基于89C52單片機的數(shù)字頻率計的設計(DOC)

1、 iGUILINUNIVERSITYOFELECTRONICTECHNOLOGY單片機課程設計報告題目：基于89C52單片機的數(shù)字頻率計院（系）：信息與通信學院專業(yè)：電子信息工程學生姓名：學號：指導教師：2012年11月15日 摘要該系統(tǒng)以STC89S51單片機為核心,應用單片機的運算和控制功能并采用LCD顯示器實時地將所測頻率顯示出來,通過測量結(jié)果對比,分析了測量誤差的來源,提出了減小誤差應采取的措施。頻率計具有電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、測量方便、精度較高等特點,適合測量低頻信號。關(guān)鍵詞:單片機，頻率測量AbstractThepaperintroducesonecymometersystemBa

2、sedonsinglechipwhichapplysthesinglechipsfunctionofoperationandcontrolanddisplaystheresultbyLCD.Bycomparingresults,thesourceofmeasurementerrorisanalysed,themeasuresareproposedforreducingerrors.Thefrequencymeterhascharacteristicsofsimplecircuit,lowcost,easymeasurementandhighprecision,itfitsformeasurin

3、glowfrequencysignals.Keywords:Singlechip,frequency-measure引言1TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1課程設計概述1課程設計任務及要求.1主要儀器.1數(shù)字頻率計概述1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 測頻基本設計原理22方案論證2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 總體方案2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 測

4、頻方案選擇3 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3硬件設計3 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.1系統(tǒng)功能描述3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.2硬件電路設計框架3 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.3單片機部分4放大整形部分43.5分頻部分5 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.6LCD顯示和鍵盤部分64軟件設計6主程序流程圖設

5、計6子程序流程圖設計7顯示程序74.2.2頻率測量程序框圖84.2.3中斷服務流程圖8 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 5系統(tǒng)調(diào)試9 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 5.1顯示調(diào)試95.2鍵盤調(diào)試95.3前置放大整形調(diào)試.9 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 5.4軟件調(diào)試9 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 6結(jié)果分析與結(jié)論10 HYPERLINK l bookmark54 o Curren

6、t Document 7總結(jié)10 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 參考文獻11附錄12 引言：在工業(yè)生產(chǎn)、儀器儀表行業(yè)及實驗教學中，經(jīng)常會遇到頻率的測量，我們經(jīng)常使用的及目前市場上所售的頻率測量裝置，大多數(shù)是采用小規(guī)模集成電路及分離元件組成。在現(xiàn)代電子學的各個領(lǐng)域，要求頻率計精度高且能夠直接讀出頻率值。頻率計由89S52單片機控制電路、信號處理電路、鍵盤電路以及測量數(shù)據(jù)的顯示電路還有系統(tǒng)軟件所構(gòu)成的，在信號處理電路當中包含了待測信號放大、限幅、波形變換、波形整形以及分頻電路。信號的予處理電路當中的放大器所實現(xiàn)的是對待測信號的一個放大的功能，能

7、夠降低對待測信號的幅度的一個要求，波形的變換和整形電路實現(xiàn)將正弦波樣的一個正負交替的號波形轉(zhuǎn)換成為能夠被單片機所接受的一個信號，分頻電路所用于擴展的單片機的頻率測量范圍以及提高測量精度，并且通過實現(xiàn)單片機頻率測量以及周期測量使用統(tǒng)一的一個輸入的信號。系統(tǒng)的軟件包括有測量初始化的模塊、顯示的模塊以及信號頻率測量的模1課程設計概述課程設計任務及要求題目：數(shù)字頻率計要求：LCD顯示，測量范圍0100KHZ，帶前置放大、整形電路，可測周期信號的頻率。1.2主要儀器設備函數(shù)信號發(fā)生器1臺示波器1臺直流穩(wěn)壓電源（030V）1臺數(shù)字萬用表1塊PC機1臺數(shù)字頻率計概述數(shù)字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科

8、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。1.4測頻基本設計原理圖1-1所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間（Is）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期性信號的重復變化次數(shù)N,則其頻率可表示為f=N/T（右圖1-1所示）。其中脈沖形成電路的作用是將被測信號變成脈沖信號，其重復頻率等于被測頻率fx。時間基準信號發(fā)生器提供標準的時間脈沖信號，若其周期為1s,則門

