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频率计单片机设计说明书

目录

摘要…………………………………………………………………………·3

1.引言………………………………………………………………………·3

2.AT89C51的介绍…………………………………………………………·4

3.单片机应用系统的一般设计方法………………………………………·4

4.单片机应用系统的一般调试方法………………………………………·5

5.设计目的…………………………………………………………………·5

6.设计要求…………………………………………………………………·5

7.功能分析…………………………………………………………………·6

8.设计框图…………………………………………………………………·6

9.生成.hex文件……………………………………………………………11

10.而对于Proteus进行生成………………………………………………·11

11.设计原理图………………………………………………………………12

12.元件清单·………………………………………………………………12

13.程序如下…………………………………………………………………14

14.设计的心得体会…………………………………………………………15

15.参考文献 ………………………………………………………………·16

摘要：

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。

本设计所要介绍的是以单片机89C51为核心设计了一种频率计。

在本文的设计采用单片机内部的定时器/计数器对脉宽的机器周期数进行计数,从而求得被测信号的频率值, 最后通过静态显示电路显示数值由于单片机内部振荡频率很高, 所以一个机器周期的量化误差相当小, 可以有效地提高低频信号的测量准确性。

1.引言

频率计数器是测量信号频率的装置, 也可以用来测量方波脉冲的脉宽通常频率以数字形式直接显示出来, 简便易读, 即所谓的数字频率计频率测量对生产过程监控有很重要的作用, 可以发现系统运行中的异常情况, 以便迅速作出处理,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构成, 产品不但体积较大, 运行速度慢, 而且测量低频信号时不宜直接采用基于单片机技术,而数字式频率计数器具有操作简单方便、响应速度快、体积小等一系列优点, 可以及时准确地测量低频信号的频率。

频率计最基本的工作原理为：

当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。

在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。

主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。

在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并互联网会议PPT资料大全技术大会产品经理大会网络营销大会交互体验大会实现测量设置。

频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。

通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。

闸门时间也可以大于或小于一秒。

闸门时间越长，得到的频率值就越准确。

数字频率计是数字电路中的一个典型应用, 实际的硬件设计用到的器件较多, 连线比较复杂, 而且会产生比较大的延时, 造成测量误差、可靠性差。

随着复杂可编程逻辑器件（ CPLD） 和功能越来越强大的单片机的广泛应用。

数字频率计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、尖脉冲信号及其他各种单位时间内变化的物量。

在AT89C51 单片机上实现的频率计, 整个系统非常精简, 而且具有灵活的现场可更改性。

在不更改硬件电路的基础上, 对系统进行各种改进还可以进一步提高系统的性能。

该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。

2.AT89C51的介绍

描述

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS。

8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。

和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。

片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。

功能特性

AT89C51提供以下的功能标准：

4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，5个中断源、两个优先级，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。

另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。

闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并停止其它所有部件的工作直到下一个复位。

3.单片机应用系统的一般设计方法

在进行单片机应用系统方案设计时，可以下述一般设计方法作为指导。

单片机应用系统的设计可划分为两部分:

一部分是与单片机直接接口的数字电路范围的电路芯片的设计。

如存储器和并行接口的扩展,定时系统、中断系统扩展,一般的外部设备的接口,甚至于A/D、D/A芯片的接口。

另一部分是与模拟电路相关的电路设计,包括信号整形、变换、隔离和选用传感器;输出通道中的隔离和驱动以及执行元件的选用。

（1）.确定系统功能与性能

由需求调查可以确定出单片机应用系统的设计目标，包括系统功能与性能。

系统功能主要有数据采集、数据处理、输出控制等。

（2）.确定系统基本结构

单片机应用系统结构一般是以单片机为核心外部扩展相关电路的形式。

确定了系统中的单片机、存储器分配及输入/输出方式就可大体确定出单片机应用系统的基本组成。

1）单片机

在系统详细方案设计时，先要确定单片机的型号。

所选单片机的型号不同，组成的系统结构也就不同。

2）存储器分配

不同的单片机具有不同的存储器组织。

MCS-51单片机的程序存储器与数据存储器空间相互独立，工作寄存器与内部数据存储器共用一个存储空间，I/O端口则与外部数据存储器共用一个存储空间。

（3）I/O通道划分

单片机应用系统中通道的数目及类型直接决定系统结构。

设计中应根据被控对象所要求的输入/输出信号的数目及类型，确定整个应用系统的通道数目及类型。

（4）.I/O方式的确定

采用不同的输入/输出方式，对单片机应用系统的硬、软要求是不同的。

在单片机应用系统中，常用的I/O方式主要有无条件传送方式（程序同步方式）、查询方式和中断方式。

这三种方式对硬件要求和软件结构各不相同，而且存在着明显的优缺点差异。

在一个实际应用系统中，选择哪一种I/O方式，要根据具体的外设工作情况和应用系统的性能技术指标综合考虑。

一般来说，无条件传送方式只适用于数据变化非常缓慢的外设，这种外设的数据可视为常态数据；中断方式处理器效率较高，但硬件结构稍复杂一些；而询问方式硬件价格较低，但处理器效率比较低，速度比较慢。

