频率计实验报告.docx
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频率计实验报告
频率计实验报告
一，实验目的
1.应用AT89S52单片机、单片机的I/O端口外扩驱动器74HC573和74HC138、LED数码管动态显示等实现对外部信号频率进行准确计数的设计。
二，实验要求
A.基本要求：
使用单片机的定时器/计数器功能，设计频率测量装置。
（1）当被测频率fx<100Hz时，采用测周法，显示频率XXX.XXX；当被测频率fx>100Hz时，采用测频法，显示频率XXXXXX。
（2）利用键盘分段测量和自动分段测量。
（3）完成单脉冲测量，输入脉冲宽度范围是100µs-0.1s。
B.扩展部分：
三，实验基本原理
以单片机AT89S52为核心，利用单片机AT89S52的计数/定时器（T1和T0）的功能来实现频率的计数，并且利用单片机的动态扫描把测出的数据送到数字显示电路显示。
利用7SEG-MPX8-CC-BLUE共阴极数码管，显示电路共由六位共阴极数码管组成，总体原理框图如图1.1所示。
图1.1总体设计框图
测频原理
测量频率有测周法和测频法两种。
如图2.2和图2.3所示
图1.2测周法图1.3测频法
（1）测频法（T法）：
通过测量脉冲宽度来确定频率，适用于高频。
（2）测周法（M法）：
是计数器在一定时间内对速度的脉冲数，确定频率，适用于低频。
四，实验设计分析
针对要实现的功能，采用AT89S52单片机进行设计，AT89S52单片机是一款低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8KB在线可编程（ISP）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-52指令系统及80C52引脚结构。
这样，既能做到经济合理又能实现预期的功能。
在程序方面，采用分块设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，又能便于添加各项功能。
延时程序等。
运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配会出现意想不到的错误。
首先，在编程之前必须了解硬件结构尤其是各引脚的用法，以及内部寄存器、存储单元的用法，否则，编程无从下手，电路也无法设计。
这是前期准备工作。
第二部分是硬件部分：
依据想要的功能分块设计设计，比如输入需要开关电路，输出需要显示驱动电路和数码管电路等。
第三部分是软件部分：
先学习理解汇编语言的编程方法再根据设计的硬件电路进行分块的编程调试，最终完成程序设计。
第四部分是软件画图部分：
设计好电路后进行画图，包括电路图和仿真图的绘制。
第五部分是软件仿真部分：
软硬件设计好后将软件载入芯片中进行仿真，仿真无法完成时检查软件程序和硬件电路并进行修改直到仿真成功。
第六部分是硬件实现部分：
连接电路并导入程序检查电路，若与设计的完全一样一般能实现想要的功能。
最后进行功能扩展，在已经正确的设计基础上，添加额外的功能！
五，实验要求实现
A.电路设计
1.整体设计
此次设计主要是应用单片机来设计频率计，硬件部分主要分以下电路模块：
显示电路用8个共阴数码管显示频率，通过动态扫描进行显示，从而避免了译码器的使用，同时节约了I/0端口，使电路更加简单。
单片机采用AT89S52系列，这种单片机应用简单，适合频率计设计。
电路的总体设计框架如下：
2.分块设计
模块电路主要分为：
输入部分、输出部分、复位和晶振电路。
2.1输入部分
输入信号主要是信号发生器发出，由按键控制。
以下为输入部分样例：
在本实验中主要用用P3口输入按键信号，还用到了特殊的P0口。
对于P0口，由于其存在高阻状态，为了实现开关功能，给其添加上拉电阻，具体如下图所示：
2.2输出部分
本电路的输出信号为8段共阴极数码管的位选和段选信号。
本实验的数码管是共阴的（为了防止段选信号不能驱动数码管，故在P1口连接上拉电阻后，再送段选信号，以提高驱动，图中未画出），位选信号直接从P2口接入，如下图：
各模块拼接组合，电路总体设计图如下：
B.程序设计
B.1程序总体设计
本实验用汇编程序完成.