9、控電路的輸出信號持續(xù)時間亦準確地等于1s。閘門電路由標準秒信號進行控制，當秒信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路。秒信號結(jié)束時閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。由于計數(shù)器計得的脈沖數(shù)N是在1秒時間內(nèi)的累計數(shù)，所以被測頻率fx=NHz。2方案論證2.1總體方案本次設計包含硬件設計與軟件設計兩部分，根據(jù)設計任務要求，采用AT89S52單片機,配置時鐘電路，復位電路構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，配置前置放大電路，人機對話通道中的鍵盤,LCD顯示，從而構(gòu)成設計要求的單片機應用測頻系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如下圖2-1所示：前置放大整形LCD顯示電路圖2-1結(jié)構(gòu)框圖測頻方案選擇方案一：直接測頻法。直接測頻

10、法是把被測頻率信號經(jīng)脈沖形成電路后加到閘門的一個輸入端，只有在閘門開通時間T(以秒計)內(nèi)，被計數(shù)的脈沖被送到十進制計數(shù)器進行計數(shù)。設計數(shù)器的值為N,由頻率定義式可以計算得到被測信號頻率為：f=N/T。方案二：高精度恒誤差測頻法。通過對傳統(tǒng)測量方法的研究，結(jié)合高精度恒誤差測量原理，設計一種測量精度與被測頻率無關(guān)的硬件測頻電路。本方法立足于快速的寬位數(shù)高精度浮點數(shù)字運算。方案三：倍頻法。直接測頻法在高頻段有著很高的精度?？梢园杨l率測量范圍分成多個頻段，使用倍頻技術(shù)，根據(jù)頻段設置倍頻系數(shù)將經(jīng)整形的低頻信號進行倍頻后再進行測量，高頻段則進行直接測量。從編程難易及單片機資源利用情況和測量誤差角度考慮，選

11、擇方案一，盡管在測量低頻段時的相對測量誤差較大。但是可以通過增大T來提高測量精度。3硬件設計系統(tǒng)功能描述本次課程設計主要完成功能有：長按設置鍵可選擇測量頻率或者周期。短按則是選擇設置閘門時間(0.05s10s)。測量頻率范圍：0.1Hz4MHz。硬件電路設計框架根據(jù)設計要求，數(shù)字頻率計整個系統(tǒng)硬件框架圖如下3-1圖3-1整機硬件電路框圖本系統(tǒng)實用LM318對待測信號進行放大，在用穩(wěn)壓二極管1N4733對信號進行限幅，然后經(jīng)74LS14反向器整形得到TTL信號，送74LS161分頻，最后送單片機P35內(nèi)部計數(shù)器進行計數(shù)，單片機處理數(shù)據(jù)后送LCD顯示。3.3單片機部分P0口經(jīng)上拉后做LCD數(shù)據(jù)接口

12、P2.1P2.3作為LCD控制端口P2.4-P2.5作為分頻選擇端口P1.6-P1.7作為鍵盤設置端口P3.5作為被測信號輸入端口v：LU1JR1P1.0?1.1Pl.2Pl.3Pl.4Pl.5?16Pl.7DTjCT1i.mni4)12PO.O(ADO)PO.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(ADi)P0.6AD6)PO.NAD7)-EA.VppALE,-PROGTMT7KTD-Cd-iIES1F338DIX3j斗37D2Jj5aF63bD4?1634D578gREST刊7833D6V/932D7T1RM-?10P3.0(RXD)P3.1TXD)P3

13、2(-INT0)31T311c1OK5UHDTTQ129D-1*JP3.3C-INT1)P2.7(A1?)1i-rATT4P3.4(T0)aP2.6(A16)P2,5(A15)P2,4A12)P2.3(A11)13i2fIvJL152616P3.63-153512I2*2T*O6111GNO丄aIOj3la97ZD3124圖3-574HC153管腳圖74HC153是一個雙4選1數(shù)據(jù)選擇器，其管腳圖如圖3-5所示：74LS161對整形后的防波信號進行分頻，Q1為四分頻輸出，Q3為16分頻輸出。未經(jīng)分頻、經(jīng)過四分頻和經(jīng)過16分頻的三路信號作為74LS153的一個4選1數(shù)據(jù)選擇器低三位輸入，由單片機

