AT89C51单片机电信号测量仪设计+电路图+源程序(3)
1．3 设计电信号测量仪的任务和要求
1.3.1 课题研究目的
本课题研究的目的是通过对基于单片机为核心进行电信号测量仪的设计和制作，在设计中学会运用模电、单片机、电子测量、数电等综合知识，按照课题设计的要求独立完成电信号参数系统的设计、仿真和调试，在实际制作中不断提高动手解决实际问题的能力。
1.3.2 课题研究的任务
在老师的指导和帮助之下，独立设计一台多功能电信号测量仪，并可以数字显示。
1.3.3 课题研究的要求
（a）基本要求
可测量频率范围在0Hz~64KHz的正弦波、方波的频率，要求测量误差≤0.5%。
同时可测量幅值范围在0.1V~5V的正弦波、方波的幅度值，测量误差≤0.2%。
被测信号的频率和幅值的测量结果要在LED或LCD上显示（十进制数字）。
（b）提高部分
在基本要求的基础上，对被测信号频率和幅值测量要可测量锯齿波、三角波。
2 电信号测量仪的设计方案及论证
课题基于单片机进行设计和实现对输入信号的频率和幅值进行测量的电信号测量仪，便于携带，小巧方便，并采用AT89C51单片机作为测量仪的主要控制仪器，此单片机具有很强的数据采集、存储、运算以及控制功能。方案设计具有测量精度高、便于处理、智能化处理等优点，方便实验时对输入电信号的频率和幅值的测量[3]。
2．1 频率测量方案
在物理概念中，定义在单位时间内可以完成的振动次数称为频率，可以说频率是描述物体在振动过程中往复来回的频繁程度的物理量。
2.1.1 传统方法测量频率
传统方法测量信号频率先将输入信号做分频整形，然后与已经设置好的脉宽为1s的信号共同输入逻辑电路“与门”，输出结果有0和1两种情况，这两种结果作为计数脉冲，输入计数器进行计数，利用锁存译码器进行锁存和译码，最后输出到数码管显示。
2.1.2 频率计方法测量频率
此方案中采用功能较强、兼容性较好、性价比高的单片机，将被测量的输入信号分为低频段和高频段，接着对信号进行整形、分频，利用单片机处理，直接测量频率。在一个阀门时间T内，输出的脉冲被送到计数器，进行计数，在设计中，先定时50ms即T1定时器，则循环20次可以得到时间为1s（即为T）的定时时间，在这1s的时间内，把被计数的脉冲送到T0计数器，若计数器的值为N，便可以得到频率为：f = N。一般情况下，当阀门时间为T时，如果计数得到的结果是N，则F=N/T，由于在此设计中，我们直接采用阀门时间为1s，从而可以得到频率为脉冲计数值N。
图2. 1 频率测量框图
2.1.3 两种测频方案的比较
方案一采用传统方法进行频率测量，相比较而言，硬件结构简单，但工作速度低，而且精度差，不能满足设计要求。
方案二中采用单片机技术，具有智能化的优点，可以使硬件电路简化，并且提高了测量精度，此外也可以用软件对测量误差补偿，可以满足课题的设计要求。同时此方案易于进行系统功能的拓展，方便处理，因而采用方案二进行课题的研究和设计。
2.1.4 频率测量结构图
图2. 2 频率测量结构图
2．2 幅值测量方案
2.2.1 取样法测量幅值
采用取样法测量信号的幅值，在低频阶段精度较高，假设在时间间隔t内对需要测量的信号进行1次取样，同时在时间间隔T内对信号进行N次取样，将两次取样的数据结果输入到单片机，经过单片机及相关软件对数据的处理并比较大小，那么处理后的最大值即为被测电信号幅度的峰值。