在一般小型的应用系统中，由于速度要求不高，控制的对象也较少，此时，大多采用询问方式。

4.单片机应用系统的一般调试方法

硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），通过执行开发系统有关命令或运行适当的测试程序（也可以是与硬件有关的部分用户程序段），检查用户系统硬件中存在的故障。

单片机应用系统中大部分电路安装在印制电路板上，因此对每一块加工好的印制电路板要进行仔细的检查。

检查它的印制线是否有断线、是否有毛刺、是否与其它线或焊盘粘连、焊盘有否脱落、过孔是否有未金属化现象等。

如印制板无质量问题，则将集成芯片的插座焊接在印制板上，并检查其焊点是否有毛刺，是否与其它印制线或焊盘连接、焊点是否光亮饱满无虚焊。

对单片机应用系统中所用的器件与设备，要仔细核对型号，检查它们对外连线（包括集成芯片引脚）是否完整无损。

通过目测查出一些明显的器件、设备故障并及时排除。

从宏观来说，单片机应用系统中的软件与硬件是密切相关、相辅相成的。

软件是硬件的灵魂，没有软件，系统将无法工作；同时，大多数软件的运行又依赖于硬件，没有相应的硬件支持，软件的功能便荡然无存。

因此，将两者完全孤立开来是不可能的。

然而，并不是用户程序的全部都依赖于硬件，当软件对被测试参数进行加工处理或作某项事务处理时，往往是与硬件无关的，这样，就可以通过对用户程序的仔细分析，把与硬件无关的、功能相对独立的程序段抽取出来，形成与硬件无关和依赖于硬件的两大类用户程序块。

这一划分工作在软件设计时就应充分考虑。

 5.设计目的

本次课程设计包括ATC89C51单片机最小系统（包括复位和时钟电路）和LED电路。

利用Protel电路设计软件进行原理图设计，PCB布线，借此巩固单片机应用、模拟电路、数字电路课程及学会工程软件protel和Keil的使用。

1.巩固和提高学过的基础理论和专业知识；

2.提高运用所学专业知识进行独立思考和综合分析，解决实际问题的能力；

3.进一步掌握AT89C51单片机的结构和工作原理；

4.掌握单片机的接口技术及外围芯片的工作原理及控制方法；

5.进一步掌握单片机程序编写及程序调试过程，掌握模块化程序设计方法；

6.通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验,掌握LED数码管原理及使用方法；

7.掌握科研、资料查询的基本方法以及获取新知识的能力；

6.设计要求

A、具有2位LED数码管显示功能。

B、具有八路发光二极管显示各种流水灯。

C、具有复位功能。

7.功能分析

（1）两位LED数码管显示功能，我们可以利用单片机的P0和P2口接两个数码管来现这个功能；

（2）八路发光二极管显示可以利用P1口接八个发光二极管实现这个功能；。

（3）利用单片机的第9脚可以设计成复位系统，我们采用按键复位；利用单片机的18、19脚可以设计成时钟电路，我们利用单片机的内部振荡方式设计的；

8.设计框图

9.生成.hex文件

1）新建一个工程，选择Project→NewProject

2）然后选择你要保存的路径,输入工程文件的名字,比如保存到C51目录里,工程文件的名字为C51

如下图所示,然后点击保存.

3）这时会弹出一个对话框,要求你选择单片机的型号,你可以根据你使用的单片机来选择,keilc51几乎支持所有的51核的单片机,我这里还是以大家用的比较多的Atmel的89C51来说明,如下图所示,选择89C51之后,右边栏是对这个单片机的基本的说明,然后点击确定

4）完成上一步骤后，屏幕如下图所示

5）在下图中，单击“File”菜单，再在下拉菜单中单击“New”选项 

6）新建文件后屏幕如下图所示

7）输入程序，如下图：

8）单击保存

9）单击菜单上的“File”，在下拉菜单中选中“SaveAs”选项单击，屏幕如下图所示，在“文件名”栏右侧的编辑框中，键入欲使用的文件名，同时，必须键入正确的扩展名。

注意，如果用Ｃ语言编写程序，则扩展名为（.c）；单击保存。

10）回到编辑界面后，单击“Target1”前面的“＋”号，然后在“SourceGroup1”上单击右键，弹出如下菜单然后单击“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”屏幕如下图所示

