單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字頻率計(jì)

1、 湘潭大學(xué)單片機(jī)原理及應(yīng)用 課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 數(shù)字頻率計(jì) 姓名： 柳棟 學(xué)號(hào)： 2011551315 學(xué)院： 信息工程學(xué)院 班級(jí)： 11級(jí)通信工程三班 指導(dǎo)老師： 羅光明 內(nèi)容摘要設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的功能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。編寫相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量的量程，并把測(cè)出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。本設(shè)計(jì)的目的是通過在對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用的學(xué)習(xí)，以及查閱資料，培養(yǎng)自學(xué)與動(dòng)手能力，把學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。在設(shè)計(jì)的過程中，不斷的補(bǔ)充不知道的內(nèi)容、鞏固所學(xué)，和隊(duì)友的分工合作、相互討論，運(yùn)用科學(xué)的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機(jī)系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，

2、學(xué)會(huì)對(duì)常見問題的處理方法，積累設(shè)計(jì)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)字頻率計(jì)；設(shè)計(jì)；目錄第 1 節(jié) 概述 41.1 數(shù)字頻率計(jì)概述 41.2 基本設(shè)計(jì)原理51.3 系統(tǒng)主要功能51.4 設(shè)計(jì)中遇到的一些問題5第 2 節(jié) 數(shù)字頻率計(jì)（低頻）的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)62.1 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成62.2 系統(tǒng)工作原理圖62.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)72.4 頻率產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)82.5 數(shù)據(jù)顯示電路設(shè)計(jì)（8279）82.6 電源設(shè)計(jì)10第 3 節(jié) 軟件設(shè)計(jì)113.1 程序圖113.2 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì).11.3.3 顯示子程序設(shè)計(jì) 133.4 C語(yǔ)言程序清單.14第 4 節(jié) 結(jié)束語(yǔ).19.參考文獻(xiàn)

3、.19第1節(jié) 概述1.1 數(shù)字頻率計(jì)概述數(shù)字頻率計(jì)是采用數(shù)字電路制成的實(shí)現(xiàn)對(duì)周期性變化信號(hào)的頻率的測(cè)量。數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字，顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計(jì)。頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門時(shí)間為1秒。閘門時(shí)間也可以大于或小于一

4、秒。閘門時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時(shí)間越長(zhǎng)則沒測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門時(shí)間越短，測(cè)的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。本文。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，利用他內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量。單片機(jī)AT89C51內(nèi)部具有2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。設(shè)

5、計(jì)將定時(shí)/計(jì)數(shù)器0設(shè)置工作在定時(shí)方式，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1設(shè)置工作在計(jì)數(shù)方式。在定時(shí)器工作方式下，在被測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)，每來一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1（使用12 MHz時(shí)鐘時(shí)，每1s加1），這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來測(cè)量時(shí)間間隔。在計(jì)數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測(cè)信號(hào)發(fā)生從1到0的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1，這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以用來測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，這樣檢測(cè)一次從1到0的跳變至少需要2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期），所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的124（使用12 MHz時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為500 kHz）。1.2 基本設(shè)計(jì)原理運(yùn)用單片機(jī)TO,T1計(jì)數(shù)功能來完成對(duì)輸入

6、信號(hào)的計(jì)數(shù)。其T1為 計(jì)數(shù)器，T1為計(jì)時(shí)器。 為T1裝入初值19466，定時(shí)50ms，重復(fù)50次即為1s，與此同時(shí)將同時(shí)計(jì)數(shù)的T0里的值取出，即為該頻率信號(hào)1s的頻率示數(shù)第一章 AT89C51單片機(jī)及其引腳說明：89C51是一種高性能低功耗的采用CMOS工藝制造的8位微控制器，它提供下列標(biāo)準(zhǔn)特征：4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的RAM,32條I/O線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器, 一個(gè)5中斷源兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串行口, 片上震蕩器和時(shí)鐘電路。引腳說明：·VCC：電源電壓·GND:地·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè)

7、引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對(duì)0端口寫入1時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。當(dāng)P0口訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。在EPROM編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸出指令字節(jié)在程序校驗(yàn)時(shí)。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。·P1口：P1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口的輸出緩沖能接受或輸出4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對(duì)P1口寫1時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。當(dāng)作為輸入端使用時(shí)，P1口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)低電流（IIL）。·P2口：P

8、2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P2口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)向P2口寫1時(shí)，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL）。P2口在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如MOVX DPTR）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，P2口使用強(qiáng)大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出1時(shí)。當(dāng)利用8位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)（例MOVX R1）,P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)EPROM編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口同時(shí)接收高8位地址和一些控制信號(hào)。·P3口：P3是一帶有內(nèi)

