简易脉冲信号参数测量装置(附件)【字数：8304】
摘 要本文介绍了脉冲信号参数测量仪的设计思路以及设计方法，使用AT89C51单片机作为微处理器，运用 Proteus软件进行仿真硬件设计，Keil软件进行汇编程序编写，最终生成.hex文件，将此文件放置到Proteus中，再把程序下载到单片机中，从而设计出一个简单的具备测量脉冲宽度，频率，周期的简易脉冲信号参数测量装置。系统主要由三个主要模块组成，即单片机电路，显示电路，时钟电路。 使用 Proteus软件设计一个标准的矩形脉冲信号发生器，测量幅值范围为0.2 Vp-5 Vp，频率范围为10 Hz-100 KHz，并可调脉冲信号占空比，测量误差的绝对值小于0.1％。测量脉冲信号占空比D，测量范围为20％-80％，测量误差的绝对值小于2％，通过数字信息显示模块显示脉冲信号参数。通过在Proteus软件做仿真测试，根据测试结果，符合设计要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景知识 1
1.2 AT89C51单片机介绍 1
1.3 信号的基本特性 1
1.4系统设计要求 2
第二章 系统设计方案 3
2.1 频率测量方案 3
2.2 幅值测量方案 3
2.3 总系统设计方案 3
第三章 脉冲信号参数测量仪的设计 5
3.1硬件设计任务 5
3.2 Proteus软件的介绍 5
3.3 FPGA设计 6
3.3.1设计原理 6
3.3.2 频率测量 6
3.4基于AT89C51脉冲信号测量系统的硬件设计 7
3.4.1 AT89C51 工作电路 7
3.4.2测量系统复位电路 7
3.4.3时钟电路 8
3.4.4按键电路 9
3.4.5显示电路 10
第四章 测试方案与测试结果 16
4.1测试方案 16
4.1.1硬件测试 16
4.1.2 软件测试 20
4.2 测试条件及仪器 21
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4.3 测试结果及分析 21
4.3.1 测试结果 21
4.3.2 结果分析 23
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录 27
附录A.脉冲信号宽度测量设计程序 27
附录B.脉冲信号频率测量设计程序 29
附录C.相关波形数据示意图 33
第一章 绪论
1.1背景知识
随着电子科学计算机的广泛应用和迅猛发展以及现代工业水平的提高，脉冲技术也得到了广泛的发展与应用。因此脉冲技术[1]在诸如数据通讯，数字通信，自动控制技术，计算机科学技术，军事目标雷达技术等方面运用广泛。如今，随着生产力水平的提高，脉冲信号速率越来越快，因此对脉冲参数测量精度要求也越高。
该测试仪主要以单片机[2]为核心，单片机小巧易用，便于携带，易于扩展和更新技术，因此，我选择了使用单片机来设计信号参数测量仪。该测量仪采用了AT89C51单片机为主设备，它具备强大的数据采集，存储，操作和控制性能。经过相关文献和资料所给的51单片机设计误差要求能够看出，这是一个高精度的系统。本设计的思路是，对于低频信号SCM直接测量，对于高频信号微控制器采用间接测量的方式，即信号必须在分频后进行测量。对于幅度测量，被测信号先用峰值保持电路进行处理，而后通过单片微处理器将A / D转换成数字信号。
1.2 AT89C51单片机介绍
AT89C51是一款低电压，高性能的CMOS8位微控制器，内置通用8位CPU和闪存存储单元，内置强大的微机AT89C51提供了经济实惠的处理方案。AT89C51芯片拥有40个引脚，32个双向I/ O端口，外部包括两个断开，两个16位可编程定时器计数器，以及两个全双工串行通讯端口，AT89C51的系统编程既可以依照传统的措施间接编程，也能够在线编程。其通用的微处理器和闪存联结一起，由于可以多次擦写闪存，因此可以有效降低开发成本。
1.3 信号的基本特性
一般情况下，电信号的表现形式为波形或者脉冲。其基本特性包括：振幅，相位差，周期，频率，波形。在工程领域中，振幅分为两种，一种是峰值振幅，表现为干扰信号的最大位移量。另一种是均方根振幅，为求出均方根电压，必须将所得的波形值平方之后再求出平均电压，最后再通过平方根求得。相移指的是两个波形的水平位移量，单位是弧度，周期为360°。周期指波形循环出现一次所花的时间，用T表示，单位秒（s）。在每一个周期的波形中都存在着一个频率，频率指波形在一个周期内所出现的次数，用f表示，且f=1/T。波形分为3种：正弦波，方波（矩形波），三角波（锯齿波）。正弦波一般情况下与交流电源相关，方波是指在一个周期内波形在不同的值之间周期跳跃，且最高点与最低点部分的长度相等；而矩形波最高点和最低点部分长度不等。在三角波中，电压随着时间线性地变动；而锯齿波的信号延垂直下降。本设计主要通过脉冲响应来进行相关数据的测量。
1.4系统设计要求
通过对单片机的基本了解，并查阅相关文献和复习之前所学的单片机一般应用知识，通过相关视频的练习能够熟练运用微控制器进行简单的C语言编程，再使用Proteus软件设计一个标准的矩形脉冲信号发生器，根据所给的设计要求可知：频率范围为10 Hz100 KHz，且脉冲信号占空比可调。检测脉冲信号的频率范围为10 Hz100 KHz，测量误差的绝对值小于0.1%。最后通过数字显示模块显示脉冲信号的一些基本参数。由于设计使用了LED显示模块，遂采用汇编语言[3]进行编程设计。