14、控制選擇分頻數(shù)，然后再送單片機內(nèi)部計數(shù)器T1（如圖3-6）.3.6LCD顯示和鍵盤部分LCD顯示，通過調(diào)節(jié)變阻器調(diào)節(jié)LCD背光亮度，八位數(shù)據(jù)口接單片機P0口，讀寫控制端接P2.0-P2.2口。三個按鍵中，設置鍵接P3.2單片機按外部中斷0接口，當按鍵按下后，置P3.2口低電平，單片機中斷。SI、S2為頻率/周期、閘門時間加/減選擇按鍵（如圖3-7）。1中l(wèi)&feSIrrrrrr1Xr:sw-SI罐TSiiiCH寸DGo0寸gPl7i.1一8s8s8588.i1.sw也1ssEM313334加D71piS3T1It7roa，rxlV(swr-S15K圖3-74軟件設計4.1主程序流程圖設計本次程

15、序設計采用的是C語言程序設計，其設計流程圖4-1所示:圖4-1主程序流程圖A定時中斷服子程序流程圖設計顯示程序LCD顯示程序設計流程如圖4-2LCD顯示圖4-2顯示程序流程圖頻率測量程序框圖頻率測量程序的整體架構(gòu)如圖4-3所示測試頻率程序1圖4-3頻率測量框架圖、加按鍵4.2.3中斷服務流程圖退出中斷圖4-4INT0中斷流程圖系統(tǒng)調(diào)試顯示調(diào)試調(diào)節(jié)變阻器改變LCD背光亮度，直到亮度合適且顯示正常。去掉前置放大整形部分，送數(shù)據(jù)LCD顯示看是否正常顯示，能夠正常顯示，說明顯示電路正常工作。鍵盤調(diào)試在顯示正常情況下調(diào)試鍵盤，按設置鍵，看是否能正常進入中斷，若能，進入中斷后，按下頻率/周期、閘門時間設置

16、鍵，看是否能正常設置。在調(diào)試過程中遇到能夠進入中斷，但是不能進行設置，經(jīng)檢查電路、程序后發(fā)現(xiàn)兩個選擇按鍵之間短路，當其中一個按鍵按下，相當于兩個同時按下，只是單片機CPU不能正常識別。消除短路后電路正常工作了。前置放大整形調(diào)試去掉LCD、單片機調(diào)試放大器是否正常工作。給定輸入信號，用示波器分別測量各級輸入輸出信號，看是否和放大相應倍數(shù)，限幅在指定范圍。調(diào)試結(jié)果：第一級放大五倍與符合預想要求。第二級限幅在6.2V，與理論值5.1伏有所出入，但仍然滿足后面電路要求。軟件調(diào)試單片機軟件調(diào)試主要是調(diào)試本次課程設計的主程序。其調(diào)試過程如下：（1）新建一個工程。單擊Project菜單，在彈出的下拉菜單中選

17、NewProject。（2）然后選擇你要保存的路徑，輸入工程文件的名字，保存。（3）新建一個工程后彈出一個對話框，根據(jù)你的需要選擇你使用的單片機型號。然后點擊確定。（4）單擊“File”，選擇“New”，新建文件并在其中輸入程序代碼，然后保存為c語言文件。（5）回到編輯界面后，單擊“Target1”前面的“+”號，然后在“SourceGroup1”單擊右鍵選擇“AddFileToGroupSourceGroup1”，選中Test.c文件。（6）單擊“Project”菜單，選中“BuiltTarget”，完成程序的編譯，在工程文件夾中找到*.hex文件即可結(jié)果分析與結(jié)論測量結(jié)果對比分析：沒有測試

