单片机数显计时系统.docx
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单片机数显计时系统
江西学院
毕业设计说明书（论文）
课题名称单片机数显计时系统
专业班
学生姓名学号
指导老师技术职称
2014年12月31日
毕业设计（论文）任务书
学生姓名班级
1.毕业设计（论文）题目单片机数显计时系统2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求：
要求能够对0－25KHZ的脉冲信号频率进行准确计数，计数误差不超过±2HZ。
计数的频率结果通过6位动态数码管显示出来。
3.毕业设计（论文）工作内容及完成时间：
本课程设计主要任务是设计一个频率计数器，其主要功能如下：
利用AT89C51单片机的T0、T1的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过6位动态数码管显示出来。
要求能够对0－25KHZ的信号频率进行准确计数，计数误差不超过±2HZ。
日期：
自20年12月21日至20年3月31日
指导老师评语：
指导老师系主任
目录
一、前言--------------------------------------
1.1、课程设计任务------------------------------------
1.2、课程设计任务完成要求----------------------------
1.3、设计目的---------------------------------------
二、方案提出与论证-----------------------------
2.1频率测量原理与方法--------------------------
三、系统硬件设计------------------------------
3.1电路原理图总图-------------------------------------
3.1.1电源供电电路-------------------------------------
3.1.2单片机时钟电路----------------------------------
3.1.3单片机复位电路-----------------------------------
3.1.4显示及驱动电路-----------------------------------
3.2AT89C51单片机芯片的功能及其参数-----------------
四、系统软件设计------------------------------
4.1软件流程图-----------------------------------------
4.2程序调试及误差分析---------------------------------
五、元器件明细表------------------------------
六、总结-------------------------------
前言
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。
1.1、课程设计任务
任务要求:
1、要求能够对0－25KHZ的脉冲信号频率进行准确计数，计数误差不超过±2HZ。
2、计数的频率结果通过6位动态数码管显示出来。
分析：
本课程设计主要任务是设计一个频率计数器，其主要功能如下：
利用AT89C51单片机的T0、T1的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过6位动态数码管显示出来。
要求能够对0－25KHZ的信号频率进行准确计数，计数误差不超过±2HZ。
1.2、课程设计任务完成要求
1、根据题目要求设计控制系统。
2、完成硬件系统的制作。
3、完成软件的编写及调试（先用PROTEUS软件仿真）。
4、完成的控制系统能达到题目的要求。
1.3、设计目的：
A、熟悉和掌握51单片机的原理、结构和应用；
B、用PROTEL进行电路的设计,进一步了解相关软件的功能以及设计的一些规则;
C、熟悉用C语言进行程序设计的一般方法、步骤和应用；
D、积极发扬团队精神和集体荣誉感，互相协作、互相帮助；
E、熟悉电路的调试的接线方法和调试方法及其原理
F、锻炼自己的实践和动手能力，为以后能更快的投入工作而做准备；
二、方案提出与论证
2.1频率测量原理与方法
方案一：
直接测频法。
把被测频率信号经过脉冲形成电路后加到闸门的一个输入端，只有在闸门开通时间1秒内，被计数的脉冲被送到计数器进行计数。
设计数器的值为N，由频率定义式计算得到被测信号频率为f＝N/T=N。
方案二：
测量周期法。
将被测量信号经过过零检测后转换成方波信号，利用单片机查询两个下降沿，在此期间根据晶体振荡器产生的时钟经过12分频的脉冲送计数器进行计数，设计数值为N，送入计数器的时钟周期为T,则得被测量信号的周期值为NT，然后取其倒数即为被测量信号的频率（1/NT）。
理论上分析：
采用直接测频法在测量低频段信号时的相对测量误差较大，但在高频段测量信号的频率有较高的精度。
如果采用测频法测量低频段频率信号，要想提高精确度，势必会大幅度增加闸门开通时间T，时效性较差。
相反，采用测量信号周期然后取其倒数的方法在低频段测量时精度很高。
