基于AT98C51單片機數(shù)字頻率計

1、摘要 51系列單片機是國內(nèi)目前應用最廣泛的一種8位單片機之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和接受及應用，51系列單片機還會在繼后很長一段時間占據(jù)嵌入式低端市場。重要的。，因此，作為新世紀的大學生，在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，掌握單片機的基本結(jié)構(gòu)、原理和使用時非常重要的。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當前數(shù)字系統(tǒng)的設計正朝著速度快、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。本設計所要介紹的是以單片機AT89C51為核心設計了一種量程自選的數(shù)字頻率計。在本文的設計采用單片機內(nèi)部的定時器/計數(shù)器對

2、脈寬的機器周期數(shù)進行計數(shù),從而求得被測信號的頻率值, 最后通過靜態(tài)顯示電路顯示數(shù)值由于單片機內(nèi)部振蕩頻率很高, 所以一個機器周期的量化誤差相當小, 可以有效地提高低頻信號的測量準確性。關(guān)鍵字：單片機，AT98C51，量程自選頻率計 目 錄摘要···························&#

3、183;························11、 設計目的························

4、····················32、 設計要求及指標····························&

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

6、3;·31、上拉電路··········································32、信號輸入電路····

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······································

13、3;·····13九、參考文獻···········································&#

14、183;13附錄 源程序············································14一 設計目的1掌握量程自選數(shù)字頻率計的設計、

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 設計要求及指標1. 輸入信號的頻率量程可以自動選擇。2. 測試結(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 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(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用系統(tǒng)中得到廣泛應用。主要性能1、與MC

16、S-51單片機產(chǎn)品兼容； 2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器； 3、1000次擦寫周期； 4、全靜態(tài)操作：0Hz-33MHz； 5、三級加密程序存儲器； 6、32個可編程I/O口線； 7、三個16位定時器/計數(shù)器； 8、六個中斷源； 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、看門狗定時器； 13、雙數(shù)據(jù)指針； 14、掉電標識符 。 圖1-AT89C51的 實物圖 圖2-引腳說明單片機AT89C51內(nèi)部具有2個16位定時/計數(shù)器，定時/計數(shù)器的工作可以由變成來實現(xiàn)定時、計數(shù)和產(chǎn)生計數(shù)溢出中斷要求的功能。在構(gòu)成為定時器時，每隔幾期周期加1（使

17、用12MHz時鐘時，每1us加1）這樣以及其周期為基準可以用來測量時間間隔6。在構(gòu)成計數(shù)器時，在相應的外部引腳發(fā)生從1到0的的跳變時計數(shù)器加1，這樣在計數(shù)閘門的控制下可以用來測量待測信號的頻率。外部輸入每隔及其周期被采樣一次，這樣檢測一次從1到0的跳變至少需要2個機器周期（24個震蕩周期），所以最大計數(shù)速率為時鐘頻率的1/24（使用12MHz時鐘時，最大計數(shù)速率為500KHz）。定時/計數(shù)器的工作由相應的運行控制位TR控制，當TR置1，定時/計數(shù)器開始計數(shù)；當TR清0，停止計數(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)動能力多大，相當于它是沒有電源的，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單片機的P0口在作為地址/數(shù)據(jù)復用時不接上拉電阻。 2.作為一般的I/O口時用時，由于內(nèi)部沒有上拉電阻，故要接上上拉電阻！ 3.當p0口用來驅(qū)動PNP管子的時候，就不需要上拉電阻，因為此時的低電平有效； 4.當P0口用來驅(qū)動NPN管子的時候，就需要上拉電阻的，因為此時只有當P0為1時候，才能夠使后級端導通。 在本設計中，AT89C51的P0接通過上拉電阻到VCC，提高單片機端口驅(qū)動能力，電阻限流保護。 圖3-AT89C51的P0接上拉電阻示意圖 2、信號輸入電路 將6種不同的頻率方波信號輸入，利用雙向開關(guān)進行選擇索要測試方波的信號頻率，所要

19、進行測試的信號通過單片機AT89C51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器T0引腳，AT89C51執(zhí)行內(nèi)部程序的同時，檢測到信號，經(jīng)過“讀-修改-寫”的過程，將最好的運行結(jié)果通過數(shù)碼管進行顯示。 圖4-信號輸入電路圖3、顯示電路數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 1） 靜態(tài)顯示驅(qū)動 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示

20、則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。 2）動態(tài)顯示驅(qū)動 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"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，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通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)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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)，不會有閃爍感，動態(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極段碼共陰極段碼0C0H3FH1F9H06H2A4H5BH3B0H4FH499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H

22、6FH 圖6- 字符對應段碼顯示表五 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Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。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）將這些部分組合在一起。運

23、行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。 1)、系統(tǒng)概述 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil 的優(yōu)勢。2）、Keil C51單片機軟件開發(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文件（.OBJ）。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(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、能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應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)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。迄今為止是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，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 心得體會經(jīng)過一段時間的努力，量程自選的頻率計基本完成。但設計中的不足之處仍然存在。這次設計是我第一次自己設計電路，并用Proteus實現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對電路設計，單片機的使用等都有了新的認識。通過這次設計學會了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設計、功能模塊的劃分、原理圖的設計和電路圖的仿真的設計流程，積累了不少經(jīng)驗。基于單片機的數(shù)字電壓表使用性強、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、外接元件少。在實際應用工作應能好，測量電壓準確，精度高。系統(tǒng)功能、指標達到了課題的預期要

27、求、系統(tǒng)在硬件設計上充分考慮了可擴展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設計主要實現(xiàn)了數(shù)字頻率計量程自選功能，詳細說明了從原理圖的設計、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。通過本次設計，我對單片機這門課有了進一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設計中遇到了各種各樣的問題，而其中最困難的就在于設計好一個沒有差錯的電路了。設計電路時我總先根據(jù)各種要求畫出草圖再改正繼而進行仿真看其是否符合要求。再則，再編制程序時雖然老師在課堂上講的夠好，但自己卻總因為這樣或那樣的原因沒有全部弄清楚，最終依靠老師和同學的幫助編制出來。在這次設計數(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、知識學得還不夠扎實，對電路的仿真方面也不夠熟練。總之這次電路的設計和仿真，基本上達到了設計的功能要求。在以后的實踐中，我將繼續(xù)努力學習電路設計方面的理論知識，并理論聯(lián)系實際，爭取在電路設計方面能有所提升.九、參考文獻1 秦實宏、徐春輝 MCS-51單片機原理及應用 華中科技大學出版社 2 邵貝貝. 嵌入式實時操作系統(tǒng)LCOS-(第2版)M. 北京清華大學出版社20043 邵貝貝. 單片機嵌入式應用的在線開發(fā)方法M北京清華大學出版社20044 王曉明. 電動機的單片機控制M北京. 北京航空航天大學出版社2002 5 安鵬，馬偉S12單片機模塊應用及程序調(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M江西. 江西科技出版社2000 7 沈長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高級應用M北京. 人民郵電出版社2002 9 周潤景、張海娜.基于PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設計與仿真M.北京：北京航空航天大學出版社. 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