基于单片机的低频弱信号检测

沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书I摘要微型计算机简称微机，由于其具备人脑的某些功能，所以也俗称微电脑，是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机，典型的微型计算机包括运算器、控制器、储存器、输入输出接口四个部分。如果把运算器与控制器封装在一小块芯片上，则称该芯片为微处理器。如果将它与大规模集成电路制成的储存器、输入输出接口印制在电路板上臃肿线连接起来，就构成了微型计算机。把微型计算机集成在一个芯片上就构成了单片微型计算机，即单片机。从Intel公司于1971年生产的第一片单片机开始，单片机就开创了电子应用的智能化新时代。单片机以其高性价比和灵活性牢固的树立了在嵌入式系统中的霸主地位。如今，单片机已经渗透到我们生活中的各个领域。大到导弹的导航装置，飞机上的仪表控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程控制，小到职能IC卡，摄像机，照相机，全自动洗衣机，玩具汽车，电子宠物都离不开单片机的身影，更不用说控制领域的机器人，智能仪表，医疗器械了。因此，单片机的学习，开发，应用将造就一大批的计算机应用与智能化控制的科学家和工程师。基于单片机的测频系统设计，在现实生活中有着广泛的应用。以信号发生器作为模拟输入，以运算放大器作为放大电路和过零比较器，通过施密特反相器的整形后输出一个标准的矩形波信号。把输出信号接在单片机的外部中断引脚上，通过测量信号在一定时间内下降沿的次数来检测信号的频率，得到的频率数值经过单片机的处理，正确显示在数码管上。关键词：单片机；运算放大器；反相器沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书II目录1绪论.......................................................................................................................................12设计要求..............................................................................................................................22.1课程设计的目的及意义................................................................................................22.2课程设计的任务与要求................................................................................................22.2.1设计任务................................................................................................................22.2.2设计要求................................................................................................................22.3课程设计的技术指标....................................................................................................23系统硬件设计.....................................................................................................................33.1AT89C51单片机简介.....................................................................................................33.1.1AT89C51内部原理.................................................................................................33.1.2AT89C51管脚功能.................................................................................................43.2LM324运算放大器简介.................................................................................................53.3数码管显示电路简介....................................................................................................63.4系统原理图设计............................................................................................................84系统软件设计......................................................................................................................94.1测频原理........................................................................................................................94.2软件流程图..................................................................................................................104.3程序代码......................................................................................................................105系统仿真结果....................................................................................................................135.1仿真结果......................................................................................................................135.2结果分析......................................................................................................................146总结.....................................................................................................................................15致谢.........................................................................................................................................16参考文献................................................................................................................................17沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书11绪论频率是电子技术中最基本的参数，频率测量是电子测量领域最基本的测量之一，并且与许多电参量的测量都有着十分密切的关系。频率信号抗干扰性强，易于传输，可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，频率测量方法的优化也越来越受到重视。传统的频率计通采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。现在单片机迅速发展速度非常迅速，采用单片机和相关硬软件实现频率测量，不但测量精度高，而且无常也很小。除此之外单片机也广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点。广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。利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用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管现在的家用电器基本上都采用了单片机控制。从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备等。现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话、集群移动通信、无线电对讲机等。单片机在医用设备中的用途亦相当广泛。例如医种分析仪、监护仪、超声诊断设备及病床呼叫系统等等。沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书22设计要求2.1课程设计的目的及意义1.课程设计是要完成给定课题的设计任务，根据题目要求进行电路设计，通过调试仿真和硬件调试验证达到课题所要求的各项技术指标。2.通过课程设计掌握单片机系统电路的设计方法，培养分析问题和解决问题的能力。3.掌握proteus仿真软件和KeiluVision编程软件的应用。4.了解单片机接口技术及其工作原理。2.2课程设计的任务与要求2.2.1设计任务用过零检测法，结合单片机技术，对低频弱信号做测频检测，并将估计值输出显示。2.2.2设计要求1．认真分析和领会课程设计题目含意，查阅和运用相关技术资料，提倡独立思考，锻炼动手能力。2．仔细观察实验现象，认真做好实验记录，要准确、规范、独立地完成实验内容,自觉培养严谨求实的科学作风。3．认真完成课程设计论文（应包含电路图、元器件清单、仿真调试及验证结论、设计总结等内容）。2.3课程设计的技术指标采用信号发生器作为模拟输入，输入幅度为21mV,测频范围：0～210Hz，显示精度为小数点后1位。沈阳理工大学装备工程学院课程设计说明书33系统硬件设计3.1AT89C51单片机简介3.1.1AT89C51内部原理51系列单片机的内部功能可由图3.1所示的框架来描述。图3.151系列单片机内部组成功能图1.中央处理器CPUCPU又称微处理器，或中央处理器，是单片机的核心部件，它决定了单片机的