单片机的电压及频率测量表设计
摘 要本论文认为能够通过STC89C51单片机结合LCD1602和ADC0832等电子元件完成一款综合都远高于相关产品的设计。在硬件上通过对单片机最小系统电路和LCD1602液晶显示电路和模拟电压采集电路等电路的设计，制作了一款能够实现直流电压快速检测、交流电压频率测量以及显示等功能的智能表系统。
目录
一、 引言 1
（一） 电压及频率测量表的发展背景 1
（二） 电压及频率测量表的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 电压及频率测量表的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） 74LS393计数器芯片 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
（五） ADC0832模数转换器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路构建 6
（二） 待测信号计数电路设计 7
（三） 电压测量电路设计 8
（四） 液晶屏显示电路设计 9
（五） 按键电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 电压及频率测量表的主程序流程设计 11
（二） 液晶屏驱动流程设计 12
（三） 电压采集流程设计 13
五、 仿真系统设计 15
（一） 仿真原理图设计 15
（二） 频率测量仿真 16
1. 测量30kHz信号频率 18
2. 测量10kHz信号频率 20
3. 测量1kHz信号频率 22
总结 24
参考文献 25
致 谢 26
附录一 原理图 27
附录二 程序 28
引言
电压及频率测量表的发展背景
在电压及频率测量表系统的发展背景中共出现了两大种类型的电压及频率测量表控制系统，其中第一种是较早期的简易系统，而第二种则是微处理器技术成熟之 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
后才出现的以单片机等典型处理器当作主控的智能系统。图书馆的设计文献和网上可供参考到的数据资料显示，电压及频率测量表控制系统在很早以前就已经出现在人类社会了，该器件的初期版本以至可能尚不能称为是一个系统，这是由于它不单单功能简陋与此同时和电子系统的概念还相差甚远。本论文将以“电压及频率测量表控制系统的构建”作为研究课题，设计一款可以实现各项预期功能指标的电子系统出来，在此之前本次论文必需对这类控制系统的发展背景和目前国际上所取得的研究成果做一个简要的介绍。在电压及频率测量表控制系统的历史中，出现了多种不同形式的版本，接下来把几种比较典型的系统进行简要的介绍。通过控制器芯片并且结合其它多种不同功能的传感器是实现嵌入式系统的必经之路，遵照程序设计员的设计水平，各种层次不齐的智能特性都可以被良好的植入到电压及频率测量表控制系统中，这种以微小型处理器当作里面核心架构的电压及频率测量表控制系统才算得上真正的控制系统，因此它可驱动的IO管脚太多了，随便把任何一个智能传感器或者模块配置到它的硬件电路中，都可以实现优秀的驱动，当然这也对微处理器的性能具备相关要求，从最初的8位机到当今成熟的32位机，微处理器控制系统一步一个脚印的走过来，到目前为止早已被大幅度的应用到各种控制系统中去了，它强大的控制作用是构建电压及频率测量表控制系统的首选，从而当前市场上很多性能突出的系统也都是通过高性价比处理器芯片来实现的。十八世纪后期英国的工业革命爆发后，珍妮纺纱机的工作成果带动了其它产业的迅速崛起，这其中一些简陋的电压及频率测量表控制系统最初的样子出现，这时它只能够实现一些比较简易的功能，而且内部以机械结构为主，几乎看不到电子器件的影子，直到第二次工业革命后期，最早的用来放大电压电流信号的电子管被设计出来，这类元器件是今日三极管的初态，那时的设计人员将这些电子器件进行电路配置，可以实现电压及频率测量表系统电子系统的雏形。再到后来一些简易的集成器件和可编程控制器（PLC）出现之后，具有控制功能的电压及频率测量表系统才完全出现，其中以PLC当作主控的系统在那时非常流行，工程师通过梯形语言等PLC语言完成对可编程控制器的驱动，通过它的可编程的引脚实现对外部继电器以及其它必要模块的驱动，通过这类核心架构的配置能够实现一些简单的电压及频率测量表控制系统，然而使用这种体积庞大的PLC作为主控，肯定是不能完成嵌入式，另外PLC价格昂贵，对于电压及频率测量表控制系统的普及是没有多大推动作用的。
电压及频率测量表的国内外发展现状
如今国内外都在做的一件事是如何减少电压及频率测量表系统的总体功耗，这涵盖对系统内部主控运行频率、传感器选型以及工作方式等关键部分的控制，对这些工作模块的功耗管理是如今国内外的研究中心，这是由于嵌入式电压及频率测量表系统所要解决的关键问题就是如何完成最低的功率消耗。国际上的很多相关企业和高校研究小组都正在投入大量精力对电压及频率测量表系统进行设计，通过他们的大力研究和对电压及频率测量表系统的持续推广，如今高性能的电压及频率测量表系统已经实现了普及并且成本实现了大幅度下降，今日几乎全部系统都在使用控制芯片等微处理器芯片来当作主控核心。如今国内外对电压及频率测量表系统的设计尽管实现了比较大的收获，但在系统运行过程中所产生的参数精度上还不是特别高，如果要实现高精度结果的输出，国际上相关研究小组还需要走很长一段路。
本文主要研究内容
本论文主要实现以下功效：
1）频率测量范围为：0~65kHz；
2）通过液晶屏显示频率测量结果；
3）能够对正弦波、方波以及三角波进行测量。
4）电压测量范围为：0~12V；
下列为本课题将要进行的主要设计任务：
1、单片机最小系统电路，实现对液晶屏、按键电路的驱动以及外部脉冲信号的捕捉；
2、设计比较器电路，将待测波形进行电压比较生成脉冲信号，送入单片机的中断管脚进行捕捉；
3、设计LCD1602液晶屏电路，实现对频率测量结果显示；
