数字频率计的设计.docx

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数字频率计的设计

题　　目　数字频率计的设计

系别电子电气工程系

姓名　xxx　　　　

学号　xxxxxxxxxxxx　

专业　自动化　　

2011年6月14日

摘要：

在电子技术中，频率是一个经常用到的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。

本项目主要阐述了以AT89C52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计一个简易数字频率计，以达到测量频率并进行显示的目的。

本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时，把单片机内部的定时/计数器0作为定时器，实现2.5ms定时。

外部待测脉冲从单片机的TI（第15引脚）输入，以定时/计数器1作为计数器，利用中断方式来达到间接测量的目的。

最后采用四位数码管显示。

本设计采用C语言进行软件编程，用keil软件进行调试。

最后把调试成功后的程序固化到AT89C52单片机中，接到预先焊好的电路板上，接上待测脉冲，通电运行，数码管成功显示待测脉冲频率。

关键词：

单片机；频率计；AT89C52

目录

1项目综述1

1．1设计要求1

1．2系统设计1

1．2．1框图设计1

1．2．3知识点1

2硬件设计2

2.1电路原理图2

2.2元件清单2

2.3主要芯片引脚说明3

2.3.1AT89C52引脚说明3

2.3.274LS244引脚说明4

3软件设计4

3.1程序流程图4

3.2软件设计简述5

3.3程序清单6

4系统仿真及调试9

4.1硬件调试10

4.2软件调试10

5结果分析10

总结10

参考文献11

附页12

1项目综述

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。

本项目主要阐述了选择AT89C52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计一个简易数字频率计测量频率并进行显示。

1．1设计要求

基于AT89C52单片机简易频率计的设计要求如下：

（1）测量范围。

幅度：

0.5～5V；频率：

1Hz~1MHz.

（2）测试误差≤0.1%。

（3）用4位数码管显示。

当频率变化时，能通过数码管及时看到变化后的信号频率。

1．2系统设计

1．2．1框图设计

基于AT89C52单片机简易频率计的电路主要由数码管显示电路、复位电路、晶振电路、电源电路等几部分组成，系统框图如图3.1所示。

图3.1基于AT89C52单片机简易频率计系统框图

1．2．3知识点

本项目需要通过学习和查阅资料，掌握和了解如下知识：

1）+5V电源原理及设计。

2）单片机复位电路工作原理及设计。

3）单片机晶振电路工作原理及设计。

4）频率信号发生器的特性及使用。

5）驱动电路74LS244的特性及使用。

6）AT89C52单片机引脚结构及功能。

7）单片机C语言程序设计方法。

2硬件设计

2.1电路原理图

基于AT89C52单片机简易频率计电路原理图如图2-1所示。

图2-1基于AT89C52单片机简易频率计电路原理图

2.2元件清单

基于AT89C52单片机简易频率计元件清单如表2-1所示。

表2-1基于AT89C52单片机简易频率计元件清单

元件名称

型号

数量/个

用途

单片机

AT89C52

1

控制核心

晶振

12MHz

1

晶振电路

电容

30pF

2

晶振电路

电解电容

10uF/10V

1

复位电路

电阻

10kΏ

1

复位电路

驱动器

74LS244

1

LED驱动

非门

74LS04

1

位选信号

数码管

2位共阴

1

显示电路

按键

1

复位电路

电源

+5V/0.5A

1

提供+5V

2.3主要芯片引脚说明

2.3.1AT89C52引脚说明

AT89C52为40脚双列直插封装8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

AT89C52共有6个中断向量：

两个外中断（INT0和INT1），3个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。

AT89C52引脚图如下：

图2-2AT89C52引脚图

主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口。

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

P1，P2，P3是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

2.3.274LS244引脚说明

74LS244可以让输入的数据保持比较长的时间，简单输入接口扩展通常使用的典型芯片为74LS244，由该芯片可构成三态数据缓冲器。

74LS244芯片的引脚排列如下图所示：

图2-374LS244引脚图

74LS244芯片内部共有两个四位三态缓冲器。

3软件设计

本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时。

待测信号由单片机的TI中断来间接测量。

定时/计数器0定时2.5ms中断并对中断次数进行计数，当2.5ms中断次数计到40次即0.1s时，查看定时/计数器1上的计得的数值，经过计算得到的待测信号的频率值，放入显示缓冲区，由数码管进行显示。

3.1程序流程图

主程序流程图如图3-1所示。

图3-1主程序流程图

3.2软件设计简述

1）利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时。

2）待测信号由单片机的TI（第15引脚）中断来间接测量。

3）采用12MHz晶振，机器周期为1us

4）定时/计数器0工作方式：

定时方式，工作方式1，每次定时2.5ms。

实现2.5ms定时算法：

（3-1）

即TH0=0xf6，TL0=0x3c

5）定时/计数器1工作方式：

计数方式，工作方式1。

当2.5ms中断次数计到40次即0.1s时，查看定时/计数器1上的计得的数值。

6）通过公式：

（3-2）

可以计算出脉冲频率。

最后的数据以KHz单位，采用四舍五入的方法保留一位小数。

7）显示采用四位共阴LED数码管，用单片机P0口的8位控制数码管的8段二极管的明暗。

用P2口的P2.0~P2.1作为2位数码管的选通信号，采用从低到高逐位扫描的方法。

3.3程序清单

基于AT89C52单片机简易频率计程序清单如下：

#include

bittimeint0,timeint1;

unsignedchardispbuf[4];