第二章 系统设计方案
2.1 频率测量方案
方案1（传统方法）：这个方案采用分频整形的方法，与脉宽信号输入相与，得到计数脉冲，再由计数器参与计数，最后输出到数字管显示。这个方案运行速度和测量精度较低，不符合本设计所要求的高精度和高运行速度，因此不采用该方法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景知识 1
1.2 AT89C51单片机介绍 1
1.3 信号的基本特性 1
1.4系统设计要求 2
第二章 系统设计方案 3
2.1 频率测量方案 3
2.2 幅值测量方案 3
2.3 总系统设计方案 3
第三章 脉冲信号参数测量仪的设计 5
3.1硬件设计任务 5
3.2 Proteus软件的介绍 5
3.3 FPGA设计 6
3.3.1设计原理 6
3.3.2 频率测量 6
3.4基于AT89C51脉冲信号测量系统的硬件设计 7
3.4.1 AT89C51 工作电路 7
3.4.2测量系统复位电路 7
3.4.3时钟电路 8
3.4.4按键电路 9
3.4.5显示电路 10
第四章 测试方案与测试结果 16
4.1测试方案 16
4.1.1硬件测试 16
4.1.2 软件测试 20
4.2 测试条件及仪器 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4.3 测试结果及分析 21
4.3.1 测试结果 21
4.3.2 结果分析 23
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录 27
附录A.脉冲信号宽度测量设计程序 27
附录B.脉冲信号频率测量设计程序 29
附录C.相关波形数据示意图 33
第一章 绪论
1.1背景知识
随着电子科学计算机的广泛应用和迅猛发展以及现代工业水平的提高，脉冲技术也得到了广泛的发展与应用。因此脉冲技术[1]在诸如数据通讯，数字通信，自动控制技术，计算机科学技术，军事目标雷达技术等方面运用广泛。如今，随着生产力水平的提高，脉冲信号速率越来越快，因此对脉冲参数测量精度要求也越高。
该测试仪主要以单片机[2]为核心，单片机小巧易用，便于携带，易于扩展和更新技术，因此，我选择了使用单片机来设计信号参数测量仪。该测量仪采用了AT89C51单片机为主设备，它具备强大的数据采集，存储，操作和控制性能。经过相关文献和资料所给的51单片机设计误差要求能够看出，这是一个高精度的系统。本设计的思路是，对于低频信号SCM直接测量，对于高频信号微控制器采用间接测量的方式，即信号必须在分频后进行测量。对于幅度测量，被测信号先用峰值保持电路进行处理，而后通过单片微处理器将A / D转换成数字信号。
1.2 AT89C51单片机介绍
AT89C51是一款低电压，高性能的CMOS8位微控制器，内置通用8位CPU和闪存存储单元，内置强大的微机AT89C51提供了经济实惠的处理方案。AT89C51芯片拥有40个引脚，32个双向I/ O端口，外部包括两个断开，两个16位可编程定时器计数器，以及两个全双工串行通讯端口，AT89C51的系统编程既可以依照传统的措施间接编程，也能够在线编程。其通用的微处理器和闪存联结一起，由于可以多次擦写闪存，因此可以有效降低开发成本。
1.3 信号的基本特性
一般情况下，电信号的表现形式为波形或者脉冲。其基本特性包括：振幅，相位差，周期，频率，波形。在工程领域中，振幅分为两种，一种是峰值振幅，表现为干扰信号的最大位移量。另一种是均方根振幅，为求出均方根电压，必须将所得的波形值平方之后再求出平均电压，最后再通过平方根求得。相移指的是两个波形的水平位移量，单位是弧度，周期为360°。周期指波形循环出现一次所花的时间，用T表示，单位秒（s）。在每一个周期的波形中都存在着一个频率，频率指波形在一个周期内所出现的次数，用f表示，且f=1/T。波形分为3种：正弦波，方波（矩形波），三角波（锯齿波）。正弦波一般情况下与交流电源相关，方波是指在一个周期内波形在不同的值之间周期跳跃，且最高点与最低点部分的长度相等；而矩形波最高点和最低点部分长度不等。在三角波中，电压随着时间线性地变动；而锯齿波的信号延垂直下降。本设计主要通过脉冲响应来进行相关数据的测量。
1.4系统设计要求
通过对单片机的基本了解，并查阅相关文献和复习之前所学的单片机一般应用知识，通过相关视频的练习能够熟练运用微控制器进行简单的C语言编程，再使用Proteus软件设计一个标准的矩形脉冲信号发生器，根据所给的设计要求可知：频率范围为10 Hz100 KHz，且脉冲信号占空比可调。检测脉冲信号的频率范围为10 Hz100 KHz，测量误差的绝对值小于0.1%。最后通过数字显示模块显示脉冲信号的一些基本参数。由于设计使用了LED显示模块，遂采用汇编语言[3]进行编程设计。
第二章 系统设计方案
2.1 频率测量方案
方案1（传统方法）：这个方案采用分频整形的方法，与脉宽信号输入相与，得到计数脉冲，再由计数器参与计数，最后输出到数字管显示。这个方案运行速度和测量精度较低，不符合本设计所要求的高精度和高运行速度，因此不采用该方法。
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