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基于Proteus的数字频率计的仿真实现.rar

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    基于 Proteus 数字频率计 仿真 实现
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    科技学院 2011 届本科毕业论文基于 Proteus 的数字频率计的仿真实现专 业: 通信工程 指导教师: 余军 学生姓名: 帅必静 学生学号: 072004111480 中国﹒贵州﹒ 贵阳 2011 年 5 月贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 页目录摘要 ...........................................................................................................................................IIIAbstract.....................................................................................................................................IV第一章 绪论 .............................................................................................................................11.1 背景 ................................................................................................................................11.2 EDA 的现状 ..................................................................................................................11.3 目的和意义 ....................................................................................................................11.4 设计方案 ........................................................................................................................2第二章 主要器件和工具 .........................................................................................................32.1 主要器件 ........................................................................................................................32.1.1 微控制器 .................................................................................................................32.1.2 主流的微控制器 .....................................................................................................32.2 Keil 的简介 ....................................................................................................................42.2.1 Keil 软件 .................................................................................................................42.2.2 Keil 的主界面 .........................................................................................................52.2.3 Keil 的使用步骤 .....................................................................................................52.3 Proteus 的简介 ...............................................................................................................62.3.1 Proteus 软件 ............................................................................................................62.3.2 Proteus 的使用步骤 ................................................................................................7第三章 总体设计 .....................................................................................................................83.1 设计思路 ........................................................................................................................83.2 设计方案 ........................................................................................................................93.3 显示 ................................................................................................................................9第四章 详细设计 ...................................................................................................................114.1 仿真电路 ......................................................................................................................114.1.1 主要器件 ...................................................................................................................114.1.2 最小系统 ...............................................................................................................114.1.3 动态显示 ...............................................................................................................12贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 I 页4.2 软件设计 ......................................................................................................................134.2.1 主函数的程序流程 ...............................................................................................134.2.2 MCU 的初始化 ....................................................................................................134.2.3 T0 的中断函数 .....................................................................................................154.2.4 T1 的中断函数 .....................................................................................................164.2.5 显示函数 ...............................................................................................................17第五章 仿真与实现 ...............................................................................................................195.1 系统仿真 ......................................................................................................................195.1.1 搭建通信平台 .......................................................................................................195.1.2 断点调试 ...............................................................................................................195.2 系统实现 ......................................................................................................................21第六章 总结与不足 ...............................................................................................................24参考文献 ...................................................................................................................................25附录一 .......................................................................................................................................26附录二 .......................................................................................................................................30致谢 ...........................................................................................................................................31贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页基于 Proteus 的数字频率计的仿真实现摘要在电子电路的测量和测试中,数字频率计是比较常用的一种测量仪器。