但是本题目要求误差为±2HZ，经过试验分析，加上必要的软件编程的措施，可以直接用高频的测法，在高频段，误差与示波器的显示频率基本一致，低频时，误差小于±0.5HZ，满足题目的要求！
52单片机中断的进入都是需要一定的时间的，如果我们没有把这个考虑进去，直接进行软件的设计，误差达到了±20HZ。
不满足题目的要求！
因而在编程的时候，把中断事件也考虑进去！
这样可以使得误差减小！
三、系统硬件设计
3.1电路原理图总图
3.1.1电源供电电路
3.1.2单片机时钟电路
如图所示是采用内部振荡方式使8052单片机产生时钟信号，在单片机芯片的X1和X2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个电容构成稳定的自激振荡电路，其中电容对振荡频率起微调作用。
晶振频率为12MHZ。
3.1.3单片机复位电路
复位是单片机的初始化操作。
其功能是使CPU从0000H单元开始执行程序。
除了使系统正常初始化外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。
如图为按键手动复位方式，通过复位端经电阻和电源+5V接通实现复位功能，兼备上电复位功能。
3.1.4显示及驱动电路
共阳四位LED数码管
三极管放大电路
10K上拉电阻驱动电路
该系统采用两个四位LED共阳极显示器动态显示6位数。
当某一字段发光二极管的阴极极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
要使数码管正常发光一般都要加驱动电路，不加驱动电路是很暗的（特别是共阴极数码管）。
经计算本次设计需采用上拉电阻+三极管放大器来驱动整个发光电路，在三极管基极加以分压限流电阻，以防止数码管因电流过大而烧坏。
确保了试验器件的安全。
3.2AT89C51单片机芯片的功能及其参数
AT89C51是一个有40个引脚的芯片，引脚配置如下图所示。
与8031相比，AT89C51自带4K的ROM和128B的RAM，因此编写中小型系统就无需任何硬件进行扩展。
AT89C51引脚配置
AT89C51芯片的40个引脚功能为：
VCC：
电源电压。
GND：
接地。
RST：
复位输入。
当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡放大器的输出。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
P0口：
8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
8位双向I/O口。
引脚P1.2～P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。
P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1”后，可用作输入。
在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。
P2口：
带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
引脚P3.0～P3.7为带内部上拉的双向I/0引脚。
P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。
P3口也可用作特殊功能口，其功能见表1。
P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。
表3-1P3口特殊功能
P3口引脚
特殊功能
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外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
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）
四、系统软件设计
4.1软件流程图
1设计思路及原理
单片机当工作方式寄存器TMOD的C/T位=1时为计数方式，多路开关与定时器0的外部引脚连通，外部计数脉冲由引脚输入。
当外部信号由1至0跳变时，计数器加1，此时T0成为外部事件的计数器。
由于确认一次由1至0的跳变要用24个振荡器周期，所以所设计计数器的最高计数频率为单片机时钟频率的1/24。
1）定时/计数器T0和T1的工作方式设置，T0是工作在计数状态下，对输入的频率信号进行计数，但对工作在计数状态下的T0，最大计数值为fOSC/24，由于fOSC＝12MHz，因此：
T0的最大计数频率为250KHz。
所以对于设计要求即测量范围为0～～25KHZ是完全满足的。
对于频率的概念就是在一秒只数脉冲的个数，即为频率值。
所以T1工作在定时状态下，每定时1秒中到，就停止T0的计数，而从T0的计数单元中读取计数的数值，然后进行数据处理。
送到数码管显示出来
2）T1工作在定时状态下，最大定时时间为65ms，达不到1秒的定时，所以采用定时50ms，共定时20次，即可完成1秒的定时功能。
因此每次放入定时器1的初值为TH1=65536/256,TL1=65536%256.
