基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)

頻率計(jì)是我們經(jīng)常會用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一，本實(shí)驗(yàn)要使用單片機(jī)和計(jì)數(shù)電路及液晶器件來設(shè)計(jì)一個寬頻的頻率計(jì)。

期望達(dá)到10Hz－1.1G范圍的頻率精確測量。

實(shí)驗(yàn)電路圖（初步方案）

1) 計(jì)數(shù)及顯示電路：

2）前置放大及分頻電路：

設(shè)計(jì)思路

頻率的測量實(shí)際上就是在1S時間內(nèi)對信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值就是信號頻率。用單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)通常采用兩種辦法，1）使用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器對輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，或者測量信號的周期；2）單片機(jī)外部使用計(jì)數(shù)器對脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值再由單片機(jī)讀取。

由于單片機(jī)自帶計(jì)數(shù)器輸入時鐘的頻率通常只能是系統(tǒng)時鐘頻率的幾分之一甚至幾十分之一，因此采用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器直接測量信號頻率就受到了很大的限制。

本實(shí)驗(yàn)電路采用方式2，使用一片74LS393四位雙二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和Atmega8的 T1計(jì)數(shù)器組成了24位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為16777215。如果輸入信號經(jīng)過MB501分頻器進(jìn)行64分頻后再進(jìn)行測量，則固定1S時基下最高測量頻率為1073.741760Mhz。

為了方便得到準(zhǔn)確的1秒鐘測量閘門信號，我們使用了Atmega8的異步實(shí)時時鐘功能，采用32.768Khz的晶振由TC2產(chǎn)生1秒鐘的定時信號。

測量原理：

單片機(jī)打開測量閘門，即PB1輸出高電平，同時TC2定時器啟動。74LS393開始對輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，74LS393每計(jì)數(shù)達(dá)256時，Atmega8的T1計(jì)數(shù)器也向上計(jì)數(shù)1次。當(dāng)1S定時到達(dá)時，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，PB1輸出低電平關(guān)閉測量閘門，然后Atmega8讀取74LS393和T1的計(jì)數(shù)值，然后送LCD顯示。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)展

2004-09-27

根據(jù)設(shè)計(jì)思路編寫程序初步獲得了一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如下圖所示。下圖是測量8M有源晶振的輸出結(jié)果。

由于1S的測量閘門時間在業(yè)余條件下不好測試，因此，實(shí)驗(yàn)程序中在LCD上同時顯示實(shí)時時鐘用于判斷1S閘門時間的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)中，我使用CDMA手機(jī)上顯示的GPS衛(wèi)星精確時間進(jìn)行比較。手機(jī)時間顯示的最小單位是分鐘，測量時一旦手機(jī)分鐘值發(fā)生跳變，則立即記錄下LCD顯示的秒值，這樣的話讓頻率計(jì)運(yùn)行一段時間后，再多次記錄下LCD顯示的秒，就可以準(zhǔn)確判斷頻率計(jì)的異步時鐘是否準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)過程中，我讓頻率計(jì)走了10個小數(shù)左右，測量的1S時鐘還是非常準(zhǔn)確的。

#include <iom8v.h>
#include <macros.h>
#include lcd.h
#include 6x8.h
#include chinese.h

/*-----------------------------------------------------------------------
LCD_init : 3310LCD初始化

編寫日期 ：2004-8-10
最后修改日期 ：2004-8-10
-----------------------------------------------------------------------*/
void LCD_init(void)
{
PORTB &= ~LCD_RST; // 產(chǎn)生一個讓LCD復(fù)位的低電平脈沖
delay_1us();
PORTB |= LCD_RST;

PORTB &= ~LCD_CE ; // 關(guān)閉LCD
delay_1us();
PORTB |= LCD_CE; // 使能LCD
delay_1us();

LCD_write_byte(0x21, 0); // 使用擴(kuò)展命令設(shè)置LCD模式
LCD_write_byte(0xc8, 0); // 設(shè)置偏置電壓
LCD_write_byte(0x06, 0); // 溫度校正
LCD_write_byte(0x13, 0); // 1:48
LCD_write_byte(0x20, 0); // 使用基本命令
LCD_clear(); // 清屏
LCD_write_byte(0x0c, 0); // 設(shè)定顯示模式，正常顯示

PORTB &= ~LCD_CE ; // 關(guān)閉LCD
//LCD_clear();
}

/*-----------------------------------------------------------------------
LCD_clear : LCD清屏函數(shù)

編寫日期 ：2004-8-10
最后修改日期 ：2004-8-10
-----------------------------------------------------------------------*/
void LCD_clear(void)
{
unsigned int i;

LCD_write_byte(0x0c, 0);
LCD_write_byte(0x80, 0);

for (i=0; i<504; i++)
LCD_write_byte(0, 1);
}

/*-----------------------------------------------------------------------
LCD_set_XY : 設(shè)置LCD坐標(biāo)函數(shù)

輸入?yún)?shù)：X ：0－83
Y ：0－5

編寫日期 ：2004-8-10
最后修改日期 ：2004-8-10
-----------------------------------------------------------------------*/
void LCD_set_XY(unsigned char X, unsigned char Y)
{
LCD_write_byte(0x40 | Y, 0); // column
LCD_write_byte(0x80 | X, 0); // row
}

