基于單片機的頻率計設(shè)計12

1、摘要 數(shù)字頻率計是數(shù)字電路中的一個典型應用，實際的硬件設(shè)計用到的器件較多，而且會產(chǎn)生比較大的延時，造成測量誤差、可靠性差。傳統(tǒng)的數(shù)字頻率計一般是由分離元件搭接而成，隨著單片機的大規(guī)模的應用，單片機在頻率測量方面也越來越多的被使用。在本課題中使用的AT89S51 這種低功耗,高性能CMOS 8位單片機系列的單片機的出現(xiàn)，具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度，推動了工業(yè)生產(chǎn)，影響著人們的工作和學習。而本次設(shè)計就是要通過以AT89S51單片機為控制核心，實現(xiàn)對信號頻率進行準確計數(shù)的設(shè)計。單片機是將微型計算機的基本功能部件全部集成在一塊半導體電路芯片上，具有功能強、體積小、價格低、穩(wěn)定可靠、研制周

2、期短等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。本次畢業(yè)設(shè)計以ATMEL公司的AT89S51單片機為核心，實現(xiàn)頻率計數(shù)功能。頻率計裝置由單片機系統(tǒng)模塊，LED顯示模塊、MAX232串口通信模塊組成，實現(xiàn)對頻率進行測試并在LED顯示出來。本次畢業(yè)設(shè)計基于AT89S51單片機的頻率計裝置，設(shè)計sch電路原理圖，并根據(jù)原理圖完成硬件部分的制作，采用KEIL-51單片機應用系統(tǒng)編制C語言系統(tǒng)程序，最后通過綜合調(diào)試，能實現(xiàn)所有要求的功能，完全滿足本次畢業(yè)設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞：頻率計；單片機；LED顯示；MAX232；定時器/計數(shù)器1 基于AT89S51單片機的頻率計的設(shè)計裝置原理圖及其設(shè)計思路2單片機系統(tǒng)模塊原理設(shè)計 2

3、.1 AT89S51芯片介紹 2.2 AT89S51芯片管腳介紹 2.3 AT89S51復位電路原理2.4 AT89S51的時鐘2.5.1 P0口介紹 2.5.2 P1口介紹 2.5.3 P2口介紹 2.5.4 P3口介紹端口的負載能力和輸入/輸出操作 串行端口的基本特點 串行端口的工作方式 串行端口的控制寄存器 2.6 定時器/計數(shù)器 定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu) 定時器/計數(shù)器控制寄存器定時器/計數(shù)器工作模式 定時器/計數(shù)器的初始化 2.7 中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 3 硬件設(shè)計 3.1 LED顯示模塊設(shè)計原理 LED發(fā)光原理 種類和符號 LED的特性3.2 LED數(shù)碼管介紹 LED數(shù)碼管原理結(jié)構(gòu)3

4、.2.2 LED數(shù)碼管工作方式靜態(tài)顯示方式 動態(tài)顯示方式 LED顯示控制原理 3.3 MAX232芯片介紹 4 軟件設(shè)計基于51單片機頻率計的設(shè)計與制作論文摘要: 本畢業(yè)論文代寫隨著無線電技術(shù)的發(fā)展與普及，“頻率”已經(jīng)成為廣大群眾所熟悉的物理量。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。本設(shè)計介紹了以8051單片機為核心的頻率測量技術(shù), 給出了通過單片機系統(tǒng)的外部中斷和定時器/計數(shù)器, 并采用測周法和測頻法來實現(xiàn)信號頻率測量以及通過擴展鍵盤和顯示設(shè)備對現(xiàn)場頻率進行測量的設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：頻率 單片機 分頻器引言隨著無線電技術(shù)的發(fā)展與普及，“頻率”已

5、經(jīng)成為廣大群眾所熟悉的物理量。而單片機的出現(xiàn)，更是對包括測頻在內(nèi)的各種測量技術(shù)帶來了許多重大的飛躍，然而，小體積、價廉、功能強等優(yōu)勢也在電子領(lǐng)域發(fā)揮非常重要的作用，極大的提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化程度。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)等概念的提出和普遍接受及應用。51系列及其衍生單片機還會在后繼很長一段時間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場，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)、原理和使用是非常重要的。為此, 本文給出了一種以單片機為核心的頻率測量系統(tǒng)的設(shè)計方法。數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)

