中北大學(xué)單片機數(shù)字頻率計課程設(shè)計

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 單片機課程設(shè)計說明書1. 緒論1.1 數(shù)字頻率計概述數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計?；驹O(shè)計原理是直接用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對正弦波、方波、三角波的頻率進行自動的測量。1.2 任務(wù)分析與設(shè)計思路頻率的測量實際上就是在1s時間內(nèi)對信號進行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻

2、率。在本次設(shè)計使用的at89c51單片機，本身自帶有定時器和計數(shù)器，單片機的t0、t1兩個定時/計數(shù)器，一個用來定時，另一個用來計數(shù)，定時/計數(shù)器的工作由相應(yīng)的運行控制位tr控制,當tr置1,定時/計數(shù)器開始計數(shù);當tr清0,停止計數(shù)。在定時1s里，計數(shù)器計的脈沖數(shù)就是頻率數(shù)，但是由于1s超過了at89c51的最大定時，因此我們采用50ms定時，在50ms內(nèi)的脈沖數(shù)乘以14就得到頻率數(shù)，再轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)出即可。1.3 基本設(shè)計原理本設(shè)計原理是直接用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對方波的頻率進行自動的測量。單片機在采用了12mhz的晶體振蕩器，采用定時和計數(shù)相結(jié)合的

3、方法，選用定時計數(shù)器to作定時器，工作方式1產(chǎn)生50ms的定時，再用軟件計數(shù)方式對它計數(shù)20次，就可得到一秒的定時，然后通過74hc4511譯碼器將顯示管驅(qū)動以顯示初測量結(jié)果。2. 硬件系統(tǒng)設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成本頻率計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要元器件是單片機at89c51，由它完成對待測信號頻率的計數(shù)和結(jié)果顯示等功能，外部還要有分頻器、顯示器等器件?？煞譃橐韵挛鍌€模塊：晶振電路、復(fù)位電路、譯碼轉(zhuǎn)換、單片機系統(tǒng)、數(shù)碼顯示模塊。各模塊關(guān)系圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)組成框圖2.2 系統(tǒng)硬件各模塊簡介2.2.1 晶振電路和復(fù)位電路 xtal1與xtal2管腳接兩個22pf電容和12mhz晶振構(gòu)成時鐘電路。

4、rst管腳接10k電阻，20f電容上電復(fù)位電路。2.2.2 at89c51單片機本設(shè)計采用的是at89c51單片機，它提供下列標準特征：4k字節(jié)的程序存儲器，128字節(jié)的ram,32條i/o線，2個16位定時器/計數(shù)器,一個5中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，一個雙工的串行口,片上震蕩器和時鐘電路。 設(shè)計中主要用到p2端口與74hc4511譯碼器連接輸出待顯示的個位與十位的數(shù)據(jù)，p1端口與74hc4511譯碼器連接輸出頻率計的百位和千位，p3端口連接信號輸入電路。p3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的i/o端口，它的輸出緩沖能驅(qū)動4個ttl邏輯門電路。當向p3口寫1時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平

5、，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（iil）。2.2.3 譯碼顯示74hc4511譯碼器是4線七段譯碼驅(qū)動器，在設(shè)計中用它來譯碼并且驅(qū)動數(shù)碼顯示管來顯示數(shù)值，共需要4個74hc4511和4個七段顯示數(shù)碼管。89c51單片機p2端口與74hc4511譯碼器連接輸出待顯示的個位與十位的值，p1端口與74hc4511譯碼器連接輸出頻率計的百位和千位的值。2.2.4 系統(tǒng)硬件電路圖圖2 系統(tǒng)硬件電路圖3 設(shè)計過程3.1 程序流程圖圖3 程序流程圖3.2 初始化程序部分采用12mhz的晶體振蕩器的情況下，一秒的定時已超過了定時器可提供的最大定時值。

6、為了實現(xiàn)一秒的定時，采用定時和計數(shù)相結(jié)合的方法實現(xiàn)。選用定時計數(shù)器to作定時器，工作于方式1產(chǎn)生50ms的定時，再用軟件計數(shù)方式對它計數(shù)20次，就可得到一秒的定時。將定時器計數(shù)器的方式寄存器tmod，用軟件賦初值51h，即01010001b。這時定時器計數(shù)器1采用工作方式1，方式選擇位ct設(shè)為1，即設(shè)t1為16位計數(shù)器。定時器計數(shù)器o采用工作方式1，ct設(shè)為0，即設(shè)to為16位定時器。,所以t0的初始值為3cb0h。以下為程序代碼。org 0000hajmp startorg 0600hstart: mov tmod ,#51hmov th0 ,#3chmov tl0 ,#0b0hmov ie

7、 ,#82hmov th1 , #00hmov tl1 , #00hsetb tr0setb tr13.3 頻率計算由于定時50ms，采用4位顯示，最大顯示頻率是9999，因此50ms里最大計數(shù)為500，否則顯示不準確，500的十六進制為01f4h,當計數(shù)器的高八位大于01時，計數(shù)值大于500超過最大顯示，即直接顯示9999，當高八位等于01時，在判斷第四位tl1與f4h的大小，大于或等于也直接顯示頻率9999，小于時在進行十進制轉(zhuǎn)換，當高八位小于01時，在跳轉(zhuǎn)到十六進制轉(zhuǎn)換到十進制的程序中，再顯示出來。最后將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。以下為程序代碼：loop:sjmp $ ；等待中斷org

