基于.-AT89S52單片機的數(shù)字頻率計課程設計匯本

...wd......wd......wd...第一章前言頻率測量是電子學測量中最為根本的測量之一。由于頻率信號抗干擾性強，易于傳輸，因此可以獲得較高的測量精度。隨著數(shù)字電子技術的開展，頻率測量成為一項越來越普遍的工作，測頻原理和測頻方法的研究正受到越來越多的關注。1.1頻率計概述數(shù)字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領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。它的根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。在進展模擬、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，準確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計。傳統(tǒng)的頻率計采用測頻法測量頻率，通常由組合電路和時序電路等大量的硬件電路組成，產(chǎn)品不但體積大，運行速度慢而且測量低頻信號不準確。本次采用單片機技術設計一種數(shù)字顯示的頻率計，測量準確度高，響應速度快，體積小等優(yōu)點[1]。1.2頻率計開展與應用在我國，單片機已不是一個陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計算機技術的里程碑事件。單片機作為最為典型的嵌入式系統(tǒng)，它的成功應用推動了嵌入式系統(tǒng)的開展。單片機已成為電子系統(tǒng)的中最普遍的應用。單片機作為微型計算機的一個重要分支，其應用范圍很廣，開展也很快，它已成為在現(xiàn)代電子技術、計算機應用、網(wǎng)絡、通信、自動控制與計量測試、數(shù)據(jù)采集與信號處理等技術中日益普及的一項新興技術，應用范圍十分廣泛。其中以AT89S52為內(nèi)核的單片機系列目前在世界上生產(chǎn)量最大，派生產(chǎn)品最多，根本可以滿足大多數(shù)用戶的需要[2]。1.3頻率計設計內(nèi)容利用電源、單片機、分頻電路及數(shù)碼管顯示等模塊，設計一個簡易的頻率計能夠粗略的測量出被測信號的頻率。參數(shù)要求如下：1．測量范圍10HZ—2MHZ；2．用四位數(shù)碼管顯示測量值；第二章系統(tǒng)總體方案設計2.1測頻的原理測頻的原理歸結(jié)成一句話，就是“在單位時間內(nèi)對被測信號進展計數(shù)〞。被測信號，通過輸入通道的放大器放大后，進入整形器加以整形變?yōu)榫匦尾?，并送入主門的輸入端[3]。由晶體振蕩器產(chǎn)生的基頻，按十進制分頻得出的分頻脈沖，經(jīng)過基選通門去觸發(fā)主控電路，再通過主控電路以適當?shù)木幋a邏輯便得到相應的控制指令，用以控制主門電路選通被測信號所產(chǎn)生的矩形波，至十進制計數(shù)電路進展直接計數(shù)和顯示。假設在一定的時間間隔T內(nèi)累計周期性的重復變化次數(shù)N，則頻率的表達式為式：〔1〕圖1說明了測頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。時基信號待測信號喪失〔少計一個脈沖〕計到N個脈沖多余〔比實際多出了0.x個脈沖〕圖1測頻原理在圖1中，假設時基信號為1KHZ，則用此法測得的待測信號為1KHZ×5=5KHZ。但從圖中可以看出，待測信號應該在5.5KHZ左右，誤差約有0.5/5.5≈9.1%。這個誤差是比擬大的，實際上，測量的脈沖個數(shù)的誤差會在±1之間。假設所測得的脈沖個數(shù)為N，則所測頻率的誤差最大為δ=1／〔N-1〕*100%。顯然，減小誤差的方法，就是增大N。本頻率計要求測頻誤差在1‰以下，則N應大于1000。通過計算，對1KHZ以下的信號用測頻法，反響的時間長于或等于10S，。由此可以得出一個初步結(jié)論：測頻法適合于測高頻信號。頻率計數(shù)器嚴格地按照公式進展測頻[4]。由于數(shù)字測量的離散性，被測頻率在計數(shù)器中所記進的脈沖數(shù)可有正一個或負一個脈沖的量化誤差，在不計其他誤差影響的情況下，測量精度將為：應當指出，測量頻率時所產(chǎn)生的誤差是由N和T倆個參數(shù)所決定的，一方面是單位時間內(nèi)計數(shù)脈沖個數(shù)越多時，精度越高，另一方面T越穩(wěn)定時，精度越高。為了增加單位時間內(nèi)計數(shù)脈沖的個數(shù)，一方面可在輸入端將被測信號倍頻，另一方面可增加T來滿足，為了增加T的穩(wěn)定度，只需提高晶體振蕩器的穩(wěn)定度和分頻電路的可靠性就能到達。上述說明，在頻率測量時，被測信號頻率越高，測量精度越高。2.2總體思路頻率計是我們經(jīng)常會用到的實驗儀器之一，頻率的測量實際上就是在單位時間內(nèi)對信號進展計數(shù),計數(shù)值就是信號頻率。本文介紹了一種基于單片機AT89S52制作的頻率計的設計方法,所制作的頻率計測量比擬高的頻率采用外部十分頻，測量較低頻率值時采用單片機直接計數(shù)，不進展外局部頻。