9、部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P3口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)向P3口寫1時(shí)，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL）。P3口同時(shí)具有AT89C51的多種特殊功能，具體如下表1所示:端口引腳第二功能P3.0RXD (串行輸入口)P3.1TXD（串行輸出口）P3.2 (外部中斷0)P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器0）P3.5T1（定時(shí)器1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都選通）表1 P3口的第二功能·RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引

10、腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。·ALE/:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低8位字節(jié)。當(dāng)在Flash編程時(shí)還可以作為編程脈沖輸出（）。一般情況下，ALE是以晶振頻率的1/6輸出，可以用作外部時(shí)鐘或定時(shí)目的。但也要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。·：程序存儲(chǔ)允許時(shí)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)AT89C52執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，除了當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過兩個(gè)信號(hào)。·/VPP:外部訪問允許。為了使單片機(jī)能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從0000H到FFFH單元的指令，必須同GN

11、D相連接。需要主要的是，如果加密位1被編程，復(fù)位時(shí)EA端會(huì)自動(dòng)內(nèi)部鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指令時(shí)，應(yīng)該接到VCC端。·XTAL1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。在本次設(shè)計(jì)中，采用89C51作為CPU處理器，充分利用其硬件資源，結(jié)合D觸發(fā)器CD4013，分頻器CD4060，模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4051，計(jì)數(shù)器74LS90等數(shù)字處理芯片，主要控制兩大硬件模塊，量程切換以及顯示模塊。1.4 設(shè)計(jì)中遇到的一些問題1. 計(jì)數(shù)器溢出造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤解決方法：通過設(shè)置溢出中斷T0count變量來記下溢出的次數(shù)再結(jié)合總數(shù)就不會(huì)有誤差。2. 定時(shí)器初值

12、的設(shè)置解決方法：本實(shí)驗(yàn)才用11.0592M晶振驅(qū)動(dòng)，理論初值設(shè)為19456，仍然會(huì)有一些誤差，經(jīng)過反復(fù)調(diào)校，確認(rèn)初值設(shè)為19466最佳。3. 超高頻率計(jì)數(shù)問題實(shí)驗(yàn)箱有兩種百萬級(jí)別的頻率分別為1.228M和2.4576M，單片機(jī)無法響應(yīng)短時(shí)間的超高頻率，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果失常。解決方法：采用硬件分頻電路。 第 2 節(jié) 數(shù)字頻率計(jì)（低頻）的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成2.2 系統(tǒng)工作原理圖選擇AT89S52單片機(jī)芯片，選用兩位8段共陰極LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)頻率顯示，利用8279作I/O口擴(kuò)展，連接數(shù)碼管。通過定時(shí)器1計(jì)時(shí)方式，定時(shí)器0計(jì)數(shù)方式，定時(shí)每秒鐘對(duì)外部頻率計(jì)數(shù)，把計(jì)數(shù)值通過8279芯片在數(shù)碼管

13、上顯示2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘一般需要多相時(shí)鐘，所以時(shí)鐘電路由振蕩器和分頻器組成。 AT8951內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的可控高增益反向放大器。兩個(gè)引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。在片外跨接一晶振和兩個(gè)匹配電容C1、C2如圖4.3所示，就構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。振蕩頻率根據(jù)實(shí)際要求的工作速度，從幾百千赫至24MHz可適當(dāng)選取某一頻率。匹配電容C1、C2要根據(jù)石英晶體振蕩器的要求選取。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí),C1C2一般選30pF左右。上述電路是靠AT89C51單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生振蕩的。也可以由外部振蕩器或時(shí)鐘直接驅(qū)動(dòng)AT89C51。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)

14、部電路產(chǎn)生振蕩。 2.復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位端，高電平有效。該引腳輸入至少連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)復(fù)位。RST引腳內(nèi)部有一個(gè)ST觸發(fā)器以對(duì)輸入信號(hào)整形，保證內(nèi)部復(fù)位電路的可靠，所以外部輸入信號(hào)不一定要求是數(shù)字波形。使用時(shí)，一般在此引腳與VSS引腳之間接一個(gè)8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間接一個(gè)約10F的電解電容，即可保證上電自動(dòng)復(fù)位。2.4 頻率產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)頻率發(fā)生電路是由CD2040芯片產(chǎn)生150HZ,300HZ,600HZ,153.6KHZ,2.4KHZ 的頻率，比較穩(wěn)定。1.頻率產(chǎn)生電路2.頻率產(chǎn)生電路的驅(qū)動(dòng)電路2.5 數(shù)據(jù)顯示電路設(shè)計(jì)（8279）1.8279部分?jǐn)?shù)碼管

