基于某51单片机地数字频率计设计.doc

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1、word毕业论文课题：基于单片机的数字频率计的设计22 / 32摘 要本方案主要以单片机为核心，主要分为时基电路，复位电路，显示电路三大局部，设计以单片机为核心，利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进展计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。本设计以89C51单片机为核心，应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。系统简单可靠、操作简易，能根本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用X围广。关键词单片机，运算，频率计，LED数码管。*专

2、 抠 专 欢迎 *业 抠 为 您的 *代 群 大 参加 *做 2 学 *毕 4 生 *设 6 服 * 3 务 * 8 解 * 2 决 * 2 问 * 3 题 * *AbstractTheprogrammainlymicrocontrollerasthecore, aredividedintotime-basecircuit, thelogiccontrolcircuit, amplifiershapingcircuit, thegatecircuit, thecountingcircuit, latchcircuit, decodingcircuitmostofthesevenshows, d

3、esignamicrocontrollerasthecore, themeasuredsignalthefirstamplifiertoamplifytheiningsignal, andthenwassenttothewaveformshapingcircuitsurgery, themeasuredsinewaveortrianglewaveshapingasasquarewave. Counterandtimermicrochipfeaturesofthesignalcount. Writethecorrespondingprogramcanautomaticallyadjustthem

4、easurementrangeofSCM, andthefrequencyofthemeasureddatatothedisplaycircuitdisplays.Thedesignofthe89C51microcontrollercore, microcontrollerapplicationsandcontrolfunctionsandarithmeticoperationswithLEDdigitaldisplaytubetothemeasuredfrequencyisdisplayed. Systemissimple, reliable, easytooperateandcanbasi

5、callymeetthegeneralneeds. Bothtoensuretheaccuracyofthesystemfrequencymeasurement, butalsothesystemhasgoodreal-time. Thefrequencymeterdesignissimpleandeasytocarry, expansioncapability, wideapplication.Keywords microcontroller, operation, frequencymeter, LEDdigitaltube。朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容前 言*专

6、 抠 专 欢迎 *业 抠 为 您的 *代 群 大 参加 *做 2 学 *毕 4 生 *设 6 服 * 3 务 * 8 解 * 2 决 * 2 问 * 3 题 * *在电子测量领域中，频率测量的准确度是最高的，可达1010E-13数量级。因此，在生产过程中许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度、加速度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率，然后用数字频率计来测量，以提高准确度。 国际上数字频率计的分类很多。按功能分类，测量某种单一功能的计数器。如频率计数器，只能专门用来测量高频和微波频率；时间计数器，是以测量时间为根底的计数器，其测时分辨力和准确度很高，可

7、达ns数量级；特种计数器，它具有特种功能，如可逆计数器、予置计数器、差值计数器、倒数计数器等，用于工业和白控技术等方面。数字频率计按频段分类 (1)低速计数器：最高计数频率10MHz； (2)中速计数器：最高计数频率10100MHz； (3)高速计数器：最高计数频率100MHz； (4)微波频率计数器：测频X围180GHz或更高。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取

8、代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度X围大，抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用X围，也进一步促使单片机性能的开展。1 绪 论111.2 课题研究的目的和意义112 数字频率计总体方案设计22333 数字频率计的硬件系统设计43.1 数字频率计的硬件系统框架43.2 数字频率计的主机电路设计594 数字频率计软件系统设计1212121314144.3.2 中断流程155 数字频率计的仿真调试1616心得体会17参考文献18附 录1 电路原理图。19附 录2201 绪 论*专 抠

9、专 欢迎 *业 抠 为 您的 *代 群 大 参加 *做 2 学 *毕 4 生 *设 6 服 * 3 务 * 8 解 * 2 决 * 2 问 * 3 题 * *1.1课题背景在电子技术中，频率是最根本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。频率计的根本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，比照测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长如此每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频

10、率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进展测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以与产品的计件等等。1.2 课题研究的目的和意义单片机数字频率计以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点，广泛地应用于各种智能仪器中，这些智能仪器的操作在进展仪器校核以与测量过程的控制中，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，省掉很多烦琐的人工调节，智能仪器通常能自动选择量程，自动校准。有的还能自动调整测试点，这样不仅方便了操作，也提高了测试精度。1.3数字

11、频率计设计的任务与要求单片机控制的数字频率计1.测频X围：不能大于500KHZ。2.输入波形：函数信号发生器输出方波，矩形波，幅度为5V，能产生所需频率的脉冲信号。3.测量误差：1。2 数字频率计总体方案设计*专 抠 专 欢迎 *业 抠 为 您的 *代 群 大 参加 *做 2 学 *毕 4 生 *设 6 服 * 3 务 * 8 解 * 2 决 * 2 问 * 3 题 * *方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。其原理框图如图2.1所示：调试程序信号源输入单片机AT89c51电路数字显示 电路图2.1

12、 方案一原理框图方案二：本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大局部。其原理框图如图2.2所示：逻辑控制电路时基电路放大整形电路闸门电路计数器锁存器译码显示器图2.2 方案二原理框图方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进展计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。方案二：本方案使用大量的数字器件，被测信号经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率与被侧信号的频率一样。同时时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间1s，当

13、1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号完毕闸门关闭，停止计数。假如在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，如此被测信号频率Fx = NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，是显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。比拟以上两种方案可以知道，方案一的核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，调试简单只要改变程序的设定值如此可以实现不同频率X围的测试能自动选择测试的量程。与方案一相比拟方案二如此使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。如要测量高频的信号还需要加上分频电路，价格相对高了点。基于上述比拟，所以

