基于单片机的数字频率计毕业设计Word格式.docx

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3.3.1AT89C52简介----------------------------------------------

3.4ADC0832简介与应用------------------------------------------

3.4.1ADC0832简介----------------------------------------------

3.4.2ADC0832特点----------------------------------------------

3.4.3单片机对ADC0832的控制--------------------------------------

3.5显示模块-----------------------------------------------------

第四章系统的软件设计---------------------------------------------

第五章频率计的系统调试------------------------------------------

5.1放大整形电路调试-----------------------------------------------

5.1.1放大电路调试----------------------------------------------

5.1.2整形电路调试----------------------------------------------

5.2分频电路调试----------------------------------------------

5.3软件调试-----------------------------------------------------

5.3.1Pouteus软件调试--------------------------------------------

5.3.2------------------------------------------------------------

第一章前言

频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。

由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。

随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。

1.1频率计概述

数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。

它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。

它的基本功能是测量正弦信号、方波信号及其他各种单位时间变化的物理量。

在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。

传统的频率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成，产品不但体积大，运行速度慢而且测量低频信号不准确。

本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，测量准确度高，体积小等优点。

1.2频率及发展与应用

在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。

单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。

单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。

单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用围十分广泛。

其中以AT89C52为核的单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要。

1.3频率计设计容

利用电源、单片机、分频电路及数码管显示等模块，设计一个简易的频率计能够粗略的测量出被测信号的频率。

参数要求如下：

1．测量围1HZ—50kHZ；

3.可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形；

2．用液晶显示屏显示测量值。

第二章系统总体方案设计

2.1频率测量原理

数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

频率是单位时间（1S）信号发生周期变化的次数。

也就是在给定的1S时间对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。

数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔的脉冲个数，将其换算后显示出来。

这就是数字频率计的基本原理。

2.2频率测量方法

频率测量是电子测量领域的最基本测量，通常有两种方法。

（1）计数法。

指在一定的时间间隔T，对输入的周期信号脉冲计数为N，则信号的频率为F=N/T。

测量的相对误差为1/N*100%。

这种方法适合于高频测量，信号的频率越高，相对误差越小。

（2）测周法。

这种方法用计量在被测信号一个周期频率为f的标准信号的脉冲数N来间接测量频率，F=f/N。

显然，被测信号的周期越长（频率越低），测得的标准信号的脉冲数N越大，相对误差越小。

2.3总设计思路

频率计是我们经常会用到的实验仪器之一，频率的测量实际上就是在单位时间对信号进行计数,计数值就是信号频率。

本文介绍了一种基于单片机AT89C52制作的频率计的设计方法,所制作的频率计测量比较高的频率采用计数法，测量较低频率值时采用测周法。

该频率计实现1HZ~50KHZ的频率测量,可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。

2.4设计模块

根据上述系统分析，频率计系统设计共包括四大模块：

单片机控制模块、放大整形模块、分频模块及显示模块。

各模块作用如下：

1、单片机控制模块：

以AT89C52单片机为控制核心，来完成它待测信号的计数，译码，和显示以及对分频比的控制。

利用其部的定时／计数器完成待测信号周期／频率的测量。

单片机AT89C52部具有2个16位定时／计数器，定时／计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。

2、放大整形模块：

放大电路是对待测信号的放大，降低对待测信号幅度的要求。

整形电路是对一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。

3、分频模块：

考虑单片机外部计数，使用12MHz时钟时，最大计数速率为500kHz，因此需要外部分频。

分频电路用于扩展单片机频率测量围，并实现单片机频率测量使用统一信号，可使单片机测频更易于实现，而且也降低了系统的测频误差。

4、显示模块：

采用液晶显示屏显示。

综合以上频率计系统设计有单片机控制模块、放大整形模块、分频模块及显示模块等组成。

第三章硬件电路的具体设计

3.1信号处理电路

3.1.1放大整形电路的必要性

因为在单片机计数中只能对脉冲波进行计数，而实际中需要测量频率的信号是多种多样的，有脉冲波、还有可能有正弦波、三角波等，所以需要一个电路。

把待测信号转化为可以进行计数的脉冲波。

所以需要设计一个整形电路，则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成脉冲波。

在整形之前由于不清楚被测信号的强弱情况，所以在通过整形之前需要进行放大衰减处理。

当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。

当输入信号电压幅度较小时，则调节输入放大的增益，被测信号得以放大。

因为单片机的I/O口需要达到一定的电压才能够导通，因此必须要保证输入信号足够强。

其次，单片机对输入信号是通过采样的方式进行辨识的，如果信号没有经过整形，存在较多毛刺，或者高低不同的电平，那会使采样的误差较大，失真度较高。

3.1.2.放大整形电路的原理

放大整形电路包括信号放大和信号整形，运算放大器采用UA741构成，整形电路采用555，利用施密特触发器将边缘缓慢变化的周期信号如三角波，正弦波的模拟信号变换成同频率的矩形脉冲。