該頻率計實現(xiàn)10HZ~2MHZ的頻率測量,而且可以實現(xiàn)量程自動切換功能，四位共陽極動態(tài)顯示測量結(jié)果，可以測量正弦波、三角涉及方波等各種波形的頻率值。第三章硬件電路具體設計根據(jù)系統(tǒng)設計的要求，頻率計實際需要設計的硬件系統(tǒng)主要包括以下幾個局部：AT89S52單片機最小系統(tǒng)模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊，下面將分別給予介紹。3.1AT89S52主控制器模塊3.1.1AT89S52的介紹8位單片機是MSC-51系列產(chǎn)品升級版[5]，有世界著名半導體公司ATMEL在購置MSC-51設計構(gòu)造后，利用自身優(yōu)勢技術——〔掉電不丟數(shù)據(jù)〕閃存生產(chǎn)技術對舊技術進展改良和擴展，同時使用新的半導體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。AT89S52片內(nèi)集成256字節(jié)程序運行空間、8K字節(jié)Flash存儲空間，支持最大64K外部存儲擴展。根據(jù)不同的運行速度和功耗的要求，時鐘頻率可以設置在0-33M之間。片內(nèi)資源有4組I/O控制端口、3個定時器、8個中斷、軟件設置低能耗模式、看門狗和斷電保護?？梢栽?V到5.5V寬電壓范圍內(nèi)正常工作。不斷開展的半導體工藝也讓該單片機的功耗不斷降低。使用雙列直插DIP-40的封裝。AT89S52引腳如以下列圖3所示。3.2引腳功能VCC:電源電壓；GND:地；P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻[7]P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入，P1口功能具體如表1表1P1口的第二種功能說明表引腳號第二功能P1.0T2(定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入)，時鐘輸出P1.1T2EX(定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制)P1.5MOSI(在系統(tǒng)編程用)P1.6MISO(在系統(tǒng)編程用)P1.7SCK(在系統(tǒng)編程用)P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1第四章系統(tǒng)的軟件設計系統(tǒng)軟件設計主要采用模塊化設計，表達了各個模塊的程序流程圖，并介紹了軟件Keil和Proteus的使用方法和調(diào)試仿真。4.1軟件模塊設計系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊，信號頻率測量模塊，自動量程轉(zhuǎn)換和顯示模塊等模塊組成。系統(tǒng)軟件流程如圖19所示。頻率計開場工作或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進展測量初始化。測量初始化模塊設置堆棧指針〔SP〕、工作存放器、中斷控制和定時／計數(shù)器的工作方式。定時／計數(shù)器的工作首先被設置為計數(shù)器方式，即用來測量信號頻率[15]。圖19系統(tǒng)軟件流程總圖首先定時／計數(shù)器的計數(shù)存放器清0，運行控制位TR置1，啟動對待測信號的計數(shù)。計數(shù)閘門由軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)，從計數(shù)閘門的最小值〔即測量頻率的高量程〕開場測量，計數(shù)閘門完畢時TR清0，停頓計數(shù)。計數(shù)存放器中的數(shù)值經(jīng)過數(shù)制轉(zhuǎn)換程序從十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。判斷該數(shù)的最高位，假設該位不為0，滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測量值和量程信息一起送到顯示模塊；假設該位為0，將計數(shù)閘門的寬度擴大10倍。4.2應用軟件簡介此設計需要在Keil軟件平臺上完成程序的調(diào)試,在Proteus軟件平臺上完成仿真顯示。因此介紹如何使用Keil和Proteus進展軟件的仿真。Keil簡介Keil軟件是目前最流行開發(fā)系列單片機的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境〔uVision〕將這些部份組合在一起。而Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機存放器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象[16]?！?