18、更高頻率；從測量結(jié)果對比分析可知本次設計的頻率計基本滿足課程設計要，并且功能有所擴展?？偨Y(jié)在整個課程設計的過程中每一步都是自己親自做過的，遇到的問題也非常多，在經(jīng)過遇到問題，思索問題到解決問題的過程中，收獲是最多的。以往沒有注意到的問題，都在這一次的課程設計中得以體現(xiàn)，這培養(yǎng)了我的細心，耐心和專心。我覺得能夠在這次的課程設計中學到很多的東西，以往不注意的細節(jié)，在這一次中是必須讓自己去注意的。對實際經(jīng)驗的不足在設計過程中出現(xiàn)了不少的問題，得到了老師的耐心指導，在此表示感謝。參考文獻張義和.例說51單片機.人民郵電出版社馬淑華.王鳳文等著.單片機原理與接口技術(shù).北京郵電大學出版社華成英.童詩白著.

19、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社閻石著.數(shù)字電子技術(shù)技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社譚浩強.C語言程序設計.清華大學出版社陳尚松等.電子測量與儀器（第二版）.電子工業(yè)出版社附錄：PCB圖：程序清單：#include#include#include#includefloatf;floatp;floatsj;charidatabuff20;charflag=0;charxs=0;/頻率/周期/閘門時間/頻率周期選擇標志位/設置閘門時間結(jié)束后是否顯示結(jié)果的標志位unsignedcharm=O,n=O,yichu=O,fenpin;/m定時中斷次數(shù)n計數(shù)中斷次數(shù)yichu判斷是定時器還是計數(shù)器溢出#defin

20、eKey_SetP1#defineK1Oxbf/1O11_1111P16#defineK2Ox7f/O111_1111P17#defineNO_SetOxff#defineFreqO#definePeri1sbitB153=P24;sbitA153=P23;sbitP17=P7;sbitP16=P6;sbitP35=P35;sbitSet=P32;unsignedcharLCD_Wait(void);voidLCD_Write(bitstyle,unsignedcharinput);voidLCD_SetDisplay(unsignedcharDisplayMode);voidLCD_SetI

21、nput(unsignedcharInputMode);voidLCD_Initial();voidGotoXY(unsignedcharx,unsignedchary);voidPrint(unsignedchar*str);voidC52_Initial();voidDelay(unsignedintt);voiddisplay(floatf);voidcepin();voidpanduan();voidtimedisplay(floatsj);voidTime_Set1();voidTime_Set2();voidt0();voidt1();/*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X

22、*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*/*模塊名稱：LCD1602顯示程序*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*i*/*PortDefinitions*/sbitLcdRs二P20;sbitLcdRw=P2l;sbitLcdEn二P22;sfrDBPort=0 x80;/P0=0 x80,Pl=0 x90,P2=0 xA0,P3=0 xB0.數(shù)據(jù)端口/*內(nèi)部等待函數(shù)*/unsignedchar

23、LCD_Wait(void)LcdRs=0;LcdRw=1;LcdEn=1;LcdEn=0;/寄存器選擇輸入端1:數(shù)據(jù)0：指令_nop_();/RW:為0：寫狀態(tài);為1：讀狀態(tài)；_nop_();/使能輸入端,讀狀態(tài),高電平有效;寫狀態(tài),下降沿有效returnDBPort;/*向LCD寫入命令或數(shù)據(jù)*/#defineLCD_COMMAND0/Command#defineLCD_DATA1/Data#defineLCD_CLEAR_SCREEN0 x01/清屏#defineLCD_HOMING0 x02/光標返回原點voidLCD_Write(bitstyle,unsignedcharinput)

24、LcdEn=0;LcdRs=style;LcdRw=0;_nop_();DBPort=input;_nop_();/注意順序LcdEn=1;_nop_();/注意順序LcdEn=0;_nop_();LCD_Wait();/*設置顯示模式*/#defineLCD_SHOW#defineLCD_HIDE0 x040 x00/顯示開/顯示關(guān)#defineLCD_CURSOR0 x02/顯示光標#defineLCD_NO_CURSOR0 x00/無光標#defineLCD_FLASH0 x01/光標閃動#defineLCD_NO_FLASH0 x00/光標不閃動voidLCD_SetDisplay(u