/*-----------------------------------------------------------------------
LCD_write_char : 顯示英文字符

輸入?yún)?shù)：c ：顯示的字符；

編寫日期 ：2004-8-10
最后修改日期 ：2004-8-10
-----------------------------------------------------------------------*/
void LCD_write_char(unsigned char c)
{
unsigned char line;

//c -= 32;

//for (line=0; line<6; line++)
//LCD_write_byte(font6x8[c][line], 1);
for (line=0; line<7; line++)
LCD_write_byte(font7x13[c][line], 1);
for (line=7; line<14; line++)
LCD_write_byte(font7x13[c][line], 1);

}

/*-----------------------------------------------------------------------
LCD_write_char : 英文字符串顯示函數(shù)

輸入?yún)?shù)：*s ：英文字符串指針；
X、Y : 顯示字符串的位置

-----------------------------------------------------------------------*/
void LCD_write_String(unsigned char X,unsigned char Y,char *s)
{
unsigned char line;
unsigned char i=0;
while (*s)
{
LCD_set_XY(X+i*7,Y);
for (line=0; line<7; line++)
LCD_write_byte(font7x13[*s-0X30][line], 1);

LCD_set_XY(X+i*7,Y+1);
for (line=7; line<14; line++)
LCD_write_byte(font7x13[*s-0X30][line], 1);
s++;
i++;
}
}
/*-----------------------------------------------------------------------
LCD_write_chi: 在LCD上顯示漢字

輸入?yún)?shù)：X、Y ：顯示漢字的起始X、Y坐標(biāo)；
ch_with ：漢字點(diǎn)陣的寬度
num ：顯示漢字的個數(shù)；
line ：漢字點(diǎn)陣數(shù)組中的起始行數(shù)
row ：漢字顯示的行間距
-----------------------------------------------------------------------*/
void LCD_write_chi(unsigned char X, unsigned char Y,
unsigned char ch_with,unsigned char num,
unsigned char line,unsigned char row)
{
unsigned char i,n;

LCD_set_XY(X,Y); //設(shè)置初始位置

for (i=0;i<num;)
{
for (n=0; n<ch_with*2; n++) //寫一個漢字
{
if (n==ch_with) //寫漢字的下半部分
{
if (i==0) LCD_set_XY(X,Y+1);
else
LCD_set_XY((X+(ch_with+row)*i),Y+1);
}
LCD_write_byte(china_char[line+i][n],1);
}
i++;
LCD_set_XY((X+(ch_with+row)*i),Y);
}
}

/*-----------------------------------------------------------------------
LCD_write_chi: 漢字移動

輸入?yún)?shù)：X、Y ：顯示漢字的起始X、Y坐標(biāo)；
T ：移動速度；

-----------------------------------------------------------------------*/
void LCD_move_chi (unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char T)
{
unsigned char i,n,j=0;
unsigned char buffer_h[84]={0};
unsigned char buffer_l[84]={0};

for (i=0; i<156; i++)
{
buffer_h[83] = china_char[i/12][j];
buffer_l[83] = china_char[i/12][j+12];
j++;
if (j==12) j=0;

for (n=0; n<83; n++)
{
buffer_h[n]=buffer_h[n+1];
buffer_l[n]=buffer_l[n+1];
}

LCD_set_XY(X,Y);
for (n=0; n<83; n++)
{
LCD_write_byte(buffer_h[n],1);
}

LCD_set_XY(X,Y+1);
for (n=0; n<83; n++)
{
LCD_write_byte(buffer_l[n],1);
}

delay_nms(T);
}
}

/*-----------------------------------------------------------------------
LCD_draw_map : 位圖繪制函數(shù)

輸入?yún)?shù)：X、Y ：位圖繪制的起始X、Y坐標(biāo)；
*map ：位圖點(diǎn)陣數(shù)據(jù)；
Pix_x ：位圖像素（長）
Pix_y ：位圖像素（寬）

-----------------------------------------------------------------------*/
void LCD_draw_map(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char *map,
unsigned char Pix_x,unsigned char Pix_y)
{
unsigned int i,n;
unsigned char row;

if (Pix_y%8==0) row=Pix_y/8; //計(jì)算位圖所占行數(shù)
else
row=Pix_y/8+1;

for (n=0;n<row;n++)
{
LCD_set_XY(X,Y);
for(i=0; i<Pix_x; i++)
{
LCD_write_byte(map[i+n*Pix_x], 1);
}
Y++; //換行
}
}

/*-----------------------------------------------------------------------
LCD_write_byte : 使用SPI接口寫數(shù)據(jù)到LCD

輸入?yún)?shù)：data ：寫入的數(shù)據(jù)；
command ：寫數(shù)據(jù)/命令選擇；

-----------------------------------------------------------------------*/
void LCD_write_byte(unsigned char data, unsigned char command)
{
PORTB &= ~LCD_CE ; // 使能LCD

if (command == 0)
PORTB &= ~LCD_DC ; // 傳送命令
else
PORTB |= LCD_DC ; // 傳送數(shù)據(jù)

SPDR = data; // 傳送數(shù)據(jù)到SPI寄存器

while ((SPSR & 0x80) == 0); // 等待數(shù)據(jù)傳送完畢

PORTB |= LCD_CE ; // 關(guān)閉LCD
}