〕建設工程文件點擊“Project->Newproject〞菜單，出現(xiàn)一個對話框，要求給將要建設的工程起一個名字，你可以在編緝框中輸入一個名字,點擊“保存〞按鈕，出現(xiàn)第二個對話框，按要求選擇目標器件片。建設新文件并增加到組。分別設置“target1”中的“〔2〕匯編，調(diào)試系統(tǒng)程序Keil單片機模擬調(diào)試軟件內(nèi)集成了一個文本編輯器，用該文本編輯器可以編輯源程序。在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“File→New...〞、單擊對應的工具按鈕或者快捷鍵Ctrl+N將翻開一個新的文本編輯窗口，完成匯編語言源文件的輸入，并且完成源程序向當前工程的添加。然后在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“File→SaveAs...〞可以完成文件的第一次存儲。注意，匯編語言源文件的擴展名應該是“ASM〞，它應該與工程文件存儲在同一文件夾之內(nèi)。在完成文件的第一次存儲以后，當對匯編語言源文件又進展了修改，再次存儲文件則應該選擇菜單“File→Save〞、單擊對應的工具按鈕或者快捷鍵Ctrl+S實現(xiàn)文件的保存。接著的工作需要把匯編語言源文件參加工程之中。選擇工程管理器窗口的子目“SourceGroup1”，再單擊鼠標右鍵翻開快捷菜單。在快捷菜單中選擇“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’〞，參加文件對話框被翻開。在這個對話框的“查找范圍〔I〕〞下拉列表框中選擇存儲匯編語言源文件的文件夾，在“文件類型〔T〕〞下拉列表框選擇“AsmSourcefile〔*.a*；*.src〕〞，這時存儲的匯編語言源文件將顯示出來。雙擊要參加的文件名或者選擇要參加的文件名再單擊“Add〞按鈕即可完成把匯編語言源文件參加工程。文件參加以后，參加文件對話框并不消失，更多的文件也可以利用它參加工程。如果不需要參加其它文件，單擊“Close〞按鈕可以關閉參加文件對話框。這時工程管理窗口的文件選項卡中子目錄“SourceGroup1”下出現(xiàn)一個匯編語言源文件。需要注意，當把匯編語言源文件參加工程但還沒有關閉參加文件對話框，這時有可能被誤認為文件沒有成功地參加工程而再次進展參加操作，系統(tǒng)將顯示所需的文件已經(jīng)參加的提示。在這種情況下，單擊提示框中的“確定〞按鈕，再單擊〔3〕編譯源程序，出現(xiàn)錯誤時，返回上一級對錯誤更改后重新編譯，直到?jīng)]有錯誤為止。protues簡介protues是Labcenter公司出品的電路分析、實物仿真系統(tǒng)，而KEIL是目前世界上最好的51單片機匯編和C語言的集成開發(fā)環(huán)境。他支持匯編和C的混合編程，同時具備強大的軟件仿真和硬件仿真功能[17]。Protues能夠很方便的和KEIL、MatlabIDE等編譯模擬軟件結(jié)合。Proteus提供了大量的元件庫有RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，局部SPI器件，局部IIC器件，它可以仿真單片機和周邊設備，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU，與keil和MPLAB不同的是它還提供了周邊設備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真。這里我將keil和Protues兩個軟件的快速集成起來使用?！?〕首先將keil和Protues兩個軟件安裝好?！?〕然后在C：\ProgramFiles\LabcenterEletronics\Protues6Professional\MODELS(我的Protues是安裝C盤里面的)目錄下的VDM51.DLL動態(tài)連接庫文件復制到C:KEIL\C51\BIN目錄下面〔我的keil也安裝在C盤〕這個文件將在keil的debug設置時用到?！?〕翻開protues軟件，新建一文件將硬件原理圖繪入圖中?！?〕將KEIL生成的HEX文件下載入單片機中，點擊“開場〞進展仿真?！?〕在keil中進展debug，同時在proteus中查看直觀的結(jié)果〔如LCD顯示??〕。這樣就可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。利用Proteus與Keil整合進展第五章頻率計的系統(tǒng)調(diào)試常見的數(shù)碼管由七個條狀和一個點狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管，根據(jù)其構(gòu)造的不同，可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是何種接口類型[14].兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理如圖16所示。