unsignedintperiod;

unsignedinttimecount=0;

unsignedintcount_1s;

unsignedcharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

0x39,0x5e,0x79,0x71};//7段数码管代码表

HEX_TO_BCD（unsignedintn）//十六进制数转BCD码子程序，

//将BCD码送至显示缓存数组

{

unsignedchari;//当显示的频率超出范围，显示EE报错

if（n>100）

for（i=0;i<2;i++）

dispbuf[i]=0x0e;

else

{

dispbuf[1]=（n/10）%10;//取出十位字节

dispbuf[0]=n%10;//取出个位字节

}

}

voidscandisp（void）//显示子程序，

//将显示缓存数组中的BCD码扫描并显示在数码管上

{

unsignedcharposi=0x01;

unsignedchari,j,temp;

for（i=0;i<2;i++）//依次选中2个数码管

{

temp=dispbuf[i];

//查出字码

if（i==1）

{

for（j=0;j<200;j++）

{

P2=posi;

P0=temp|0x80;

}

}

else

{

for（j=0;j<200;j++）

{

P2=posi;

P0=temp;

}

}

//依次点亮字位

posi<<=1;

}

}

voidINIT_TMR1INT（void）//定时器初始化了程序，定义了两种

{

//定时/计数器0工作定时器方式，定时/计数器1工作在计数器方式

TMOD=0x51;

ET1=1;

//中断0开中断

ET0=1;

//CPU开中断

EA=1;

count_1s=0;

//启动定时/计数器0开始定时

TR0=1;

TR1=1;

}

voidtime0（void）interrupt1//定时器0中断服务程序，系统自动调用，

//每2.5ms执行一次

{

TH0=0xf6;

TH1=0x3c;

//每次定时是2.5ms,40次即0.1s

if（++count_1s>40）

{

count_1s=0;

//每0.1s对计数器1所计数值进行统计

timecount=TH1*256+TL1;

TH1=0;

TL1=0;

//精确到小数点后1位，以KHz为单位

period=timecount/10;

//四舍五入显示

if（（timecount%10）>4）

period++;

timecount=0;

HEX_TO_BCD（period）;

}

}

voidtimer1（void）interrupt3//定时器1中断服务程序，溢出后中断

{

TH1=0x00;

TL1=0x00;

}

voidmain（void）//主函数

{

//初始化

INIT_TMR1INT（）;

while

（1）

{

//显示子程序

scandisp（）;

}

}

4系统仿真及调试

应用系统设计完成之后，就要进行硬件调试和软件调试，软件调试可以利用开发及仿真系统进行。

4.1硬件调试

硬件调试的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。

先排除硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。

一般原则是先静态后动态。

利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中各器件以及引脚是否连接正确，是否有短路故障。

先将单片机AT89C52芯片取下，对电路板进行通电检查，通过观察看是否有异常，是否有虚焊的情况，然后用万用表测试各电源电压，若这些都没有问题，则接上仿真机进行联机调试，观察各接口电路是否正常。

4.2软件调试

软件调试是利用仿真工具进行在线仿真调试，除发现和解决程序错误外，也可以发现硬件故障。

本设计采用的调试软件是keil。

程序调试时，先是一个模块一个模块地进行，一个子程序一个子程序地调试，最后联起来统调。

当程序调试无误后，就可以用在系统编程器将程序固化到AT89C52的FLASHROM中。

5结果分析

把电路按要求接好，接上待测脉冲信号，插上电源即可测量出待测脉冲信号的频率。

本设计利用实验室提供的单片机实验箱上的脉冲信号进行测试，当接入的脉冲信号为0.25MHz时，可以看到数码管上的显示值为259.4KHz；当接入的脉冲信号为0.5MHz时，可以看到数码管上的显示值为508.3KHz。

经计算，测量值都在误差允许范围内，因此符合设计要求，本设计成功完成预期目标。

总结

经过一个星期的努力和老师的耐心指导，终于顺利完成了此次的单片机课程设计。

整个过程可以说就是一个不断发现问题和解决问题的过程，虽然有点累，但收获颇多。

通过此次的单片机课程设计，我学到了许多以前在课本上学不到的东西，同时也把以前学到的理论知识运用到了此次的课程设计中，很好地加强了我在单片机方面的知识，特别是在中断处理部分。

整个调试程序的过程让我对keil软件有了更深一步的了解。

并且，此次的课程设计也很好地锻炼了我的动手能力，让我能够发现问题，积极开动脑筋去解决问题，同时也让我对硬件有了进一步的了解。

课程设计是培养我们综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决问题的实际能力，锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考查过程。

这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只掌握书上的理论知识是远远不够的，而应该把所学的理论知识与实践相结合，把理论运用与实践，从实践中验证理论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，为以后踏入社会打下基础。

在设计的过程中不免会遇到一些问题，通过老师和同学的帮助，以及去图书馆查找资料，终于把问题都解决了，在解决问题的过程中，我发现自己的不足之处，同时也巩固了所学的知识。

参考文献

1李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础.北京：

北京航天航空大学出版社，2007.6

2扬居义.单片机课程设计指导.北京：

清华大学出版社，2009.9

3张义和，陈敌北.例说8051.北京：

人民邮电出版社，2006.1

4求是科技.单片机典型模块设计实例导航.北京：

人民邮电出版社，2004.5

5周兴华.手把手教你学单片机C程序设计.北京：

北京航空航天大学出版社，2007.10

附页1

总电路图