4、设计按键电路，实现频率测量计的启动和停止。
5、设计ADC0832模数转换器电路，实现对直流模拟电压信号的采集和转换；
目录
一、 引言 1
（一） 电压及频率测量表的发展背景 1
（二） 电压及频率测量表的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 电压及频率测量表的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） 74LS393计数器芯片 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
（五） ADC0832模数转换器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路构建 6
（二） 待测信号计数电路设计 7
（三） 电压测量电路设计 8
（四） 液晶屏显示电路设计 9
（五） 按键电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 电压及频率测量表的主程序流程设计 11
（二） 液晶屏驱动流程设计 12
（三） 电压采集流程设计 13
五、 仿真系统设计 15
（一） 仿真原理图设计 15
（二） 频率测量仿真 16
1. 测量30kHz信号频率 18
2. 测量10kHz信号频率 20
3. 测量1kHz信号频率 22
总结 24
参考文献 25
致 谢 26
附录一 原理图 27
附录二 程序 28
引言
电压及频率测量表的发展背景
在电压及频率测量表系统的发展背景中共出现了两大种类型的电压及频率测量表控制系统，其中第一种是较早期的简易系统，而第二种则是微处理器技术成熟之 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
后才出现的以单片机等典型处理器当作主控的智能系统。图书馆的设计文献和网上可供参考到的数据资料显示，电压及频率测量表控制系统在很早以前就已经出现在人类社会了，该器件的初期版本以至可能尚不能称为是一个系统，这是由于它不单单功能简陋与此同时和电子系统的概念还相差甚远。本论文将以“电压及频率测量表控制系统的构建”作为研究课题，设计一款可以实现各项预期功能指标的电子系统出来，在此之前本次论文必需对这类控制系统的发展背景和目前国际上所取得的研究成果做一个简要的介绍。在电压及频率测量表控制系统的历史中，出现了多种不同形式的版本，接下来把几种比较典型的系统进行简要的介绍。通过控制器芯片并且结合其它多种不同功能的传感器是实现嵌入式系统的必经之路，遵照程序设计员的设计水平，各种层次不齐的智能特性都可以被良好的植入到电压及频率测量表控制系统中，这种以微小型处理器当作里面核心架构的电压及频率测量表控制系统才算得上真正的控制系统，因此它可驱动的IO管脚太多了，随便把任何一个智能传感器或者模块配置到它的硬件电路中，都可以实现优秀的驱动，当然这也对微处理器的性能具备相关要求，从最初的8位机到当今成熟的32位机，微处理器控制系统一步一个脚印的走过来，到目前为止早已被大幅度的应用到各种控制系统中去了，它强大的控制作用是构建电压及频率测量表控制系统的首选，从而当前市场上很多性能突出的系统也都是通过高性价比处理器芯片来实现的。十八世纪后期英国的工业革命爆发后，珍妮纺纱机的工作成果带动了其它产业的迅速崛起，这其中一些简陋的电压及频率测量表控制系统最初的样子出现，这时它只能够实现一些比较简易的功能，而且内部以机械结构为主，几乎看不到电子器件的影子，直到第二次工业革命后期，最早的用来放大电压电流信号的电子管被设计出来，这类元器件是今日三极管的初态，那时的设计人员将这些电子器件进行电路配置，可以实现电压及频率测量表系统电子系统的雏形。再到后来一些简易的集成器件和可编程控制器（PLC）出现之后，具有控制功能的电压及频率测量表系统才完全出现，其中以PLC当作主控的系统在那时非常流行，工程师通过梯形语言等PLC语言完成对可编程控制器的驱动，通过它的可编程的引脚实现对外部继电器以及其它必要模块的驱动，通过这类核心架构的配置能够实现一些简单的电压及频率测量表控制系统，然而使用这种体积庞大的PLC作为主控，肯定是不能完成嵌入式，另外PLC价格昂贵，对于电压及频率测量表控制系统的普及是没有多大推动作用的。
电压及频率测量表的国内外发展现状
如今国内外都在做的一件事是如何减少电压及频率测量表系统的总体功耗，这涵盖对系统内部主控运行频率、传感器选型以及工作方式等关键部分的控制，对这些工作模块的功耗管理是如今国内外的研究中心，这是由于嵌入式电压及频率测量表系统所要解决的关键问题就是如何完成最低的功率消耗。国际上的很多相关企业和高校研究小组都正在投入大量精力对电压及频率测量表系统进行设计，通过他们的大力研究和对电压及频率测量表系统的持续推广，如今高性能的电压及频率测量表系统已经实现了普及并且成本实现了大幅度下降，今日几乎全部系统都在使用控制芯片等微处理器芯片来当作主控核心。如今国内外对电压及频率测量表系统的设计尽管实现了比较大的收获，但在系统运行过程中所产生的参数精度上还不是特别高，如果要实现高精度结果的输出，国际上相关研究小组还需要走很长一段路。
本文主要研究内容
本论文主要实现以下功效：
1）频率测量范围为：0~65kHz；
2）通过液晶屏显示频率测量结果；
3）能够对正弦波、方波以及三角波进行测量。
4）电压测量范围为：0~12V；
下列为本课题将要进行的主要设计任务：
1、单片机最小系统电路，实现对液晶屏、按键电路的驱动以及外部脉冲信号的捕捉；
2、设计比较器电路，将待测波形进行电压比较生成脉冲信号，送入单片机的中断管脚进行捕捉；
3、设计LCD1602液晶屏电路，实现对频率测量结果显示；
4、设计按键电路，实现频率测量计的启动和停止。
5、设计ADC0832模数转换器电路，实现对直流模拟电压信号的采集和转换；
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