嵌入式课程设计数字频率计Word下载.docx
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一是产生锁存脉冲，使显示器上的数字稳定；
二是产生清“0”脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。
1.2系统设计要求
●以单片机未核心设计一个数字频率计，有频率检测电路、单片机时钟电路、抚慰电路、数码管驱动电路、四位数码管电路5部分组成
●可以测量9KHZ以下的方波
1.3设计方案确定
1.硬件方案
硬件电路有5部分组成，既平率检测电路、单片机时钟电路、复位电路、数码管驱动电路、四位数马管电路。
各部分实现功能如下：
●频率检测电路：
进行频率检测并转换成数字信号。
●单片机时钟电路、复位电路：
单片机正常工作需要。
●数码管驱动电路、四位数码管电路：
用于测试的电压结果显示。
2.软件方案
本系统的软件部分主要完成功能：
对脉冲的频率采集、计算及显示。
根据软件的功能划分软件设计模块，各模块的具体任务如下：
●数码管显示模块：
实现采集好的频率值的显示。
●脉冲计数模块：
把脉冲的频率检测出来。
第二章数字频率计的硬件结构设计
2.1系统硬件的构成
本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89C51，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。
可分为以下几个模块：
放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、LCD显示模块。
各模块关系图如图2所示：
图2数字频率计功能模块
2.2系统工作原理图
图3数字频率计系统工作原理图
2.3AT89C51单片机及其引脚说明
89C51是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器，它提供下列标准特征：
4K字节的程序存储器，128字节的RAM,32条I/O线，2个16位定时器/计数器,一个5中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口,片上震荡器和时钟电路。
引脚说明：
·
VCC：
电源电压
GND:
地
P0口：
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。
当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。
当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。
在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。
在EPROM编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。
程序校验时需要外接上拉电阻。
P1口：
P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。
当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。
当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。
P2口：
P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。
P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。
当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。
作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。
P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX＠DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。
在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。
当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX＠R1）,P2口输出特殊功能寄存器的内容。
当EPROM编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。
P3口：
P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。
P3口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。
当向P3口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。
P3口同时具有AT89C51的多种特殊功能，具体如下表1所示:
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0）
P3.5
T1（定时器1）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器都选通）
表1P3口的第二功能
•RST:
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
•ALE/:
当访问外部存储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁存地址的低8位字节。
当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出（）。
一般情况下，ALE是以晶振频率的1/6输出，可以用作外部时钟或定时目的。
但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
•：
程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号。
当AT89C52执行外部程序存储器的指令时，每个机器周期两次有效，除了当访问外部数据存储器时，将跳过两个信号。
•/VPP:
外部访问允许。
为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从0000H到FFFH单元的指令，必须同GND相连接。
需要主要的是，如果加密位1被编程，复位时EA端会自动内部锁存。
当执行内部编程指令时，应该接到VCC端。
•XTAL1：
振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。
XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
在本次设计中，采用89C51作为CPU处理器，充分利用其硬件资源，结合D触发器CD4013，分频器CD4060，模拟转换开关CD4051，计数器74LS90等数字处理芯片，主要控制两大硬件模块，量程切换以及显示模块。
下面还将详细说明。
2.4信号调理及放大整形模块
放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。
它将正弦输入信号Vx整形成同频率方波Vo,幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以避免波形失真。
由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。
同相输入的运算放大器的放大倍数为（R1+R2）/R1，改变R1的大小可以改变放大倍数。
系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到闸门以便计数。
由于输入的信号幅度是不确定、可能很大也有可能很小，这样对于输入信号的测量就不方便了，过大可能会把器件烧毁，过小可能器件检测不到，所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、放大限幅和整形，信号调理部分电路具体实现电路原理图和参数如下图4所示：
图4
2.5时基信号产生电路：
CD4013------双上升沿D触发器，引脚及功能见如下图5：
CD4013由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。
每个触发器有独立的数据置位复位时钟输入和Q及Q非输出。
此器件可用作移位寄存器，且通过将Q非输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。
在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。
置位和复位或复位线上的高电平完成。
图5CD4013芯片引脚用功能图
CD4060------14位二进制串行计数器，引脚及功能见如下图6：
CD4060由一震荡器和14极二进制串行计数器位组成，震荡器的结构可以是RC或晶振电路。
CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器CP1非（和CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。
图6CD4060芯片引脚用功能图
时基信号的产生原理：
本电路采用32768HZ晶体震荡器，利用CD4060芯片经过14级分频得到2HZ的信号（32768/214），在经过CD4013双D触发器经过二分频得到0.5HZ的方波，即输出秒脉冲信号使单片机进行计数。
图七秒脉冲产生电路原理图
2.6显示模块
1602主要功能
A、40通道点阵LCD驱动;
B、可选择当作行驱动或列驱动;
C、输入/输出信号:
输出,能产生20×
2个LCD驱动波形;
输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压（V1∽V6）;
D、通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。
第三章软件设计
根据硬件电路和设计思路，可以画出如下的程序结构图。
程序流程图
3.1应用程序
Include.h文件
/*************************************************
*文件名称：
Include.h
*文件功能：
包含文件中常用操作函数
*************************************************/
#ifndefINCLUDE_H
#defineINCLUDE_H
#include"
AT89X51.h"
intrins.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#define_BV（x）（1<
<
（x））
#defineGET_BIT（x,y）（（（x）&
（1<
（y）））==0?
0:
1）//取x变量y位的数据
#defineSET_BIT（x,y）（（x）|=（0x0001<
（y）））//置位x变量y位
#defineCLR_BIT（x,y）（（x）&
=~（0x0001<
（y）））//清零x变量y位
#defineLET_BIT（x,y,z）（（x）=（x）&
（~（0x0001<
（y）））|（z）<
（y））//置位或清零x变量y位
#defineF_CPU11059200UL//cpu震荡周期
#definesei（）（EA=1）//开总中断
#definecli（）（EA=0）//关总中断
#endif
freCountMain.c文件
/*************************************************************************
*实例名称：
频率计
*实例说明：
实现0~9000hz频率计的统计
*作者：
yd
*时间：
09.06.20
*************************************************************************/
#include"
target.h"
led.h"
uchardisplayBuff[4]={'
0'
'
};
//数码管显示缓冲区,千,百,十,个
constuchard
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