。首先根据设计的原理图绘制 出仿真的原理总图，然后进行仿真，如图所示。,仿真总图,谢谢大家！,