传统的数字频率计通常采用模拟和数字集成电路搭建,其体积大、价格高、使用复杂。为此本文提出了一种基于微控制器的数字频率计的实现方案,它具有精度高、显示直观、体积小、成本低、可靠性高、可采用电池供电,以及便于携带等众多优点。在本方案中,频率的显示采用 5 位 LED 数码管,精度可达 0.1%,具有自动换量程功能。本频率的设计测量范围为 1Hz~500KHz ,并可通过外部增加分频电路实现更高频率的测量。由于采用可编程的微控制器为核心,因此通过软件更新的方式即可在不改变硬件电路的前提下很方面对其功能进行扩展和完善。而借助串行通信技术,更可实现频率的远程实时测量,可用于地势偏远而又比较分散的变电站的电网异地监测等应用中,具有较高的实用价值和情景。本方案通过了 EDA 软件 Proteus 的仿真验证,实验证明设计完全可行,达到设计预期。关键字:频率计;Proteus;仿真;微控制器;EDA贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页Simulation and Implementation of Digital Frequency Meter Based on ProteusAbstractIn the electronic circuit measurement and testing, digital frequency plan is more commonly used a measuring instrument. The traditional digital frequency plan usually adopts analog and digital integrated circuit structures, their large size, price high, use complex. This paper proposes a method based on micro controller digital frequency plan scheme, it has high precision, show intuitional, small volume, low cost, high reliability, can use batteries, and easy to carry many advantages.In this scheme, frequency display using five LED digital tube, precision can reach 0.1%, which can automatically change range function. The design of this frequency for measuring range, and 500KHz 1Hz ~ by external increase points frequency circuit implementation higher frequency measurement. Due to the programmable microcontrollers as the core, so through the way software updates can not to change the premise of hardware circuit of its function is to expand and improve. And by serial communication technology, the more can realize frequency measurement, and can be used in the remote real-time terrain remote and more decentralized power substation of different monitoring application, has high practical value and scene. This plan through the EDA software simulation validation Proteus, experimental proof design completely feasible and achieved the design expectations.Key words:Frequency Meter, Proteus, Simulation, MCU, EDA贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 0 页第一章 绪论1.1 背景数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。所谓频率,就是周期信号在单位时间(1s)内的变化次数。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为 N,则其频率可表示为 f=N/T[1]。本设计主要是基于微控制器(单片机)的数字频率计的设计,它可以对参数进行测量,它能够更准确的测量出频率,有灵活的设计、微小的功耗、低廉的成本,而传统的频率计只能对数电,模电电路进行搭建,而且成本还很高,传统的频率计通常是由简单的组合逻辑和时序逻辑电路作为信号处理系统的控制核心,存在结构复杂、稳定性差、精确度不高的弊端。而微控制器的应用开发极大的提高了我们的运作成本和硬件成本。使用在线微控制器仿真开发工具能加速应用系统的研制、生产和维修。我们可以运用 EDA 软件来模拟目标系统的运行情况。对编制好的微控制器软件进行模拟调试。1.2 EDA 的现状本设计用到的 EDA 也被称为电子设计自动化,由于可编程逻辑器件性价比不断提高,开发软件功能不断完善,EDA 技术设计电子系统具有用软件的方式设计硬件,设计过程中可用有关软件进行各种仿真等等优势,所以 EDA 技术广泛应用于高校电类专业的实践教学工作中应用于科研工作和新产品的开发中;可编程器件制造厂家可按照一定的规格以通用器件大量生产,用户可按通用器件从市场上选购,然后按自己的要求通过编程实现专用集成电路的功能,所以广泛应用于专用集成电路的开发;还有应用于传统机电设备的升级换代和技术改造,如果利用 EDA 进行重新设计或进行技术改造,不但设计周期短、设计成本低,而且还可以提高产品或设备的性能,缩小产品的体积,提高产品的技术含量,提高产品的附加值 [2]。1.3 目的和意义随着电子技术的进一步发展,对电子产品的要求也越来越高。所以,本设计是基于微控制器的数字频率计。微控制器数字频率计有可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点,广泛的应用于各种智能仪器中,而且可以对参数进行测量,具有可编测的贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页功能。所以这些在操作中可以进行控制,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,省掉了很多的时间。智能仪器通常能自动的选择量程,自动校准。还可以自动调整测试点,这样不仅方便了操作,也提高了测试精度。1.4 设计方案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。本设计我们采用可编程的单片机,而且还引入了EDA 仿真,这样就加快了我们的开发周期,也大大的节约了成本。本设计用到了三个定时器,分别对数字频率计进行局部控制。首先定时器 T2 对频率信号进行计数,同时定时器 T1 进行门控定时,门控时间到,则将 T2 计的频率值发送出去,通过数码管显示出来。本设计总体设计图如图 1.1 所示:图 1.1 总体设计图贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页第二章 主要器件和工具2.1 主要器件2.1.1 微控制器本设计主要介绍的是基于微控制器的数字频率计的仿真,那微控制器是什么,我们在这里简单的介绍。微控制器(Microcontroller Unit ,MCU)也称作为单片机,单片机即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer) ,它主要用于控制系统中。它具有嵌入式应用系统所要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。它把计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上,通常片内都含有中央处理部件(CPU) 、数据存储器(RAM) 、程控存储器(ROM/EPROM/FLASH ROM) 、定时器/ 计数器和各种输入/输出(I/O)接口 [3]。单片机有个别称,叫用户自定义集成电路。也就是说,单片机通过适当的编程,即可实现要众多普通数字集成电路或其它元器件才能实现的逻辑功能。且当对程序进行适当的修改后,电路逻辑功能即可增加或改变。所以现今许多基于 MCU 的电子数码产品得到极大的应用。2.1.2 主流的微控制器而微控制器发展至今已有 30 余年了,在早期有 Intel 公司生产的 MCS-48 单片机系列,但是它的片内存储器的容量较小,没有串行接口,只有一个 8 位定时器/计数器等。在中期阶段推出的单片机有串行接口,片内存储器的容量也有提高,有 16 位定时器/计数器和多级中断控制系统。在后期推出了 16 位、32 位的单片机和专用机,而且还不断完善和提高了 8 位单片机的性能。然而 8 位单片机是目前品种最丰富、应用最广泛的单片机。单片机具有体积小、功耗低、功能强、稳定、可靠、使用灵活、性能/价格比高、便于推广应用等显著优点。现阶段主要生产 8 位单片机的有 Intel 公司生产的 MCS-51/96 及其增强型系列,NS 公司生产的 NS8070 系列,RCA 公司生产的 CDP1800 系列,TI 公司生产的 TMS7000 系列,Motorola 公司生产的 6805 系列,National 公司生产的 MN6800 系列,等等。但在这些公司生产的单片机系列中,我们最常用的和我们最熟悉的是 Intel 公司生产的MCS-51 系列。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页2.1.3 SST89E516RD 的介绍我们所熟悉的 MCS-51 系列的单片机,最常用到的是 SST 公司生产的SST89E516RD,它可靠性高,价格低廉,软硬件全兼容 8051/52 系列单片机, 原有资源均可使用。最高工作频率可达 40MHz,内部具有 64K+8KB 的 FALSH ROM 存储器,可反复读写超过十万次。在应用中基本无需再扩展程序储存器。此外内部数据 RAM达 1K 字节,能满足大多数应用,比标准 51 机的 RAM 大 8 倍 [4]。主要是它有三个 16位的定时器/计数器。在本设计中,我们就涉及了三个定时器 /计数器,使得我们在运用的时候方便快捷,减少了我们的运作成本和花费的时间。它的引脚图如图 2.1 所示:图 2.1 SST89E516RD 引脚图2.2 Keil 的简介2.2.1 Keil 软件在单片机的开发工具里面,我们在软件部分中使用的是软件开发环境 Keil,它是现今单片机应用开发中使用得最多的一款开发工具。Keil C51 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个极其强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,并通过一个集成开发环境将它们组合在一起 [5]。其支持多个型号的单片机,开发语言可以使用汇编或 C 语言,也可二者混合编程。同时 Keil 可以和众多的单片机仿真器联机,实现对目标板的联合调试功能。Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全 Windows 界贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页面。目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2.2.2 Keil 的主界面启动 Keil 以后,进入它的主界面,Keil 的主界面如图 2.2 所示:图 2.2 Keil 的主界面它由三个界面组成,有项目工作区,编辑窗口和输出窗口。编辑窗口其中显示出C 语句和其对应的汇编指令。输出窗口其中输出编译、连接信息和输入 Keil 的调试命令。2.2.3 Keil 的使用步骤下面是 Keil 的使用步骤,如图 2.3 所示:
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