《單片機C語言應用技術》課件-第7章

模塊7綜合應用任務14簡易數(shù)字頻率計的設計習題7實踐中，單片機應用系統(tǒng)的設計往往涉及到多方面的知識，從最基本的元器件的選用到硬件線路的設計，程序的編制，各種芯片的選用，相應的驅動程序的編寫，系統(tǒng)調試等。本模塊中的任務應用前面所學知識，制作一個簡易的數(shù)字頻率計。任務14簡易數(shù)字頻率計的設計電子技術中，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、測量結果都有十分密切的關系，因此頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種，其中數(shù)字式頻率計具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程的自動化等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。電子計數(shù)器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內測量被測信號的脈沖個數(shù)；二是間接測頻法，如周期測頻法。直接測頻法適用于高頻信號的頻率測量，間接測頻法適用于低頻信號的頻率測量。本任務使用51單片機制作一個簡易的數(shù)字頻率計，采用直接測頻法。基本思想如下：使用一個定時/計數(shù)通道控制測量閘門時間，使用另外一個定時/計數(shù)通道計數(shù)信號的脈沖個數(shù)，從而求出信號頻率。這樣的設計方案簡單易行，但是局限也很明顯。由于使用51單片機的定時/計數(shù)通道計數(shù)信號的脈沖個數(shù)，因此被測信號的頻率受限于51單片機的工作頻率。51單片機的定時/計數(shù)通道的最大計數(shù)頻率等于單片機的工作頻率除以24，如果單片機的工作頻率為12MHz，則可以測量的信號最大頻率不超過12MHz/24，也就是500kHz。由于信號直接輸入到單片機的計數(shù)引腳(P3.4或P3.5)，因而只能測量TTL信號。盡管如此，由于本任務涉及到單片機多方面的技術，因而對于我們熟悉單片機的綜合應用是很有幫助的。

1.任務目的全面了解51系列單片機的結構，提高綜合應用單片機的能力。

2.任務要求

實現(xiàn)一個小系統(tǒng)，可以測量TTL信號源的頻率，其頻率不超過500kHz，并在LED燈上顯示出來。為了方便實驗，另外實現(xiàn)一個小系統(tǒng)，用于產(chǎn)生被測信號。

3.硬件設計硬件上，測量頻率的部分相當簡單，實際上除了單片機，不再需要其他的附加電路。需要一個6位的LED燈用于顯示測量到的頻率。頻率計部分采用6個LED燈用于顯示頻率，具體電路設計如圖7.1所示，P0口的8個輸出引腳分別接到了LED燈的8段引腳上，P2的低6位連接至LED燈的6個位段上。用P1連接了8個流水燈。信號產(chǎn)生部分中，在P3.6和P3.7上分別連接了2個獨立按鍵，用來增加或減少信號頻率。為了簡潔，電路圖中去掉了單片機電源部分的電路。圖7.1頻率計及信號產(chǎn)生器電路原理圖

4.程序設計程序分為兩大部分：頻率計部分和信號發(fā)生部分。

1)頻率計部分的程序頻率計部分的程序包括LED驅動部分、定時計數(shù)器部分和主程序。下面給出的是LED驅動程序。

(1)?Led.h頭文件。

#ifndef led_h

#define led_h

#defineLed_PinsP0

#defineLed_Controls_PinsP2

voidLed_Show();

voidLed_LongToBeDisplayed(longnum);

voidLed_Delay(unsignedcharnum);

#endif

(2)?Led.c代碼文件。

#include<reg51.h>

#include"Led.h“

//定義字形碼，放在code區(qū)。最后一個編碼是全滅(不顯示)

staticunsignedcharcodecharCodes[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x0};

staticunsignedcharcodecharPointers[]={0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};

//顯示緩沖，非壓縮BCD碼，最低位在DisplayBuf[0]

staticunsignedchardisplayBuf[6];

//軟件延時子程序

voidDelayMs(unsignedcharms)

{

unsignedchari,j;

for(i=0;i<ms;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

//顯示數(shù)字，在12?MHz的系統(tǒng)上，大約耗時40ms

voidLed_Show()

{

chari,flag=1;//用于標志高位是否為0

for(i=5;i>=0;i--)

{

//移動位指針

Led_Controls_Pins|=0x3f;

Led_Controls_Pins&=charPointers[i];

if(displayBuf[i]==0&&flag)

{

Led_Pins=charCodes[10]; //如果高位為0，則不顯示

}

else

{

Led_Pins=charCodes[displayBuf[i]];//送字形碼

flag=0;

}

DelayMs(2);

}

}

//將一個整數(shù)轉換成非壓縮的BCD碼放進顯示緩沖，參數(shù)num為待顯示的整數(shù)

voidLed_LongToBeDisplayed(longnum)

{

displayBuf[0]=num %10;

displayBuf[1]=num %100/10;

displayBuf[2]=num /100%10;

displayBuf[3]=num /1000%10;

displayBuf[4]=num /10000%10;

displayBuf[5]=num /100000;

}

//利用顯示延時，參數(shù)num為延時多少次顯示

voidLed_Delay(unsignedcharnum)

{

unsignedchari;

for(i=0;i<num;i++)

Led_Show();