3.2分频模块设计

由于本次设计的测量频率围为1-1MHZ，量程围较大，单片机不能直接测量，需要先将频率围分段，对于不同的频率段需要采用不同的分频。

本设计采用两个74HC393计数器，连接成一个分频电路。

74HC393由两个2分频，2个4分频，2个8分频，2个16分频组成，若选用2分频的话外围电路需要的器件较多，若选用16分频则误差相对较大。

为了减小误差及减小复杂度，本设计采用8分频，选用一个393最多用到2个8分频端。

用软件控制RESET，并且时钟下降沿有效。

当时钟信号为低电平时，计数器加1。

实现频率的测量。

图2-6为具体设计出的分频电路图，本次设计分频电路根据测量频率围要求，用到了2个74HC393分频器U3:

A、U3:

B组成。

经过放大整形后的方波直接进入第一次分频用到的U3:

A分频器，2个393分频器均利用Q3输出8分频。

3.3单片机控制模块

3.3.1AT89C52简介

AT89C52是高性能CMOS-8位单片机，片具有8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH由存储单元，功能强大的AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。

AT89C52提供以下标准功能：

8字节FLASH闪速存储器，256字节部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片振荡器及时钟电路。

同时，AT89C52可降至OHZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器．串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

3.3.2AT89C52功能引脚说明：

1.VCC:

电源电压

2.GND:

地

3.P0：

P0口是一组8位漏极开路型双向1/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时．每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活部上拉电阻。

在FLASH由编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

4.P1口：

PI是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。

与AT89C51不同之处是，Pl.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（Pl.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。

5.P2口：

P2口是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电路。

对端口P2写“l"

，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（llt）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOvxDPTR指令）时，P2送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器、如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的容。

FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

6.P3口：

P3口是一组带有部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I/0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下所示：

P3.0--RXD（串行输入口）

P3.1--TXD（串行输出口）

P3.2--INTO（外中断0）

P3.3--INTO（外中断l）

P3.4--TO（定时／计数器0）

P3.5--T1（定时／计数器l）

P3.6--WR（外部数据存储器写选通）

P3.7--RD（外部数据存储器读选通）

此外，P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

7.RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

8.ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节．一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位．可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活,此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

9.PSEN：

程序储存允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）,EA端必须保持低电平（接地）．需注怠的是：

如果加密位LBI被编程，复位时部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端）,CPU则执行部程序存储器中的指令。

10.XTAL1：

振荡器反相放大器的及部时钟发生器的输入端．

11.XTAL1：

振荡器反相放大器的输出端。

特殊功能寄存器：

在AT89C52片存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE），SFR的地址空间映象如表2所示。

并非所有的地址都被定义，从80H-FFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。

对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数位将不确定，而写入的数据也将丢失。

不应将数据"

1"

写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。

3.4ADC0832简介与应用

3.4.1ADC0832简介

ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。

其部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。

芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。

独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。

通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。

3.4.1ADC0832特点

●8位分辨率；

●逐次逼近式A/D转换器

●双通道A/D转换；

●输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；

●5V电源供电时输入电压在0~5V之间；

●工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；

●一般功耗仅为15mW；

●8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；

3.4.2芯片接口说明：

●CS---片选使能，低电平芯片使能。

●CH0---模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。

●CH1---模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。

●GND---芯片参考0电位（地）。

●DI---数据信号输入，选择通道控制。

●DO---数据信号输出，A/D数据转换输出端。

●CLK---时钟信号输入端。

●Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。

3.4.3单片机对ADC0832的控制原理

正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。

但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。

当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。

当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。

此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。

在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示起始信号。

在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能详见官方资料。

3.5显示模块：

本设计采用1602字符型LCD液晶显示屏来显示距离，具有体积小、功耗低、界面美观大方、使用方便等优点，它有16个引脚，如图所示：

LM016L外部引脚图

VSS：

为地电源。

VDD：

接5V正电源。

VEE：

为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

RS：

寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

R/W：

为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

E：

端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

D0～D7：

8位双向数据线。

第四章系统软件设计

第五章频率计的系统调试

5.1放大整形电路调试

5.1.1放大电路仿真调试

放大电路仿真图

放大电路仿真结果图

5.1.2整形电路仿真调试

整形电路仿真图

整形电路仿真结果图

5.2分频电路调试

分频电路仿真图

分频电路仿真结果图

5.3软件调试

5.3.1Protues软件调试

根据系统设计要求，不断调试程序，进行Keil和Proteus系统仿真，直到符合功能要求。

频率计整体仿真图

5.3.2