简易频率计单片机课程设计综述Word文档下载推荐.docx
《简易频率计单片机课程设计综述Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易频率计单片机课程设计综述Word文档下载推荐.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
由于T0并不与T1同步，并且有可能造成脉冲丢失，所以对计数器T0做一定的延时，以矫正误差。
具体延时时间根据具体实验确定。
2、系统框图
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。
图2系统框图
3、模块设计
（1）、硬件系统构成：
系统框图如下图2：
（2）、AT89C51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。
（3）、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：
图4信号放大模块电路图
（4）、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：
图5D触发器引脚及功能图
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。
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6进制串行计数器引脚及功能图
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。
（5）、显示模块
1602基本技术：
1）、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。
2）、技术参数
2.1）极限参数表2：
名称
符号
标准值
单位
MIN
TYPE
MAX
电路电源
VDD-VSS
-0.3
7.0
V
LCD驱动电压
VDD-VEE
VDD-13.5
VDD+0.3
输入电压
VIN
静电电压
-
100
工作温度
-20
+70
°
C
储存温度
-30
+80
表2极限参数表
2.2）电参数表3：
测试条件
单位
输入高电平
VIH
2.2
VDD
输入低电平
VIL
0.6
输出高电平
VOH
IOH=0.2mA
2.4
输出低电平
VOL
IOL=1.2mA
0.4
工作电流
IDD
VDD=5.0V
2.0
mA
液晶驱动电压
VDD-VEE
Ta=0°
4.9
Ta=25°
4.7
Ta=50°
4.5
表3电参数表
3）、时序特性表4：
项目
测试条件
允许时间周期
TCYCE
5.1a5.1b
1000
ns
允许脉冲宽度,高电平
PWEH
450
--
允许上升和下降时间
tErtEf
25
地址建立时间
tAS
140
数据延迟时间
tDDR
320
数据建立时间
tDSW
195
数据保持时间
tH
10
DATAHOLDTIME
tDHR
20
地址保持时间
tAH
表4时序特性表
4）、引脚和指令功能
4.1）模块引脚功能表5：
引线号
功能
1
Vss
接地
0V
2
5V±
10%
3
VEE
保证VDD-VEE=4.5∽5V电压差
4
RS
寄存器选择信号
H:
数据寄存器L:
指令寄存器
5
R/W
读/写信号
读L:
写
6
E
片选信号
下降沿触发,锁存数据
7
|
14
DB0
DB7
数据线
数据传输
表5模块引脚功能表
4.2）寄存器选择功能表6：
操作
指令寄存器（IR）写入
忙标志和地址计数器读出
数据寄存器（DR）写入
数据寄存器读出
表6寄存器功能选择表
4.3）指令功能
格式:
RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
共11种指令:
清除,返回,输入方式设置,显示开关,控制,移位,功能设置,CGRAM地址设
置,DDRAM地址设置,读忙标志,写数据到CG/DDRAM,读数据由CG/DDRAM。
5）、显示位与DDRAM地址的对应关系表7：
显示位序号
12345………………40
DDRAM
地址（HEX）
第一行
0001020304..……………..27
第二行
4041424344…………….....67
表7显示位与DDRAM地址关系表
（6）、软件设计
1）、主程序main流程图
图7主程序流程图
四、总体设计电路仿真图
五、实物图
（1）正面
（2）反面
六、C语言源程序
#include<
reg51.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodeDisp_CODE[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
//'
0'
'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
uchardisplay_data[]={0,0,0,0};
//定义数组存放显示数据的各位
uchardisplay_bit[]={0x0e,0x0D,0x0B,0x07};
ucharCount=0;
//延时子程序
voiddelay（ucharx）
{
uchari;
while（x--）
for（i=0;
i<
10;
i++）;
}
//显示子程序
voiddisplay（）
{
4;
i++）
P2=display_bit[i];
P1=Disp_CODE[display_data[i]];
delay
（2）;
}
}
//转换子程序
voidconvert（）
unsignedintf;
f=TH1*256+TL1;
display_data[i]=f%10;
f=f/10;
}
//主程序
voidmain（）
{
IE=0x8a;
TMOD=0x51;
//T1为16为计数器，T0为16位定时器,工作方式均为1
TH0=（65536-50000）/256;
//定时50ms计数初值
TL0=（65536-50000）%256;
TH1=TL1=0;
TR1=TR0=1;
while
（1）
display（）;
//中断子程序定时1s
voidINT_T1（）interrupt1
if（++Count==20）//定时1s
{
TR1=TR0=0;
//关闭T1、T0
Count=0;
convert（）;
七、实验心得
通过这次课程设计，我熟悉了KeilC51编程与Proteus的使用，对单片机的使用有了更深刻的了解，在焊接与测试过程中也懂得了对任何的细节必须分外注意，不能粗心大意。
实验由两部分组成，仿真和焊板子，仿真过程用运用了keilc51软件和Proteus，通过这次课程设计，我学习了这两种软件的基本使用方法，是此次课程设计比较大的收获。
焊接过程中，由于有过焊接经历，我吸取以前的教训，在这次的焊接过程中在排版，接线上都有了很大的改善，而且焊点基本上没有虚焊，只不过焊接复位电路时没认真看仿真图，导致后面数码管虽有显示，但不对。
总之，课程设计不仅让我们温习了单片机的设计思路与编程语言，而且锻炼了我们实际动手能力，将理论与实践相结合了。
参考资料
[1]张毅坤，陈善久.单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社，2002.
[2]张友德，赵志英，徐时亮.单片微机原理应用与实验.复旦大学出版社，2000.
[3]杨恢先，黄辉先.单片机原理技术与应用湘潭大学出版社，2013
升级会员 