圖16兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖LED數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。所以它的輸入端在5V電源或高于TTL高電平(3.5V)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。頻率值顯示電路數(shù)碼管電路設計不加三極管驅(qū)動時，使用4位數(shù)碼管進展頻率值顯示，如果選擇共陰極數(shù)碼管顯示，則需要8個三極管進展驅(qū)動，因此選用共陽極數(shù)碼管進展動態(tài)顯示，具體數(shù)碼管設計電路如圖17所示。圖17數(shù)碼管顯示電路5.2軟件調(diào)試Pouteus軟件調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設計要求，進展Keil和Proteus系統(tǒng)仿真，不斷調(diào)試程序，直到符合功能要求。Proteus總體仿真圖29所示。圖29頻率計整體仿真圖功能調(diào)試當測量頻率值小于1KHz以下時，數(shù)碼管顯示頻率值，并紅色LED燈亮，作為Hz檔單位指示。例如輸入信號123Hz，仿真顯示如圖30所示。圖30HZ檔頻率仿真5.3誤差分析從記錄的數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)軟件仿真誤差很小，在10Hz-2MHz范圍內(nèi)測量出來的頻率根本上就是輸入信號的頻率，在超出這個范圍后，才出現(xiàn)很小的誤差。但是在硬件調(diào)試中，可能是由于標準元器件本身誤差，如隨著時間的延長，其值相比出廠時產(chǎn)生誤差；造成測量結(jié)果沒有軟件仿真準確。同時手工焊接單片機最小系統(tǒng)、分頻整形電路等也會帶來一定的干擾，造成信號的失真，從而導致測量精度下降，測量范圍有所縮小，但是可以看出，誤差在允許范圍內(nèi)，所設計的電路根本符合要求。第六章總結(jié)課程設計已經(jīng)完畢，通過這次設計，我受益匪淺。課程設計是一次綜合性的實踐，它將各種知識結(jié)合到一起綜合運用到實踐上來擴展、彌補、串聯(lián)所學的知識。通過本次課程設計我得到了很多收獲。首先，了解了單片機的根本知識和在控制領域的作用和地位。其次掌握了C語言的編寫程序，學會了使用PROTUTES和KEIL的仿真來實現(xiàn)，同時掌握了如何收集、查閱、應用文獻資料，如何根據(jù)實際需要有選擇的閱讀書籍和正確確定系統(tǒng)所要使用的元器件的類型。再次，在精神方面鍛煉了思想、磨練了意志。面對存在的困難首先分析問題根據(jù)目的要求確定可實現(xiàn)的局部，定出那不準的方面找同學和教師討論研究，再完善、再修改、再發(fā)現(xiàn)問題、再解決培養(yǎng)了自己的耐心、恒心及遇事不亂的精神。總之，我明白了理論和實踐之間存在的距離只有靠不斷的思考不斷的動手才能將所學的知識真正運用到實踐上來。在課程設計中我的很多方面的能力都得到了提高，尤其在單片機軟件編程方面讓我感觸頗深。我個人認為軟件設計是個即靈活又細膩的工作，它要求耐心和細心去不斷完善，同時還需要有良好的邏輯思維能力。通過這次畢業(yè)設計，我分析問題和解決問題的能力有所提高，也穩(wěn)固了所學的知識，加深了對理論知識的理解，更重要的是鍛煉自己的獨立性，為我今后的工作和學習打下堅實的根基。參考文獻［1］鄒大挺．頻率計的設計[J].《電子產(chǎn)品世界》出版社.2006.第193期.4-7.［2］雷玉堂．光電檢測技術[M].中國計量出版社.1995.［3］季建華.智能儀表原理[M].山東教育出版社.2004.［4］王永生.電子測量學[M].西北工業(yè)大學出版社.2003.［5］李華．單片機實用接口技術[M].航空航天大學出版社.2006.［6］張鵬．王雪梅.單片機原理與應用實例教程[M].海軍出版社.2007.［7］赫建國等.單片機在電子電路設計中的應用[M].清華大學出版社.2005.［8］康華光．電子技術根基〔模擬局部〕[M].高等教育出版社.1998．［9］://21icsearch/s_LM7805.html.LM7805英文參考手冊[Z]［10］謝自美．電子線路設計與實驗[M].華中科技大學出版社.2006.［11］://21icsearch/s_74LS00.html.74LS00英文參考手冊[Z].［12］://21icsearch/s_74LS161.html.74LS161英文參考手冊[Z].［13］://21icsearch/s_74LS151.html.74LS151英文參考手冊[Z].［14］康華光．電子技術根基〔數(shù)字局部〕[M].高等教育出版社.1998.［15］賴麒文.8051單片機C語言軟件設計的藝術[M].科學出版社.2004.［16］徐波.Keil的使用技巧[J].《電子產(chǎn)品世界》出版社.2006.第224期.6-9.［17］吳清平.單片機原理與應用實例教程[M].海軍出版社.2008.【簡要說明】一、尺寸：長128mm寬87mm高18mm

