中北大學(xué)單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、 1. 緒論1.1 數(shù)字頻率計(jì)概述數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)與其他各種單位時(shí)間變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)?；驹O(shè)計(jì)原理是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。它以測(cè)量周期的方法對(duì)正弦波、方波、三角波的頻率進(jìn)行自動(dòng)的測(cè)量。1.2 任務(wù)分析與設(shè)計(jì)思路頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在1s時(shí)間對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值就是信號(hào)頻率。在本次設(shè)計(jì)使用的AT89C51單片機(jī)，本

2、身自帶有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，單片機(jī)的T0、T1兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)用來(lái)定時(shí)，另一個(gè)用來(lái)計(jì)數(shù)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由相應(yīng)的運(yùn)行控制位TR控制,當(dāng)TR置1,定時(shí)/計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù);當(dāng)TR清0,停止計(jì)數(shù)。在定時(shí)1s里，計(jì)數(shù)器計(jì)的脈沖數(shù)就是頻率數(shù)，但是由于1s超過(guò)了AT89C51的最大定時(shí)，因此我們采用50ms定時(shí)，在50ms的脈沖數(shù)乘以14就得到頻率數(shù)，再轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)出即可。1.3 基本設(shè)計(jì)原理本設(shè)計(jì)原理是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。它以測(cè)量周期的方法對(duì)方波的頻率進(jìn)行自動(dòng)的測(cè)量。單片機(jī)在采用了12MHz的晶體振蕩器，采用定時(shí)和計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法，選用定時(shí)計(jì)數(shù)器TO作定時(shí)器，工作方式1產(chǎn)

3、生50ms的定時(shí)，再用軟件計(jì)數(shù)方式對(duì)它計(jì)數(shù)20次，就可得到一秒的定時(shí)，然后通過(guò)74HC4511譯碼器將顯示管驅(qū)動(dòng)以顯示初測(cè)量結(jié)果。2. 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成本頻率計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要元器件是單片機(jī)AT89C51，由它完成對(duì)待測(cè)信號(hào)頻率的計(jì)數(shù)和結(jié)果顯示等功能，外部還要有分頻器、顯示器等器件。可分為以下五個(gè)模塊：晶振電路、復(fù)位電路、譯碼轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)、數(shù)碼顯示模塊。各模塊關(guān)系圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)組成框圖2.2 系統(tǒng)硬件各模塊簡(jiǎn)介2.2.1 晶振電路和復(fù)位電路XTAL1與XTAL2管腳接兩個(gè)22pF電容和12MHz晶振構(gòu)成時(shí)鐘電路。RST管腳接10k電阻，20F電容上電復(fù)位電路。

4、2.2.2 AT89C51單片機(jī)本設(shè)計(jì)采用的是AT89C51單片機(jī)，它提供下列標(biāo)準(zhǔn)特征：4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的RAM,32條I/O線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)5中斷源兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串行口,片上震蕩器和時(shí)鐘電路。 設(shè)計(jì)中主要用到P2端口與74HC4511譯碼器連接輸出待顯示的個(gè)位與十位的數(shù)據(jù)，P1端口與74HC4511譯碼器連接輸出頻率計(jì)的百位和千位，P3端口連接信號(hào)輸入電路。P3是一帶有部上拉電阻的8位雙向的I/O端口，它的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。當(dāng)向P3口寫(xiě)1時(shí)，通過(guò)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)椴看嬖谏侠娮?/p>

5、，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL）。2.2.3 譯碼顯示74HC4511譯碼器是4線七段譯碼驅(qū)動(dòng)器，在設(shè)計(jì)中用它來(lái)譯碼并且驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管來(lái)顯示數(shù)值，共需要4個(gè)74HC4511和4個(gè)七段顯示數(shù)碼管。89C51單片機(jī)P2端口與74HC4511譯碼器連接輸出待顯示的個(gè)位與十位的值，P1端口與74HC4511譯碼器連接輸出頻率計(jì)的百位和千位的值。2.2.4 系統(tǒng)硬件電路圖圖2 系統(tǒng)硬件電路圖3 設(shè)計(jì)過(guò)程3.1 程序流程圖圖3 程序流程圖3.2 初始化程序部分采用12MHz的晶體振蕩器的情況下，一秒的定時(shí)已超過(guò)了定時(shí)器可提供的最大定時(shí)值。為了實(shí)現(xiàn)一秒的定時(shí)，采用定時(shí)和計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。選

