基于AT98C51單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)

1、摘要 51系列單片機(jī)是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的一種8位單片機(jī)之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和接受及應(yīng)用，51系列單片機(jī)還會(huì)在繼后很長(zhǎng)一段時(shí)間占據(jù)嵌入式低端市場(chǎng)。重要的。，因此，作為新世紀(jì)的大學(xué)生，在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，掌握單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、原理和使用時(shí)非常重要的。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發(fā)展。 在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。本設(shè)計(jì)所要介紹的是以單片機(jī)AT89C51為核心設(shè)計(jì)了一種量程自選的數(shù)字頻率計(jì)。在本文的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)

2、脈寬的機(jī)器周期數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),從而求得被測(cè)信號(hào)的頻率值, 最后通過靜態(tài)顯示電路顯示數(shù)值由于單片機(jī)內(nèi)部振蕩頻率很高, 所以一個(gè)機(jī)器周期的量化誤差相當(dāng)小, 可以有效地提高低頻信號(hào)的測(cè)量準(zhǔn)確性。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)，AT98C51，量程自選頻率計(jì) 目 錄摘要···························&#

3、183;························11、 設(shè)計(jì)目的························

4、····················32、 設(shè)計(jì)要求及指標(biāo)····························&

5、#183;·········3三、單元電路分析······································

6、3;·31、上拉電路··········································32、信號(hào)輸入電路····

7、··································63、顯示電路···············

8、;···························7四、系統(tǒng)框圖·····················

9、3;······················9五、仿真圖··························

10、3;···················10六、仿真結(jié)果·····························&#

11、183;··············10七、軟件介紹··································

12、··········12八、心得體會(huì)······································

13、3;·····13九、參考文獻(xiàn)···········································&#

14、183;13附錄 源程序············································14一 設(shè)計(jì)目的1掌握量程自選數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)、

15、組裝與調(diào)試方法。2熟悉集成元器件的選擇和集成電路芯片的邏輯功能及使用方法。3熟悉仿真軟件的使用。二 設(shè)計(jì)要求及指標(biāo)1. 輸入信號(hào)的頻率量程可以自動(dòng)選擇。2. 測(cè)試結(jié)果用6位數(shù)碼管顯示。三 單元電路分析1、上拉電路AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。主要性能1、與MC

16、S-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容； 2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器； 3、1000次擦寫周期； 4、全靜態(tài)操作：0Hz-33MHz； 5、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器； 6、32個(gè)可編程I/O口線； 7、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 8、六個(gè)中斷源； 9、全雙工UART串行通道； 10、低功耗空閑和掉電模式； 11、掉電后中斷可喚醒； 12、看門狗定時(shí)器； 13、雙數(shù)據(jù)指針； 14、掉電標(biāo)識(shí)符 。 圖1-AT89C51的 實(shí)物圖 圖2-引腳說明單片機(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)器的工作可以由變成來實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出中斷要求的功能。在構(gòu)成為定時(shí)器時(shí)，每隔幾期周期加1（使

17、用12MHz時(shí)鐘時(shí)，每1us加1）這樣以及其周期為基準(zhǔn)可以用來測(cè)量時(shí)間間隔6。在構(gòu)成計(jì)數(shù)器時(shí)，在相應(yīng)的外部引腳發(fā)生從1到0的的跳變時(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。外部輸入每隔及其周期被采樣一次，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)震蕩周期），所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的1/24（使用12MHz時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為500KHz）。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由相應(yīng)的運(yùn)行控制位TR控制，當(dāng)TR置1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；當(dāng)TR清0，停止計(jì)數(shù)。AT89C51由于P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，是開漏的，不管它的驅(qū)動(dòng)能力多大，相當(dāng)于它是沒有電源的，需要外部的電路提供，

18、絕大多數(shù)情況下P0口是必需加上拉電阻的。 1.一般51單片機(jī)的P0口在作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用時(shí)不接上拉電阻。 2.作為一般的I/O口時(shí)用時(shí)，由于內(nèi)部沒有上拉電阻，故要接上上拉電阻！ 3.當(dāng)p0口用來驅(qū)動(dòng)PNP管子的時(shí)候，就不需要上拉電阻，因?yàn)榇藭r(shí)的低電平有效； 4.當(dāng)P0口用來驅(qū)動(dòng)NPN管子的時(shí)候，就需要上拉電阻的，因?yàn)榇藭r(shí)只有當(dāng)P0為1時(shí)候，才能夠使后級(jí)端導(dǎo)通。 在本設(shè)計(jì)中，AT89C51的P0接通過上拉電阻到VCC，提高單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)能力，電阻限流保護(hù)。 圖3-AT89C51的P0接上拉電阻示意圖 2、信號(hào)輸入電路 將6種不同的頻率方波信號(hào)輸入，利用雙向開關(guān)進(jìn)行選擇索要測(cè)試方波的信號(hào)頻率，所要

19、進(jìn)行測(cè)試的信號(hào)通過單片機(jī)AT89C51內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0引腳，AT89C51執(zhí)行內(nèi)部程序的同時(shí)，檢測(cè)到信號(hào)，經(jīng)過“讀-修改-寫”的過程，將最好的運(yùn)行結(jié)果通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 圖4-信號(hào)輸入電路圖3、顯示電路數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 1） 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示

20、則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選

21、通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 圖5- 數(shù)碼管顯示原理顯示字符共陽(yáng)極段碼共陰極段碼0C0H3FH1F9H06H2A4H5BH3B0H4FH499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H