6、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(shè)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 概述測量頻率的方法一般分為無源測頻法、有源測頻法及電子計數(shù)法三種。無源測頻法 (又可分為諧振法和電橋法), 常用于頻率粗測, 精度在1%左右。有源比較法可分為拍頻法和差頻法,前者是利用兩個信號線性疊加以產(chǎn)生拍頻現(xiàn)象,再通過檢測零拍現(xiàn)象進行測頻, 常用于低頻測量, 誤差在零點幾Hz; 后者則利用兩個非線性信號疊加來產(chǎn)生差頻現(xiàn)象, 然

7、后通過檢測零差現(xiàn)象進行測頻, 常用于高頻測量, 誤差在± 20 Hz左右。以上方法在測量范圍和精度上都有一定的不足, 而電子計數(shù)法主要通過單片機進行控制。由于單片機的較強控制與運算功能, 電子計數(shù)法的測量頻率范圍寬, 精度高, 易于實現(xiàn)。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件框圖頻率計的組成框圖如圖2-1所示，它是以單片機作為核心控制電路，主要有放大電路、整形電路、分頻電路、鍵盤和顯示組成，完成頻率的測量功能。當頻率輸入后經(jīng)放大電路放大后進入整形電路進行整形，再由分頻器進行分頻，再送入單片機中進行處理，最后有數(shù)碼管顯示頻率。2.2 單片機最小系統(tǒng)本設(shè)計用STC89C51代替了以往使用的AT

8、89C51，功能更強，速度更快，壽命更長，價格更低。STC89C51可以完成ISP在線編程功能，而AT89C51則不能。STC89C51有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口。STC89C51是一塊高性能單片機，它內(nèi)含128×8位存儲空間，具有工作電壓寬（2.55.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點。AT24C02具有PDIP、MSOP/TSSOP及SOIC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。最小系統(tǒng)是維持單片機，由于晶振、開關(guān)等器件無法集成到51芯片內(nèi)部，由

9、這些器件構(gòu)成的晶振電路和復位電路是單片機工作的所必須的兩個基本電路，對于8051內(nèi)由RAM、EPROM的系統(tǒng)來講，單片機與晶振電路及開關(guān)、電阻、電容等構(gòu)成的復位電路組成最小系統(tǒng)。對于8031機型來說，片內(nèi)不含有程序存儲器，所以除以上基本的配置外，必須外擴片外的程序存儲器，再用到地址鎖存器，才能構(gòu)成最小系統(tǒng)。所以我們選用8051，這用的最小系統(tǒng)簡單可靠。8051單片機中，XTALl、XTAL2 為片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，如圖2-3示。可采用石英晶體或陶瓷振蕩器組成時鐘振蕩器，如需從外部輸入時鐘驅(qū)動 STC89C51，時鐘信號從 XTAL1 輸入，XTAL2 應懸空。由于輸入到內(nèi)部電

10、路是經(jīng)過一個 2分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時鐘信號無需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時序規(guī)范。復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復位信號，為可靠起見電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位，有效的防止系統(tǒng)有時會出現(xiàn)一些不可預料的現(xiàn)象，如無規(guī)律可循的“死機”、“程序走飛”等。 系統(tǒng)2.3 頻率測量電路本設(shè)計就是采用單片機電子計數(shù)法來測量頻率, 其系統(tǒng)硬件原理框圖如下為了提高測量的精度, 拓展單片機的測頻范圍, 本設(shè)計采取了對信號進行分頻的方法。設(shè)計中采用兩片同步十進制加法計數(shù)器74LS160來組成一個100分頻器。該100分頻器由兩個同步十進制加法計數(shù)器74LS160和一個與非門74LS00共同設(shè)計而成。由于一個74LS160可以分頻十的一次方, 而當?shù)谝黄?4LS160工作時, 如果有進位,輸出端TC便有進位信號送進第二片的CEP端, 同時CET也為高電平, 這樣兩個工作狀態(tài)控制端CET、CEP將同時為高電平, 此時第二片74LS160將開始工作。2.4 顯示電路顯示電路我選用共陰極數(shù)碼管，是由一個四位數(shù)碼管和二個一位數(shù)碼管組成。顯示主要包含了兩部分：段選和位選。在