11）选中Test.c，然后单击“Add”屏幕好下图所示

12）单击“Project”菜单，再在下拉菜单中单击“”在下图中，单击“Output”中单击“CreateHEXFile”选项，生成十六进制代码

13）单击“编译”按钮，对源文件进行编译、链接、运行、若运行成功则会在保存工程中生成“.hex”

10.而对于Proteus进行生成

11.设计原理图

12.元件清单

数码管：

2只（分位）

电容：

2只

电阻：

9只

晶振：

1只

AT89C514:

一片

发光二极管（黄色）：

8只

开关：

1只

排阻（RESPACK-80）:

1只

13.程序如下

#include

#defineucharunsignedchar//定义无符号字符

#defineuintunsignedint//定义无符号整数

uchardisp[]={0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,

0x80,};

ucharBCD[]={0x80,0xf8,0x82,0x92,0x99,0xb0,0xa4,0xf9};

voiddelay（uint）;

voidmain（void）

{

uinti;

uchartemp;

while

（1）

{

temp=0x01;

for（i=0;i<8;i++）//8个流水灯逐个闪动

{

//P1=~temp;

//P2=disp[i];

P0=BCD[i];

//delay（50）;//调用延时函数

//temp<<=1;

}

temp=0x80;

//for（i=0;i<8;i++）//8个流水灯反向逐个闪动

//P1=~temp;

//P2=disp[i];

P0=BCD[i];

//delay（50）;//调用延时函数

//temp>>=1;

//}

temp=0xFE;

for（i=0;i<8;i++）//8个流水灯依次全部点亮

{

P1=temp;

P2=disp[i];

P0=BCD[i];

delay（50）;//调用延时函数

temp<<=1;

}

temp=0x7F;

for（i=0;i<8;i++）//8个流水灯依次反向全部点亮

{

P1=temp;

P2=BCD[i];

P0=disp[i];

delay（50）;//调用延时函数

temp>>=1;

}

}

}

voiddelay（uintt）//定义延时函数

{

registeruintbt,sd;

for（;t;t--）

for（bt=0;bt<255;bt++）

{

for（sd=0;sd<15;sd++）;

}}

14.设计的心得体会

三周的毕业设计结束啦，三周的毕业设计不仅让我更加巩固了我的学习知识，也培养了我如何看待一件事，如何去做好一件事，如何去完成一件事。

在这次设计中吃了很大的苦，由于在大一的时候C语言学的不怎么好，因此在单片机设计中遇到了许多麻烦，当老师布置下题目时，我直接去图书去借书，在里面找了许多书，借了许多资料。

在设计过程中，与同组同学分工合作，相互探讨，相互学习，共同学习。

更加学会做一件事要有清晰的步骤，学会理解，宽容，更要学会做人处世。

毕业设计顾名思义就是我们专业课程知识综合应用的实际训练。

是我们迈向社会，从事工作前的一个必不可少的过程。

此次课程设计让我受益匪浅，无论从知识方面还是其他的各方面。

在课堂上的学习从来没有这种感觉，只是从理论的角度感觉单片机特别乏味。

通过此次设计能够理论实践相结合，开阔眼界，提高单片机知识理解和水平。

在这次课程设计中又让我体会到合作与团队的力量，当然遇到不会的还有设计不懂的地方。

我们就会问老师。

通过自己努力和老师的精心指导下，终于把单片机的设计做了出来。

这次课程设计过程也让我们对自己的专业，和学习，工作的方向有了更清晰的认识。

这次设计我要由衷的感谢我的同学和老师，让我学到很多东西。

15.参考文献 

1） 张天凡等。

51单片机c语言开发完全手册。

北京：

电子工业出版社。

2008.6 

2） 江立，蔡骏等。

单片机原理与应用技术。

北京：

清华大学出版社。

2006. 

3） 潘新民，王燕芳。

微型计算机控制技术。

北京：

电子工业出版社。

2005.10 

4） 秦曾煌等。

电工学（电子技术）。

北京：

高等教育出版社。

2004.7 

5） 何书森 何华斌．实用电子线路设计速成 。

福州:

福建科学技术出版社  2004. 19-99. 

6） 周润景，王伟。

Altium Designer 原理图与PCB设计。

北京：

电子工业出版社。

2009.

7）李华．单片机实用接口技术[M]. 航空航天大学出版社. 2006. 

8）张鹏．王雪梅. 单片机原理与应用实例教程[M]. 海军出版社. 2007. 

9）赫建国等. 单片机在电子电路设计中的应用[M]. 清华大学出版社. 2005.  

10）赖麒文. 8051单片机C语言软件设计的艺术[M]. 科学出版社. 2004.