8、000bh ；入口地址ajmp btr0 org 0080hbtr0:clr tr1 ；停計數(shù)clr tr0mov a,th1cjne a,#01h,next1 ；判斷th1的計數(shù)是否大于01h，（500十六進制為01f4h）sjmp next2next1:jc beginjnc next4next2:mov a,tl1cjne a,#0f4h,next3 ；等于則比較tl1的計數(shù)值和#0f4的大小sjmp next4next3:jc beginjnc next4next4:mov a,#99h ；大于01f4h則輸出9999mov p1,a mov p2,a4. 仿真調(diào)試4.1 仿真結(jié)果本次

9、仿真是在proteus平臺上進行，仿真電路如下：圖4 方波頻率為10khz顯示結(jié)果圖5 方波頻率為800hz顯示結(jié)果4.2仿真結(jié)果分析本實驗采用兩個分別為10khz，800hz的信號源來驗證所設(shè)計的頻率計的準確性，分別模擬量程范圍09999hz外和量程范圍09999hz內(nèi)的顯示結(jié)果。當開關(guān)打在10khz時，數(shù)碼管顯示9999，與預(yù)期符合，當開關(guān)打在800hz的信號源上時，顯示800也符合?？偨Y(jié)5.1 設(shè)計小結(jié)該頻率計設(shè)計，實現(xiàn)了測被測信號的頻率，周期和脈寬的功能。在調(diào)測的過程中發(fā)現(xiàn)測量頻率時，檔位在1hz9999hz，最終得到的結(jié)果的符合預(yù)期要求，測量結(jié)果在誤差允許范圍之內(nèi)。5.2 心得體會

10、數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經(jīng)常使用到。通過這次課程設(shè)計，不但加深我對在課程上所學(xué)到的單片機理論知識的認識和理解，重新讓自己認識到了這門學(xué)科的在應(yīng)用方面的廣闊前景，并且通過知識與應(yīng)用于實踐的結(jié)合更加豐富了自己的知識。擴展了知識面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識，而且對其他專業(yè)的知識也有所了解，而且較系統(tǒng)的掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，因而自身的綜合素質(zhì)有了全面的提高 。在本次課程設(shè)計中，發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，比如在硬件

11、仿真時，由于對數(shù)電、模電的知識掌握得不夠牢固，導(dǎo)致仿真結(jié)果一直不能實現(xiàn)，還有在進行編程的時候?qū)纹瑱C的寄存器、接口電路等不夠了解，也遇到了很多問題，但最終通過查資料、同學(xué)的幫助解決了這些問題。同時也熟練掌握了proteus、keil這兩個軟件，提高了自己的動手能力。參考文獻1胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)清華大學(xué)出版社，1996.2胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計.清華大學(xué)出版社，2002.3李朝青.單片機原理及接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，1994.4徐惠民，安德寧.單片微型計算機原理、接口、應(yīng)用.北京郵電大學(xué)出版社，1990.5張友德，趙志英，涂時亮.單片微型機原理、應(yīng)用與實驗.復(fù)旦大學(xué)出

12、版社，1992.6proteus幫助文檔.7keil幫助文檔.8高海生，楊文煥.單片機應(yīng)用技術(shù)大全.西南交通大學(xué)出版社，1996.9e.a.nichols，j.c.nichols，k.r.musson.微型計算機數(shù)據(jù)通信，1989.10徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社，1999.附錄 程序清單 ajmp startorg 0600hstart:mov tmod,#51h ；送方式字mov th0,#3ch ；t0賦初值mov tl0,#0b0hmov ie,#82h ；開t0中斷mov th1,#00h ；t1清零mov tl1,#00hsetb tr0 ；開始計數(shù)

13、setb tr1 loop:sjmp $ ；等待中斷org 000bh ；入口地址ajmp btr0org 0080hbtr0:clr tr1 ；停計數(shù)clr tr0mov a,th1cjne a,#01h,next1 ；判斷th1的計數(shù)是否大于01h，（500十六進制為01f4h）sjmp next2next1:jc beginjnc next4next2:mov a,tl1cjne a,#0f4h,next3 ；等于則比較tl1的計數(shù)值和#0f4的大小sjmp next4next3:jc beginjnc next4next4:mov a,#99h ；大于01f4h則輸出9999mov p

14、1,a mov p2,aljmp last ；長轉(zhuǎn)移begin:mov a ,tl1；小于01f4h則轉(zhuǎn)換為十進制，以下程序為十進制轉(zhuǎn)換mov b,#14hmul abmov r2,bmov b,#10hdiv abmov r0,amov r1,bmov a,th1mov b,#14hmul abadd a,r2mov b,#10hdiv abmov r2,bmov r7,amov b,#06hmul abmov b,#0ahdiv abmov 40h,amov 41h,bmov b,#06hmov a,r0mul abmov b,#0ahdiv abmov r3,amov r4,bmov a

15、,r2mov b,#06hmul abmov b,#0ahdiv abmov r5,amov r6,bmov a,r1add a,r4add a,r6add a,41hmov b,#0ahdiv abmov r1,badd a,r0add a,r3add a,r5mov r0,amov a,r2mov b,#05hmul abadd a,r0mov r0,amov a,r7mov b,#09hmul abmov b,#0ahdiv abmov 42h,amov a,badd a,r0add a,40hmov b,#0ahdiv abmov r0,bmov r3,amov a,r2mov b,#02hmul abadd a,r3add a,42hmov b,#0ahdiv