3）工作方式的确定。
首先，两个定时器都采用软件启动定时器，都工作在16位计数器状态，即方式1，所以TMOD的高四位和低四位的GATE=0，M1M0=01；定时器1用于定时，所以D6位=0，定时器0用于技术，所以D3位=1。
所以TMOD=0x15.控制方式寄存器TCON的相应位在程序中确定。
编写并调试好的程序如下：
#include
unsignedcharcodedispbit[]={0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01};
unsignedcharcodedispcode[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};
unsignedchardispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,10,10};
unsignedchartemp[8];
unsignedchardispcount;
unsignedcharT0count=0;
unsignedchartimecount=0;
unsignedintdelay_count=0;
bitflag;
unsignedlongx;
voidmain（void）
{
unsignedchari;
TMOD=0x15;//定时器1为定时模式定时器0为技术模式
TH0=0;
TL0=0;
TH1=（65536-50000）/256;//50ms定时
TL1=（65536-50000）%256;
TR1=1;//定时器1开
TR0=1;//定时器0开
ET0=1;//定时器中断开
ET1=1;
EA=1;//中断开
while
（1）
{
//P2=dispcode[9];
if（flag==1）//如果1S定时到
}
flag=0;
x=T0count*65536+TH0*256+TL0;//1S脉冲计数总量
for（i=0;i<8;i++）
{
temp[i]=0;
}
i=0;
while（x/10）
{
temp[i]=x%10;//取个位
x=x/10;
i++;
}
temp[i]=x;
for（i=0;i<6;i++）
{
dispbuf[i]=temp[i];//取各个位码
}
timecount=0;
T0count=0;
TH0=0;
TL0=0;
TR0=1;
}
delay_count++;
if（delay_count>=100）//计时变量大于等于100时清零
{
delay_count=0;
P0=0xff;//
P2=dispcode[dispbuf[dispcount]];
P0=dispbit[dispcount];
dispcount++;
if（dispcount>=6）//如果位数大于6位
}
dispcount=0;
voidt0（void）interrupt1using0
{
T0count++;//脉冲计数溢出
}
voidt1（void）interrupt3using0
{
TH1=（65536-50000）/256;//重装计时器
TL1=（65536-50000）%256;
timecount++;
if（timecount>=20）
}
TR0=0;
timecount=0;
flag=1;//1S定时到，标志位置1
}
4.2程序调试及误差分析
写好程序后用protues仿真。
第一次仿真结果为：
在低频时测得的数据很准确，在5khz以上开始有误差，且随着频率的上升，误差增大。
当信号频率为25khz时，误差为+77hz。
分析了一下程序觉得T1重装次多太多造成计数时间偏大是误差的主要原因。
修改了程序，让T0从原来的每次定时5ms，定时1s重装200次变为每次定时50ms，定时1s重装20次后，第二次仿真。
误差大大减小，为+5hz。
此时，误差还是不能满足要求。
在程序中加以下几个语句if（（x>12000）&&（x<18000））x=x-1;elseif（（x>18000）&&（x<20000））x=x-2;
elseif（（x>20000）&&（x<30000））x=x-3;来减小较高频时的误差。
虽然觉得这样不合理，不过这样处理后，误差真的减了好多。
满足了设计的初始要求。
六、元器件明细表
名称
型号参数
数量
STC89C52带底座
1套
4X共阳极数码管
2个
晶振
12M
1个
电容
30pf、104pf
2个
电解电容
10uf
1个
小按键
2个
电阻
10k
1个
8X排阻
10k
2个
8050三极管
8个
收获和体会
我认为，在这次的毕业设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，更重要的是，在实验中，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这样我们才能成为一名合格的大学生。
我们在这过程中遇到很多困难，不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。
完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。
很少有人会一步登天吧。
永不言弃才是最重要的。
而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在设计结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。
而团队合作也是当今社会最提倡的。
相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。
我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。
只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！
To us, happiness equals success!
快乐至上，享受过程，而不是结果！
认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在实时测量技术试验上学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！
致谢
非常感谢老师在课程设计中给予了我很多的指导。
老师从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到说明书定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。
为了帮助我们开拓视角，在我遇到困难的时候给予我最大的支持和鼓励。
老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。
再多华丽的言语也显苍白。
在此，谨向易老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
感谢电子信息工程系的老师们为我们精心选题，让我们在这次课程设计中有所得。
感谢我的伙伴们，我们在这次课题上能够团结一致，共同分析电路的问题，才能使这次课程设计顺利完成。
最后要感谢学院给我提供了一次很好的实践机会，在这次课程设计期间，无论是从技术上还是从对环境的适应能力上来讲，都对我今后的学习打下了一个良好的基础。
由于本次课程设计时间紧促，再加上我的能力有限，设计做的不是很完美，有些功能都没有实现，希望老师在今后的学习生活中给予我多加教育指导。
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