15、顯示電路由4位八段共陰數(shù)碼及8279芯片及74HS138芯片組成，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)將公共極COM接到地，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。通過數(shù)碼管顯示，可以簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)顯示頻率。2.數(shù)碼管2.6 電源的設(shè)計(jì)本電源電路是通過變壓器，把外部接入的22V電源轉(zhuǎn)變?yōu)?V電源，采用7805使電源穩(wěn)定。第 3 節(jié) 軟件設(shè)計(jì) 開始初始化T1定時(shí),T0計(jì)數(shù)T0計(jì)數(shù)滿T1定時(shí)1秒滿 While(1)T0count+ 計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)sum 送數(shù)碼管顯示3 程序設(shè)計(jì) C語(yǔ)言程序清單/*我的頻率計(jì)：T0定時(shí)計(jì)器，T1計(jì)數(shù)器，由P35（/T1）口輸入

16、待測(cè)頻率*/*T0定時(shí)1S，在這1S內(nèi)T1的計(jì)數(shù)值就是待測(cè)的頻率值。*/#include<reg52.h>/頭文件#include<intrins.h>/頭文件#define uchar unsigned char/宏定義#define uint unsigned int/宏定義sfr16 DPTR=0x82;/定義DPTRbit status_F=1;/狀態(tài)標(biāo)志位uint aa, qian, bai,shi,ge,bb,wan,shiwan; /定義變量uchar cout;unsigned long temp;/定義長(zhǎng)整型變量/*數(shù)碼管顯示0-9*/uchar co

17、de table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/*子函數(shù)聲明*/void delay(uint z);void init();void display(uint shiwan,uint wan,uint qian,uint bai,uint shi,uint ge);void xtimer0();void xtimer1();void xint0();/*主函數(shù)*/void main()P0=0XFF; /初始化P0口init();/調(diào)用定時(shí)器，計(jì)數(shù)器初始化whi

18、le(1)if(aa=19)/定時(shí)20*50MS=1Saa=0;/定時(shí)完成一次后清0status_F=1;/完成計(jì)數(shù) TR1=0; /關(guān)閉T1定時(shí)器，定時(shí)1S完成delay(46); /延時(shí)較正誤差TR0=0;/關(guān)閉T0DPL=TL0; /計(jì)數(shù)量的低8位DPH=TH0;/計(jì)數(shù)量的高8位temp=DPTR+cout*65535; /計(jì)數(shù)值放入變量shiwan=temp%1000000/100000;wan=temp%100000/10000;qian=temp%10000/1000;/顯示千位bai=temp%1000/100;/顯示百位shi=temp%100/10;/顯示十位ge=temp%

19、10;/顯示個(gè)位display(shiwan,wan,qian,bai,shi,ge); /調(diào)用顯示函數(shù)/*定時(shí)器，計(jì)數(shù)器初始化*/void init()temp=0;/變量賦初值aa=0;cout=0;IE=0X8A;/開中斷，T0，T1中斷TMOD=0x15;/T0為定時(shí)器工作于方式1，T1為計(jì)數(shù)器工作于方式1TH1=0x3c;/定時(shí)器賦高8初值 , 12M晶振TL1=0xb0;/定時(shí)器賦低8初值 , 12M晶振TR1=1;/開定時(shí)器1TH0=0;/計(jì)數(shù)器賦高8初值初值TL0=0;/計(jì)數(shù)器賦低8初值TR0=1;/開計(jì)數(shù)器0/*顯示子函數(shù)*/void display(uint shiwan,

20、uint wan,uint qian,uint bai,uint shi,uint ge)P0=0xdf;/P0口是位選 1101 1111 改成 1111 1101 =0XDFP2=tableshiwan;/顯示shiwan位delay(5);P0=0xef;/P0口是位選 1110 1111 改成 1111 1110 =0XFEP2=tablewan;/顯示wan位delay(3);P0=0xf7;/P0口是位選 1111 01111 改成 0111 1111=0X7F P2=tableqian;/顯示千位delay(3);P0=0xfb;/P0口是位選 1111 1011 改成 1011 1111=0XBFP2=tablebai;/顯示百位delay(3);P0=0xfd; /P0口是位選 1111 1101 改成 1101 1111 =0XDFP2=tableshi;/顯示十位delay(3);P0=0xfe;/P0口是位選 1111 1110 改成 1110 1111 =0XEFP2=tablege;/顯示個(gè)位delay(3);/*定時(shí)中斷子函數(shù)*/void xtimer1() interrupt 3TH1=0