基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)

1、摘要摘要 本論文主要從AT89C51單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種頻率計(jì)。被測的信號(hào)送入單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器里進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得頻率值；最后，把測得的頻率值送至LCD1602顯示屏顯示。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)，實(shí)現(xiàn)了測得正弦波、鋸齒波、三角波的頻率。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)（關(guān)鍵詞：單片機(jī)（AT89C51） 、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理 、LCD16021 緒論緒論 在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。 2 數(shù)字頻率計(jì)的硬件設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的硬件設(shè)計(jì) 本頻率計(jì)有AT89C51負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，且完成對待測信號(hào)頻率的計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)處理、結(jié)果顯

2、示等功能，外部還要有信號(hào)處理、LCD顯示器等器件。2.1 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)控制模塊 AT89C51單片機(jī)為控制核心，對被測信號(hào)進(jìn)行處理。利用其內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器完成待測信號(hào)周期頻率的測量頻率。各個(gè)引腳功能 1、VCC（40）：接5V電源； 2：GND（20）：接地線； 3：XTAL1（19腳）XTAL2（20腳）：外接晶振（18腳輸出，19腳輸入）； 單片機(jī)是一種時(shí)序的工作方式，必須跟隨著脈沖信號(hào)的高低電平才能工作。因此它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，其實(shí)是在單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)非門，外部接入電容和晶振就可以振蕩，也可以應(yīng)用外部的時(shí)鐘信號(hào)來驅(qū)動(dòng)單片機(jī)，外部信號(hào)由XTAL1輸入，XTAL2懸空不用。

3、 時(shí)鐘產(chǎn)生的近似正弦波，經(jīng)過內(nèi)部整形電路整成方波供整個(gè)單片機(jī)工作。 4、PSEN（29腳）：片外ROM選通信號(hào)，低電平有效； 5、ALE/PROG（30腳）：地址鎖存信號(hào)輸入端/EPROM編程脈沖輸入端； 6、RESET/VPD（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端/備用電源輸入端； 單片機(jī)執(zhí)行程序都是從地址0000H開始的，所以在進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)必須對CPU進(jìn)行復(fù)位，有時(shí)候程序運(yùn)行錯(cuò)誤或操作錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)處于鎖死的狀態(tài)為了擺脫這樣的狀態(tài)也必須對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 復(fù)位的方法比較簡單：只要在RESET腳上加一個(gè)持續(xù)時(shí)間為24個(gè)振蕩周期（兩個(gè)機(jī)器周期）的高電平就可以了。 7、EA/VPP（31腳）：內(nèi)/外部ROM選擇端

4、； 8、P0口（39-32腳）：雙向IO口P00-P07（P0口無上拉電阻，作輸出用需要接上拉電阻）； 9、P1口（1-8腳）：準(zhǔn)雙向通用IO口； 10、P2口（21-28腳）：準(zhǔn)雙向通用IO口； 11、P3口（10-17腳）：準(zhǔn)雙向通用IO口； P3口的第二功能： 其中P3.4為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端； P3.5為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端； 2.2 分頻模塊分頻模塊 所謂“頻率”，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（1s）內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T。 本論文單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)采用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器對輸入脈

5、沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器工作在計(jì)數(shù)方式時(shí)，通過外部計(jì)數(shù)輸入引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）對外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。當(dāng)檢測到脈沖信號(hào)有高電平跳變到低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器加1。但于檢測一個(gè)由“1”到“0”的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，前一個(gè)機(jī)器周期測出“1”，后一個(gè)周期測出“0”。故輸入時(shí)鐘信號(hào)的最高頻率不得超過單片機(jī)晶振頻率的二十四分之一。若晶振頻率為12MHZ，則最高計(jì)數(shù)頻率為0.5MHZ，因此輸入的時(shí)鐘信號(hào)最高頻率不得高于0.5MHZ。2.3 顯示模塊顯示模塊 2.3.1 LCD1602簡介簡介 LCD1602是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它由若干個(gè)5X7或

6、者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。LCD1602是=顯示的內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊。2.3.2 LCD1602與與51單片機(jī)的接法單片機(jī)的接法2.3.3 LCD1602管腳功能管腳功能 第1腳：VSS為電源地 第2腳：VDD接5V電源正極 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平(1)時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平(0)

7、時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。2.3.4 LCD1602基本指令基本指令 下表是LCD1602的內(nèi)部顯示地址 比如第二行第一個(gè)字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1,所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該40H+80H=C0H3 數(shù)字頻率計(jì)的軟件設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的軟件設(shè)計(jì) 3.1 T1的的1

8、s定時(shí)定時(shí) 本次設(shè)計(jì)選用定時(shí)器T1完成定時(shí)功能，選用方式2時(shí)最多也只能定時(shí)： （256-0）*12/12MHZ=256s 顯然不能滿足定時(shí)1 S的要求，可以采用T2定時(shí)250s，連續(xù)循環(huán)定時(shí)4000次即可完成1s的定時(shí)，用一個(gè)計(jì)數(shù)單元N存放循環(huán)的次數(shù)，每一次循環(huán)單元自加1，當(dāng)加到4000次時(shí)則1s定時(shí)到。其程序流程圖如下圖所示。開始 T1初始化定時(shí)250S啟動(dòng)定時(shí)器T1定時(shí)到產(chǎn)生中斷循環(huán)次數(shù)N+ N=4000NY1S定時(shí)到采集數(shù)據(jù)結(jié)束 3.2 T0的計(jì)數(shù)原理的計(jì)數(shù)原理 本次設(shè)計(jì)選用計(jì)數(shù)器T0完成計(jì)數(shù)功能，每當(dāng)?shù)街袛鄷r(shí)，判斷定時(shí)器T0的計(jì)數(shù)單元是否等于4000。若是，則采集數(shù)據(jù)；若否，繼續(xù)計(jì)數(shù)。其程序流程圖如下圖所示。開始 T0初始化置初值為0計(jì)數(shù)開始計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷 1s定時(shí)是否到N1S定時(shí)到采集數(shù)據(jù)結(jié)束 3.3 軟件工作原理軟件工作原理 將輸入的波形送至單片機(jī)的T0計(jì)數(shù)器輸入口，打開定時(shí)器1，初始化定時(shí)器1，將單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器T1定時(shí)為1S，此時(shí)T0輸入口在1s內(nèi)所計(jì)數(shù)到的脈沖個(gè)數(shù)即為該信號(hào)的頻率。最后將該計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)經(jīng)單片機(jī)處理送至LCD顯示。4 測試測試 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(輸入波形為正弦波輸入波形為正弦波) 波形發(fā)生器輸出頻率（HZ） 1050100 500 1000 5000 10000 30000頻率計(jì)測量值（Hz） 105010