22、6FH 圖6- 字符對(duì)應(yīng)段碼顯示表五 總體電路仿真圖六 仿真結(jié)果1. SW2打向上面的位置2、SW2打向下面的位置：3、 SW1打向上面的位置4、 SW1打向下面的位置：5、SW0打向上面的位置：5、 SW0打向下面的位置： 七 軟件介紹1、 Keil C51 Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)

23、行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。 1)、系統(tǒng)概述 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil 的優(yōu)勢(shì)。2）、Keil C51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE），可以完成編

24、輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.OBJ）。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。2、 ProtuesProtues軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還

25、能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。迄今為止是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理

26、器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯. 八 心得體會(huì)經(jīng)過一段時(shí)間的努力，量程自選的頻率計(jì)基本完成。但設(shè)計(jì)中的不足之處仍然存在。這次設(shè)計(jì)是我第一次自己設(shè)計(jì)電路，并用Proteus實(shí)現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對(duì)電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)的使用等都有了新的認(rèn)識(shí)。通過這次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設(shè)計(jì)、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計(jì)和電路圖的仿真的設(shè)計(jì)流程，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表使用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用工作應(yīng)能好，測(cè)量電壓準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能、指標(biāo)達(dá)到了課題的預(yù)期要

27、求、系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)字頻率計(jì)量程自選功能，詳細(xì)說明了從原理圖的設(shè)計(jì)、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。通過本次設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)這門課有了進(jìn)一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設(shè)計(jì)中遇到了各種各樣的問題，而其中最困難的就在于設(shè)計(jì)好一個(gè)沒有差錯(cuò)的電路了。設(shè)計(jì)電路時(shí)我總先根據(jù)各種要求畫出草圖再改正繼而進(jìn)行仿真看其是否符合要求。再則，再編制程序時(shí)雖然老師在課堂上講的夠好，但自己卻總因?yàn)檫@樣或那樣的原因沒有全部弄清楚，最終依靠老師和同學(xué)的幫助編制出來。在這次設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表的過程中遇到的這些問題，讓我明白自己在硬件上的理論

28、知識(shí)學(xué)得還不夠扎實(shí)，對(duì)電路的仿真方面也不夠熟練?？傊@次電路的設(shè)計(jì)和仿真，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的功能要求。在以后的實(shí)踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí)，并理論聯(lián)系實(shí)際，爭(zhēng)取在電路設(shè)計(jì)方面能有所提升.九、參考文獻(xiàn)1 秦實(shí)宏、徐春輝 MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用 華中科技大學(xué)出版社 2 邵貝貝. 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)LCOS-(第2版)M. 北京清華大學(xué)出版社20043 邵貝貝. 單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法M北京清華大學(xué)出版社20044 王曉明. 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制M北京. 北京航空航天大學(xué)出版社2002 5 安鵬，馬偉S12單片機(jī)模塊應(yīng)用及程序調(diào)試J. 電子產(chǎn)品世界. 2006第211期

29、 162-1636 高海生模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M江西. 江西科技出版社2000 7 沈長(zhǎng)生常用電子元器件使用一讀通M北京. 人民郵電出版社2004 8 張偉等Protel DXP高級(jí)應(yīng)用M北京. 人民郵電出版社2002 9 周潤(rùn)景、張海娜.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社. 2006附錄源程序清單flagbit00hL1bitp1.0L2bitp1.1L3bitp1.2dpbitp2.7disp_ramdata30htempdatadisp_ram + 6t0_cntdatatemp + 3t1_cntdatat0_cnt + 1div10datat1

30、_cnt + 1ramdatadiv10 + 1sp_mindataram + 10;=org00hjmpmainorg000bhjmpt0_isrorg001bht1_isr:pushaccpushpswmovth1,#3chmovtl1,#0b0hinct1_cntmova,t1_cntcjnea,#20,t1_endclrtr0clrtr1setbflagt1_end:poppswpopaccreti;=t0_isr:inct0_cntreti;=table:db 3fhdb 06hdb 5bhdb 4fhdb 66hdb 6dhdb 7dhdb 07hdb 7fhdb 6fh;=ini

31、t:movtemp,#00hmovtemp+1,#00hmovtemp+2,#00hmovdisp_ram,#00hmovdisp_ram+1,#00hmovdisp_ram+2,#00hmovdisp_ram+3,#00hmovdisp_ram+4,#00hmovdisp_ram+5,#00hmovt1_cnt,#00hmovt0_cnt,#00hmovie,#8ahmovtmod,#15hmovth1,#3chmovtl1,#0b0hsetbtr1movth0,#00hmovtl0,#00hsetbtr0ret;=delay:movr2,adelay1:movr3,#00djnzr3,$d

32、jnzr2,delay1ret;=com:movram,tempmovram+1,temp+1movram+2,temp+2movram+3,#00hmovram+4,#00hmovram+5,#00hmovram+6,#00hmovram+7,#24mova,div10cjnea,#02h,com1mova,#05hadda,rammovram,ajnccom1incram+1mova,ram+1jnzcom1incram+2com1:movr0,#rammovram+8,#3clrccom2:mova,r0rlcamovr0,aincr0djnzram+8,com2movram+8,#4com3:mova,r0addca,r0daamovr0,aincr0djnzram+8,com3djnzram+7,com1movram+8,#3movr0,#ram+3movr1,#disp_ramcom4:mova,r0anla,#0fhmo