25、nsignedcharDisplayMode)LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x08|DisplayMode);/*設置輸入模式*/#defineLCD_AC_UP0 x02#defineLCD_AC_DOWN0 x00/default#defineLCD_MOVE0 x01/畫面可平移#defineLCD_NO_MOVE0 x00/defaultvoidLCD_SetInput(unsignedcharInputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x04|InputMode);/II1厶、A1/IfI1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1

26、*1*1*1*1*1*1*1*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*X*/*j始口LCD*/voidLCD_Initial()LcdEn=0;LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x38);/8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示,5*7點陣LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x38);/開啟顯示,無光標/清屏/AC遞增，畫面不動LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR);LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN);LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE);/voidGotoXY

27、(unsignedcharx，unsignedchary)if(y=0)LCD_Write(LCD_COMMAND，0 x80|x);if(y=1)LCD_Write(LCD_COMMAND，0 x80|(x-0 x40);voidPrint(unsignedchar*str)while(*str!=0)LCD_Write(LCD_DATA,*str);str+;/jsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjsjs/TOC

28、 o 1-5 h z*模塊名稱：頻率測量程序*主要技術(shù)指標：測量范圍：0.1Hz4M*閘門時間：0.05s10s可調(diào)。*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*1*/*89c52初始化*/voidC52_Initial()sj=1000000.00;Key_Set=0 xff;TM0D=0 x51;/01010001T1為計數(shù)器,T0為定時器EA=1;ET0=1;ET1=1;EX0=1;PX0=1;/外部中斷

29、0設置為高優(yōu)先級IT0=0;/電平觸發(fā)方式/*ms延時子程序*/voidDelay(unsignedintt)/t隨著數(shù)值越大，誤差趨于平衡.unsignedchari;while(t-)for(i=0;i999400.00)if(f1040.00)sprintf(buff,Freq:%4.2fkHz,(f/1000.00);elseif(f0.06)sprintf(buff,Freq:%3.2fHz,f);GotoXY(0,1);Print(buff);/*周期顯示*/voidPdisplay(floatp)if(p999400.00)if(p9950.00)sprintf(buff,Cyc

30、le:%4.2fms,(p/1000.00);elseif(p0.248)sprintf(buff,Cycle:%3.3fus,p);elsesprintf(buff,error(TimeorF),p);GotoXY(0,1);Print(buff);/*測試頻率*/voidcepin()unsignedchara;unsignedlongjs;m=0;n=0;TMOD=0 x51;TH0=0 x3c;/定時50msTL0=0 xb0;TH1=0;TL1=0;a=sj/50000.00;TCON=0 x50;/啟動定時器和計數(shù)器while(m!=a);TCON=0;js=TH1*256+n*6

31、5536+TL1;f=(js/(sj/1000000.00)*fenpin;p=sj/(js*fenpin);if(xs=0)/設置結(jié)束后第一次不顯示結(jié)果if(flag=Freq)Fdisplay(f);elsePdisplay(p);/*判斷頻率*/voidpanduan()xs=0;/設置結(jié)束后第二次循環(huán)顯示結(jié)果B153=1;A153=0;yichu=0;TMOD=0 x51;TH0=0 xff;TL0=0 x38;TH1=0 xff;TL1=0 x9c;TR0=1;TR1=1;while(yichu=0);TR0=0;TR1=0;if(yichu=1)(f500khz)fenpin=16

32、;cepin();/選擇16分頻/定時器0/計數(shù)器1200us100脈沖/啟動定時器0和計數(shù)器1/如果沒有溢出一直循環(huán)/已經(jīng)溢出關(guān)閉定時器0和計數(shù)器1/計數(shù)器先溢出：在200ms內(nèi)測得的脈沖過多，說明頻率較高/轉(zhuǎn)為測16分頻后的頻率16else以減少分頻數(shù)yichu=0;B153=0;A153=1;TH0=0 xfc;TL0=0 x18;TH1=0 xff;TL1=0 x9c;TR0=1;TR1=1;while(yichu=0);TR0=0;TR1=0;if(yichu=1)(1khzf50000.00)timedisplay(sj);elsesj=50000.00;timedisplay(sj);elsewhile(P17=0)Delay(500);sj=sj-500000.00;if