简易数字频率计论文.docx

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简易数字频率计论文

一、设计内容及要求

设计一个简易计数器。

该计数器能够接收函数信号发生器产生的信号，频率测量的功能。

其功能为：

能够显示至少6位数码；可以记忆10个测量的历史数据，且能够随时查看。

扩展：

具有周期测量、频率测量和时间间隔测量的功能；可以用键盘选择上述三种功能之一。

设计要求有具体的硬件电路和软件实现，方案切实可行，使用简单方便。

2、设计原始资料

三、设计完成后提交的文件和图表

1．计算说明书部分

说明具体实现过程，方案等，相关计算等

2．图纸部分：

相关电路原理图、软件流程图、系统框图和源程序等

四、进程安排

12月7日发题目；12月7日----12月8日查找资料，讨论。

12月8日----12月16日具体设计。

12月16日----12月18日论文撰写。

12月18日上交论文。

5、主要参考资料

李全利主编《单片机原理及接口技术（第二版）》高等教育出版社2009.04

康华光主编.《电子技术基础（第四版）》北京高等教育出版社，1999

基于51单片机的数字频率计

第1节引言

本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。

并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。

在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。

全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。

关键词：

数字频率计、信号、周期、显示、记忆

1.1数字频率计概述

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内变化的物理量。

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。

本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率。

测量范围从15.28Hz—1MHz的方波，用单片机实现自动测量功能。

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。

它以测量半周期的方法方波的频率进行自动的测量。

1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算

频率测量仪的设计思路主要是：

对信号分频，测量一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频率的大小。

若被测量信号的周期为，分频数m1，分频后信号的周期为T，则：

T=m1Tx。

T=NTo

（注：

To为标准信号的周期，所以T为分频后信号的周期，则可以算出被测量信号的频率f。

）

由于单片机系统的标准频率比较稳定，而是系统标准信号频率的误差，通常情况下很小；而系统的量化误差小于1，所以由式T=NTo可知，频率测量的误差主要取决于N值的大小，N值越大，误差越小，测量的精度越高。

1.3基本设计原理

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。

它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。

若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。

其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。

时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。

闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。

秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。

由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。

第2节数字频率计（低频）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、LED显示模块。

2.2系统工作原理图

该系统工作的总原理图如图所示：

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。

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）。

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，主要控制两大硬件模块，量程切换以及显示模块。

第3节软件设计

主要能过编写软件来控制硬件完成以下各模块的功能：

3.1数码管及程序初始化

3.2子程序“显示”部分

3.3进制转换（十六进制转换成十进制）

3.4延时子程序

3.5存取的功能

3.6LED显示的功能

第4节结束语

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。

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，会被经常使用到。

通过本次课程的设计，不但加深我对在课程上所学到的单片机理论知识的认识和理解，重新让自己认识到了这门学科的在应用方面的广阔前景，并且通过知识与应用于实践的结合更加丰富了自己的知识。

扩展了知识面，不但掌握了本专业的相关知识，而且对其他专业的知识也有所了解，而且较系统的掌握单片机应用系统的开发过程，因而自身的综合素质有了全面的提高。

经过这次一个较完整的产品设计和制作过程，对于认识到自己在知识方面存在的不足，明确今后的学习方向是非常有益的，为将来的的就业提前打了下坚实的基础。

在设计过程中，得到了我的指导老师的悉心指导与帮助，还有其他和同学的大力支持和协助，在此一并表示衷心的感谢。

参考文献

李全利主编《单片机原理及接口技术（第二版）》高等教育出版社2009.04

康华光主编.《电子技术基础（第四版）》北京高等教育出版社，1999

附录程序：

LED1EQU0000H

LED2EQU2000H

LED3EQU4000H

LED4EQU6000H

LED5EQU8000H

LED6EQU0A000H

ORG0000H

MOVR0,#40H

MOVR4,#00H

AJMPMAIN

ORG0013H

LJMPMC

ORG0200H

MAIN:

MOVTMOD,#09H

MOVTH0,#00H

MOVTL0,#00H

SETBIT1

SETBEA

SETBEX1

L1:

JBP3.2,L1

SETBTR0

L2:

JNBP3.2,L2

L3:

JBP3.2,L3

CLRTR0

MOV10H,TL0

MOV11H,TH0

MOV30H,TL0

MOV31H,TH0

CLRCY

MOVA,30H

ADDCA,30H

MOV30H,A

MOVA,31H

ADDCA,31H

MOV31H,A

MOV32H,#00H

CALLBCD

MOV32H,R1

MOV31H,R2

MOV30H,R3

CALLDISP

LCALLD10ms

LJMPMAIN

LJMP$

DISP:

MOVA,32H

PUSHACC

ANLA,#0F0H

SWAPA

MOVDPTR,#CODE_P0

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#LED1

MOVX@DPTR,A

POPACC

ANLA,#0FH

MOVDPTR,#CODE_P0

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#LED2

MOVX@DPTR,A

MOVA,31H

PUSHACC

ANLA,#0F0H

SWAPA

MOVDPTR,#CODE_P0

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#LED3

MOVX@DPTR,A

POPACC

ANLA,#0FH

MOVDPTR,#CODE_P0

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#LED4

MOVX@DPTR,A

MOVA,30H

PUSHACC

ANLA,#0F0H

SWAPA

MOVDPTR,#CODE_P0

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#LED5

MOVX@DPTR,A

POPACC

ANLA,#0FH

MOVDPTR,#CODE_P0

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#LED6

MOVX@DPTR,A

RET

MA:

MOVR0,#40H

MOVR4,#00H

LJMPME

MC:

JNBP1.0,DV1

JNBP1.1,DV2

DV1:

MOVA,#10

MOV@R0,10H

INCR0

MOV@R0,11H

INCR0

INCR4

SUBBA,R4

JZMA

LJMPME

DV2:

MOV32H,#00H

DECR0

MOV31H,@R0

DECR0

MOV30H,@R0

MOVA,30H

ADDCA,30H

MOV30H,A

MOVA,31H

ADDCA,31H

MOV31H,A

CALLBCD

MOV32H,R1

MOV31H,R2

MOV30H,R3

CALLDISP

CALLD_1S

JBP1.2,$

ME:

RETI

BCD:

MOVR1,#0

MOVR2,#0

MOVR3,#0

MOVR7,#24

BY:

MOVA,30H

RLCA

MOV30H,A

MOVA,31H

RLCA

MOV31H,A

MOVA,32H

RLCA

MOV32H,A

MOVA,R3

ADDCA,R3

DAA

MOVR3,A

MOVA,R2

ADDCA,R2

DAA

MOVR2,A

MOVA,R1

ADDCA,R1

DAA

MOVR1,A

DJNZR7,BY

RET

D_1S:

MOVR6,#100

D_10:

CALLD10ms

DJNZR6,D_10

RET

D10ms:

MOVR5,#10

D1ms:

MOVR4,#249

DL:

NOP

NOP

DJNZR4,DL

DJNZR5,D1ms

RET

CODE_P0:

DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H

DB80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH

END