}

LED驅動程序用于將數(shù)字顯示在LED顯示器上，函數(shù)Led_Show只能在LED顯示器上顯示一次數(shù)字。本任務采用的是動態(tài)數(shù)碼顯示，需要不停地刷新顯示，因此必須在一個足夠短的時間間隔內調用此函數(shù)。調用函數(shù)Led_LongToBeDisplayed可以改變要在LED上顯示的數(shù)字。函數(shù)Led_Delay是延時函數(shù)，為了不中斷LED的顯示，這個延時函數(shù)內部調用了Led_Show函數(shù)。

(3)?Counter.h頭文件。

#ifndef Counter_h

#define Counter_h

voidCounter_Init();

longCounter_GetFrequency();

#endif

(4)?Counter.c代碼文件。

#include<reg51.h>

staticlongfrequency;

//初始化2個定時計數(shù)通道

voidCounter_Init()

{

TMOD=0x15; //?t0計數(shù)，t1定時

TH1=-50000/256; //每5000次中斷一次

TL1=-50000%256;

TR0=1;

TR1=1;

ET1=1;

EA=1;

}

staticvoidtimer1()interrupt3

{

staticunsignedchartimes=0; //計數(shù)中斷次數(shù)

EA=0;

TR1=0;

//每5000次中斷一次，為實現(xiàn)精確中斷，補償18個機器周期

TH1=(-50000+18)/256;

TL1=(-50000+18)%256;

TR1=1;

EA=1;

if(++times>=10) //每10次(半秒)處理一次

{

TR0=0;

frequency=TH0<<8|TL0;//半秒頻率

TH0=0; //重新計數(shù)頻率

TL0=0;

TR0=1;

frequency<<=1; //每秒頻率

times=0;

}

}

longCounter_GetFrequency()

{

returnfrequency;

}函數(shù)Counter_Init是用來初始化2個定時計數(shù)通道的，程序在運行之前應該調用此函數(shù)。T0通道用來計數(shù)信號的個數(shù)，而T1用來提供閘門時間控制。此處將閘門時間定為半秒，當時間到了之后，計算出信號頻率，存放到變量frequency中，然后重新開始計數(shù)。調用Counter_GetFrequency可以獲取當前計算到的頻率。最后是主程序。

(5)主程序文件Main.c。

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#include"Led.h"

#include"Counter.h"

voidmain()

{

longfrequency=0;

Counter_Init();

P1=0xfe;

while(1)

{

if(frequency!=Counter_GetFrequency()) Led_LongToBeDisplayed(frequency=Counter_GetFrequency());

P1=_crol_(P1,1);

Led_Delay(5);

}

}在主函數(shù)里面，首先初始化定時計數(shù)通道，然后進入無限循環(huán)。循環(huán)中，反復調用計數(shù)模塊的Counter_GetFrequency函數(shù)，以獲取當前讀到的頻率，如果頻率改變了，則調用函數(shù)Led_LongToBeDisplayed以刷新顯示的頻率。為了讓實驗看起來生動一些，添加了一個流水燈。最后調用Led_Delay延時一段時間，這樣既達到了延時的目的，又不會中斷LED的顯示。

2)信號發(fā)生器部分

(1)?Timer.h頭文件。

#ifndef Timer_h

#define Timer_h

//通過P3.2引腳產(chǎn)生信號源

sbitgenerator_Pin=P3^2;

voidTimer_SetCount(unsignedcharcounter);

#endif

(2)?Timer.c代碼文件。

#include<reg51.h>

#include"Timer.h"

//設定方波頻率

voidTimer_SetCount(unsignedcharcounter)

{

TR0=0;

TMOD=2;//?t0定時，方式2

TH0=counter;

TL0=counter;

TR0=1;

ET0=1;

EA=1;

}

staticvoidtimer0()interrupt1

{

generator_Pin=!generator_Pin;

}定時器部分用來產(chǎn)生不同頻率的方波信號，調用函數(shù)Timer_SetCount可以改變方波產(chǎn)生的頻率。此函數(shù)設定定時器工作于方式2，所以計數(shù)255-counter次后中斷一次，每計數(shù)一次需要一個機器周期，中斷2次就是方波的一個周期，這樣方波信號的頻率可以這樣計算：

fosc÷24÷(255-count)定時器中斷處理程序翻轉信號產(chǎn)生引腳的電平以輸出方波信號。為了方便修改方波頻率，提供了鍵盤處理程序，包含2個按鍵的處理。

(3)?Keyboard.h頭文件。

#ifndef Keyboard_h

#define Keyboard_h

sbitUpKey_Pin=P3^6;

sbitDownKey_Pin=P3^7;

unsignedcharKeyboard_KeyPressed();

#endif

(4)?Keyboard.c代碼文件。

#include<reg51.h>

#include"Keyboard.h"

voidDelayMs(intms)

{

inti,j;

for(i=0;i<ms;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

//讀按鍵。如果按下鍵，則返回1；否則，0</returns>

unsignedcharKeyboard_KeyPressed()

{

if(UpKey_Pin==1&&DownKey_Pin==1)return0;

DelayMs(8);

if(UpKey_Pin==1&&DownKey_Pin==1)return0;

if(UpKey_Pin==0)return1;

return2;

}函數(shù)Keyboard_KeyPressed返回按鍵代碼，0表示無鍵按下，1表示按下“加”鍵，2