6、用定時(shí)計(jì)數(shù)器TO作定時(shí)器，工作于方式1產(chǎn)生50ms的定時(shí)，再用軟件計(jì)數(shù)方式對(duì)它計(jì)數(shù)20次，就可得到一秒的定時(shí)。將定時(shí)器計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMOD，用軟件賦初值51H，即01010001B。這時(shí)定時(shí)器計(jì)數(shù)器1采用工作方式1，方式選擇位CT設(shè)為1，即設(shè)T1為16位計(jì)數(shù)器。定時(shí)器計(jì)數(shù)器O采用工作方式1，CT設(shè)為0，即設(shè)TO為16位定時(shí)器。,所以T0的初始值為3CB0H。以下為程序代碼。ORG 0000HAJMP STARTORG 0600HSTART: MOV TMOD ,#51HMOV TH0 ,#3CHMOV TL0 ,#0B0HMOV IE ,#82HMOV TH1 , #00HMOV TL1

7、 , #00HSETB TR0SETB TR13.3 頻率計(jì)算由于定時(shí)50ms，采用4位顯示，最大顯示頻率是9999，因此50ms里最大計(jì)數(shù)為500，否則顯示不準(zhǔn)確，500的十六進(jìn)制為01F4H,當(dāng)計(jì)數(shù)器的高八位大于01時(shí)，計(jì)數(shù)值大于500超過(guò)最大顯示，即直接顯示9999，當(dāng)高八位等于01時(shí)，在判斷第四位TL1與F4H的大小，大于或等于也直接顯示頻率9999，小于時(shí)在進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，當(dāng)高八位小于01時(shí)，在跳轉(zhuǎn)到十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換到十進(jìn)制的程序中，再顯示出來(lái)。最后將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。以下為程序代碼：LOOP:SJMP $ ；等待中斷ORG 000BH ；入口地址AJMP BTR0 ORG 00

8、80HBTR0:CLR TR1 ；停計(jì)數(shù)CLR TR0MOV A,TH1CJNE A,#01H,NEXT1 ；判斷TH1的計(jì)數(shù)是否大于01H，（500十六進(jìn)制為01F4H）SJMP NEXT2NEXT1:JC BEGINJNC NEXT4NEXT2:MOV A,TL1CJNE A,#0F4H,NEXT3 ；等于則比較TL1的計(jì)數(shù)值和#0F4的大小SJMP NEXT4NEXT3:JC BEGINJNC NEXT4NEXT4:MOV A,#99H ；大于01F4H則輸出9999MOV P1,A MOV P2,A4.仿真調(diào)試4.1 仿真結(jié)果本次仿真是在Proteus平臺(tái)上進(jìn)行，仿真電路如下：圖4 方

9、波頻率為10kHz顯示結(jié)果圖5 方波頻率為800Hz顯示結(jié)果4.2仿真結(jié)果分析本實(shí)驗(yàn)采用兩個(gè)分別為10kHz，800Hz的信號(hào)源來(lái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的頻率計(jì)的準(zhǔn)確性，分別模擬量程圍09999Hz外和量程圍09999Hz的顯示結(jié)果。當(dāng)開(kāi)關(guān)打在10kHz時(shí)，數(shù)碼管顯示9999，與預(yù)期符合，當(dāng)開(kāi)關(guān)打在800Hz的信號(hào)源上時(shí)，顯示800也符合?？偨Y(jié)5.1 設(shè)計(jì)小結(jié)該頻率計(jì)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)被測(cè)信號(hào)的頻率，周期和脈寬的功能。在調(diào)測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)測(cè)量頻率時(shí)，檔位在1Hz9999Hz，最終得到的結(jié)果的符合預(yù)期要求，測(cè)量結(jié)果在誤差允許圍之。5.2 心得體會(huì)數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x