二、支持芯片：AT89S51/S52/S53支持STC89C51/C52/C53〔加轉(zhuǎn)換板可使用ATMEGA8/48、ATMEGA16/32〕

三、工作電壓：直流4.5~5.5伏

四、單片機標準十針下載接口?！部墒褂貌⒖谙螺d線和USB下載線下載〕

五、特點：

1、具有電源指示。

2、所以I/O口以引出并有LED燈指示。

3、四位數(shù)碼管顯示、四位按鍵輸入、32位LED發(fā)光二極管顯示。

4、標準的11.0592M晶振?！簿д窨梢圆灏胃鼡Q〕

5、具有上電復位和手動復位。

6、四種供電接口〔USB供電、端子引入供電、排針引入供電、電源頭接口供電〕

7、串口通信使用MAX232接口，同時可以下載STC單片機程序。

8、帶有蜂鳴器，可以輸出音調(diào)

頻率計源程序：#include<reg52.h> //庫文件#defineucharunsignedchar//宏定義無符號字符型#defineuintunsignedint//宏定義無符號整型/********************************************************************初始定義*********************************************************************/codeucharseg7code[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//顯示段碼數(shù)碼管字跟 不加code，默認在數(shù)據(jù)存儲器256bucharwei[4]={0XEf,0XDf,0XBf,0X7f};//位的控制端(四位數(shù)碼管)sbitkey1=P2^0;uinttcnt=0;//計中斷intth0,t0,val=0;sbitsound=P3^7;//蜂鳴器/********************************************************************延時函數(shù)*********************************************************************/voiddelay(uchart){uchari,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=13;j>0;j--);}voiddelay_2ms(){ucharl,k;for(l=0;l<0;l++)for(k=0;k<254;k++);}/********************************************************************顯示函數(shù)*********************************************************************/voidLed(intdate)//顯示函數(shù){/*****************數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換*****************************/uintz,x,c,v;z=date/1000; //求千位x=date%1000/100; //求百位c=date%100/10; //求十位v=date%10; //求個位P2=0XFF; P0=seg7code[z]; P2=wei[0]; delay(80); P2=0XFF;P0=seg7code[x]; P2=wei[1]; delay(80); P2=0XFF; P0=seg7code[c]; P2=wei[2]; delay(80); P2=0XFF;P0=seg7code[v]; P2=wei[3]; delay(80); P2=0XFF;}/********************************************************************