14、选择了方案一。3 数字频率计的硬件系统设计*专 抠 专 欢迎 *业 抠 为 您的 *代 群 大 参加 *做 2 学 *毕 4 生 *设 6 服 * 3 务 * 8 解 * 2 决 * 2 问 * 3 题 * *3.1 数字频率计的硬件系统框架数字频率计是一个将被测频率显示出来的计数装置，它主要由单片机89C51、LED显示器、电源等组成。该系统的功能是将信号输入P3.4口，通过单片机程序控制，对LED显示器进展段控和位控，实现动态显示。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。在进展有关电子技术的设计、安装、调试过程中会被经常使用到。图3-1为数字频率计方案框图。

15、AT89C51单片机LED显示器信号源输入图3-1为数字频率计方案框图。3.2 数字频率计的主机电路设计189C51芯片介绍许多由关硬件设计中都使用到单片机89C51，其功能7比以往的单片机强大的多。89C51引脚图如图3-2所示。图3-2 89C51引脚图芯片引脚功能：主电源引脚Vcc和VssVcc40脚：接5V电压；Vss20脚：接地。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位地址8EH可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALEPROG：当访

16、问外部程序存储器或数据存储器时，ALE地址锁存允许输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的16 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器程期间，该引脚还用于输入编程脉冲PROG。如有必要，可通过对特殊功能存放器SFR区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当A

17、T89S51 由外部程序存储器取指令或数据时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器地址为0000HFFFFH，EA端必须保持低电平接地。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平接VCC端，CPU如此执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压vpp。XTAL1：振荡器反相放大器与内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I0口，也即地址数据总线复用

18、口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址低8位和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口： 是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。对端口写“l，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。其引脚

19、功能表如表3.1所示。表3.1 P1口引脚功能表端口引脚第二功能P1.5MOSI用于ISP编程P1.6MISO用于ISP编程P1.7SCK用于ISP编程P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口，P2 的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器例如执行MOVXDPTR指令时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器如执行MOVXRi 指令时，P2 口线

20、上的内容也即特殊功能存放器SFR区中P2存放器的内容，在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I0 口。P3 口输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流IIL。P3口除了作为一般的I0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。其引脚功能表如表3.2所示。 表3.2 P3口引脚功能表端口引脚第二功能RXD串行输入

21、口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外中断0P3.3INT1外中断1P3.4T0定时计数器0外部输入P3.5T1定时计数器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器读选通89C51晶振接法如图3-3。图3-3 89C51晶振接法图选用12MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为500kHz。电容的大小X围为20pF40pF，本设计选用30pF电容。2单片机复位状态单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟震荡脉冲2个机器周期以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠地复位，在设计复位电路时，通常

22、使RST引脚保持10ms以上的高电平。只要保持高电平，如此MCS-51单片机就循环复位；当RST从高电平变为低电平以后，MCS-51单片机从0000H地址开始执行程序。在复位有效期间，ALE、 引脚输出高电平。89C51按键复位电路如图3-4。图3-4 89C51按键复位电路图单片机复位状态如表3.3所示。表 3.3 单片机复位状态表专用存放器复位状态专用存放器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIPXXX0 0000BSBUFXXXX XXXX

23、BIE0XX0 0000BPCON0XXX XXXXB注：XXX不定。复位后，P0口P3口输出高电平，且使这些准双向口皆处于输入状态，并且将07H写入栈指针SP即设定堆栈底为07H，同时，将程序计数器PC和其余的特殊功能存放器清为0不定的位除外。但复位不影响单片机内部的RAM状态。3.3数字频率计显示电路的设计在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称LED；液晶显示器，简称LCD；荧光管显示器。而发光二极管显示又分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分等。LED段显示器结构与原理LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示块，有7段和“米字段之分。这种显

24、示块有共阳极和共阴极两种。此外，显示块中还有一个圆点型发光二极管在图中以dP表示用于显示小数点。通过发光二极管亮、暗的不同组，可以显示多中数字、字母以与其他符号。LED显示块中的发光二极管共有两种连接方法:(1)共阳极接法发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接5V，这样，阴极端输入低电平的段的发光二极管被点亮，相应的段被显示；而输入高电平的段如此不点亮。(2)共阴极接法发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样，阳极端输入高电平的段的发光二极管被点亮，相应的段被显示；而输入低电平的段如此不点亮。数码管引脚如图3-5。图3-5 数码管引脚图共阴和共阳结构的LE

25、D显示器各笔划段名和安排位置是一样的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8个笔划段dP、g、f、e、d、c、b、a对应于一个字节8位的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地为零电平，而阳极dP、g、f、e、d、c、b、a各段为0111011时，显示器显示P字符，即对于共阴极LED显示器，“P字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器，公共阳极接高电平，显示“P字符的字形代码应为100011008CH。用LED显示器显示十进制转换成十六进制数的字形代码在表3

26、-4中列出。表3-4 LED十六进制的数字代码表字形共阳极代码共阴极代码字形共阳极代码共阴极代码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3BOH4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H灭FFH00H880H7FH4 数字频率计软件系统设计*专 抠 专 欢迎 *业 抠 为 您的 *代 群 大 参加 *做 2 学 *毕 4 生 *设 6 服 * 3 务 * 8 解 * 2 决 * 2 问 * 3 题 * *由于在程序设计中用到中断方式，所以我们在此对单片机中断系统中的中断控制作一下介绍。中断是工业过程控制与智能化仪器用微型机或单片机应用最多的一种数据传送方式。在通常情况下，单片机执行主程序，只有当正常状态出现故障，或发出中断请求时，单片机才暂停执行主程序，转去执行或处理中断服务程序，执行完中断服务程序后，再返回到主程序继续运行。单片机的这一种工作过程称为中断方式。基于资源共享原理上的中断技术，在计算机中得到了广泛的应用。中断技术能实现CPU与外部设备