10、器。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，會(huì)被經(jīng)常使用到。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不但加深我對(duì)在課程上所學(xué)到的單片機(jī)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，重新讓自己認(rèn)識(shí)到了這門(mén)學(xué)科的在應(yīng)用方面的廣闊前景，并且通過(guò)知識(shí)與應(yīng)用于實(shí)踐的結(jié)合更加豐富了自己的知識(shí)。擴(kuò)展了知識(shí)面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，而且對(duì)其他專業(yè)的知識(shí)也有所了解，而且較系統(tǒng)的掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，因而自身的綜合素質(zhì)有了全面的提高 。在本次課程設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，比如在硬件仿真時(shí)，由于對(duì)數(shù)電、模電的知識(shí)掌握得不夠牢固，導(dǎo)致仿真結(jié)果一直不能實(shí)

11、現(xiàn)，還有在進(jìn)行編程的時(shí)候?qū)纹瑱C(jī)的寄存器、接口電路等不夠了解，也遇到了很多問(wèn)題，但最終通過(guò)查資料、同學(xué)的幫助解決了這些問(wèn)題。同時(shí)也熟練掌握了proteus、keil這兩個(gè)軟件，提高了自己的動(dòng)手能力。參考文獻(xiàn)1胡漢才.單片機(jī)原理與其接口技術(shù)清華大學(xué)，1996.2胡漢才.單片機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì).清華大學(xué)，2002.3朝青.單片機(jī)原理與接口技術(shù).航空航天大學(xué)，1994.4徐惠民，安德寧.單片微型計(jì)算機(jī)原理、接口、應(yīng)用.郵電大學(xué)，1990.5友德，志英，涂時(shí)亮.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).復(fù)旦大學(xué)，1992.6proteus幫助文檔.7keil幫助文檔.8高海生，文煥.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全.西南交通大學(xué)，

12、1996.9E.A.Nichols，J.C.Nichols，K.R.Musson.微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信，1989.10徐愛(ài)鈞.智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì).航空航天大學(xué)，1999.附錄程序清單AJMP STARTORG 0600HSTART:MOV TMOD,#51H ；送方式字MOV TH0,#3CH ；T0賦初值MOV TL0,#0B0HMOV IE,#82H ；開(kāi)T0中斷MOV TH1,#00H ；T1清零MOV TL1,#00HSETB TR0 ；開(kāi)始計(jì)數(shù)SETB TR1 LOOP:SJMP $ ；等待中斷ORG 000BH ；入口地址AJMP BTR0ORG 0080HBTR0:CLR

13、 TR1 ；停計(jì)數(shù)CLR TR0MOV A,TH1CJNE A,#01H,NEXT1 ；判斷TH1的計(jì)數(shù)是否大于01H，（500十六進(jìn)制為01F4H）SJMP NEXT2NEXT1:JC BEGINJNC NEXT4NEXT2:MOV A,TL1CJNE A,#0F4H,NEXT3 ；等于則比較TL1的計(jì)數(shù)值和#0F4的大小SJMP NEXT4NEXT3:JC BEGINJNC NEXT4NEXT4:MOV A,#99H ；大于01F4H則輸出9999MOV P1,A MOV P2,ALJMP LAST ；長(zhǎng)轉(zhuǎn)移BEGIN:MOV A ,TL1；小于01F4H則轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，以下程序?yàn)槭M(jìn)制轉(zhuǎn)

14、換MOV B,#14HMUL ABMOV R2,BMOV B,#10HDIV ABMOV R0,AMOV R1,BMOV A,TH1MOV B,#14HMUL ABADD A,R2MOV B,#10HDIV ABMOV R2,BMOV R7,AMOV B,#06HMUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV 40H,AMOV 41H,BMOV B,#06HMOV A,R0MUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV R3,AMOV R4,BMOV A,R2MOV B,#06HMUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R6,BMOV A,R1ADD A,R4ADD A,R6ADD A,41HMOV B,#0AHDIV ABMOV R1,BADD A,R0ADD A,R3ADD A,R5MOV R0,AMOV A,R2MOV B,#05HMUL ABADD A,R0MOV R0,AMOV A,R7MOV B,#09HMUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV 42H,AMOV A,BADD A,R0ADD A,40HMOV B,#0AHDIV ABMOV R0,BMOV R3,AMOV A,R2MOV B,#02HMUL ABADD A,R3ADD A,42HMOV B,#0AH