程序总的流程图如下：
结合电路图，程序设计的整体思路为：
频率计开始工作或者完成一次频率测量，系统软件都进行测量初始化。
测量初始化模块设置堆栈指针（SP）、工作寄存器、中断控制和定时／计数器的工作方式。
定时／计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率。
首先定时／计数器的计数寄存器清0，运行控制位TR置1，启动对待测信号的计数。
计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值（即测量频率的高量程）开始测量，计数闸门结束时TR清0，停止计数。
计数寄存器中的数值经过数制转换程序从十六进制数转换为十进制数。
判断该数的最高位，若该位不为0，满足测量数据有效位数的要求，测量值和量程信息一起送到显示模块；若该位为0，将计数闸门的宽度扩大10倍，重新对待测信号的计数，直到满足测量数据有效位数的要求。
定时／计数器的工作被设置为定时器方式，定时／计数器的计数寄存器清0，在判断待测信号的上跳沿到来后，运行控制位TR置为1，以单片机工作周期为单位进行计数，直至信号的下跳沿到来，运行控制位TR清0，停止计数。
系统软件设计采用模块化设计方法。
整个系统由初始化模块，信号频率测量模块，自动量程转换和显示模块等模块组成。
系统软件流程图如上图所示。
B.2程序主要模块
B.2.1中断服务子程序
T0中断服务子程序流程如图4.2所示。
测频时,定时器T0工作在定时方式,每次定时50mS,则T0中断20次正好为1秒,即T0用来产生标准秒信号。
定时器T1用作计数器,对待测信号计数,每秒钟的开始启动T1,每秒钟的结束关闭T1。
B.2.2显示子程序设计
显示子程序将存放在显示缓冲区的频率或周期值送往数码管上显示出来,由于所有6位数码管的8根段选线并联在一起由单片机的P0口驱动74HC573控制,因此,在每一瞬间6位数码管会显示相同的字符,要想每位显示不同的字符就必须采用扫描方法轮流点亮各位数码管,即在每一瞬间只点亮某一位显示字符,在此瞬间,段选控制口P0输出相应字符。
由AT89S52单片机P2.0-P2.2口驱动74HC138逐位轮流点亮各个数码管,每位保持1mS,在10mS～20mS之内再点亮一次,重复不止,利用人的视角暂留,好像6位数码管同时点亮。
数码管显示子程序流程如图4.4所示。
图4.4显示子程序流程图
B.2.3量程转换程序
使用定时方法实现频率测量时，外部的待测信号通过频率计的预处理电路变成宽度等于待测信号周期的方波，该方波同样加至定时／计数器的输入脚。
工作高电平是否加至定时／计数器的输入脚；当判定高电平加至定时／计数器的输入脚，运行控制位TR置1，启动定时／计数器对单片机的机器周期的计数，同时检测方波高电平是否结束；当判定高电平结束时TR清0，停止计数，然后从计数寄存器读出测量数据。
由显示电路显示测量结果，根据测量结果判断，进行频率计比较后，进行档位的自动切换，具体档位自动切换流程图如图4.5所示。
C.程序调试及仿真
本程序通过Keil单片机开发平台实现程序的编译，链接，生成HEX文件。
程序再编译过程中可以发现错位，并及时改正，在设计时非常重要，使错误被扼杀在摇篮中。
通过Keil和硬件仿真平台Proteus的联合，可以将设计效果仿真出来，根据效果，有目的的改变设计，优化程序。
c.1利用Keil软件实验过程截图：
1，建一个工程，并设定与Proteus仿真相关的参数
2，编译程序，并生成HEX文件
c.2利用Proteus仿真实验过程截图：
1.大于110Hz测频法调用XXXXXX档
2.小于110Hz测周法调用XXX.XXX档
五.实验总结及感想
只有通过亲自实践，动手去做，才能真正掌握这些知识，也让我对以前学习的模电知识有了形象的理解。
经过这次单片机课程设计，我从一个单片机实践的门外汉，已经越升为略知一二的新手。
虽然还有很多有关单片机的应用有待学习，但万变不离其宗，只要深入了解单片的原理，全部知识点，各个细节，一切设计皆有可能。
不懂得要问问同学，更要学会上网找资料，一般网上的程序什么的都不可能符合要求，但是可以学习细节方面，实现方法，和主要思想。
做实验时还有一个感觉，就是决定要做了，就要下决心立马开始，不要说我先上会网、看会视频什么的，如果那样做的话，很可能接下来什么实验都没研究，浪费了一下午。
做事要有决心，绝对不要偷懒，其实投入做实验的话还是很有意思。
实验中遇到了不少问题，接下来总结一下，共同探讨。
本次设计用到的主要芯片是AT89S52。
单片机用到的是P0口、P1口和P2口，P0口必须接上拉电阻，5v供电电压；
通过此次设计，我知道了基于单片机的数字频率计数器的工作流程，并自学了protel软件的使用方法。
领会单片机的使用，模电知识的应用，当然，最大的收获是尝试自主学习，自主查资料，这对以后的很多学习、特别是工作有很大的帮助，也算是一个经历吧。
以下为具体实现程序段：
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineulongunsignedlongint
//tab1段选；tab2位选;tab3带小数点的段选
ucharcodetab1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
ucharcodetab2[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
ucharcodetab3[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};
ulongnum,t1,temp;
//uchar;
bitmode=0,autoo=1;//mode模式，0测频法，1测周法，autoo表示手动调节还是自动调节
voiddelay（uchar）;//延时函数声明
voiddisplay（ulong）;//显示函数声明
voidinit（）;//初始化函数声明
/***********主函数*****************/
voidmain（）
{
init（）;//调用初始化函数
while
（1）
{
if（P2==0xee）//第一个键被按下，选择手动模式还是自动模式
{
while（P2==0xee）;
autoo=!
autoo;
}
if（autoo==0）//手动模式
{
if（P2==0xed）//第二个键被按下，选择测频法还是测周法
{
while（P2==0xed）;
mode=!
mode;//切换测频率模式
temp=0;
t1=0;
if（mode==0）//模式0，开启定时器1
{
ET1=1;
TR1=1;
}
else//模式1，关闭定时器1
{
ET1=0;
TR1=0;
}
}
}
display（num）;
}
}
/*********初始化函数*********/
voidinit（）
{
TMOD=0x10;//定时器1选择为模式1
EA=1;//开总中断
EX0=1;//开外部中断0
IT0=1;//下降沿触发
ET1=1;//开定时器1中断
TR1=1;//定时器1开始工作
TH1=（65536-50000）/256;//设置高八位的初值
TL1=（65536-50000）%256;//设置低八位的初值
P2=0xef;
}
/***********显示函数*************/
voiddisplay（ulongn）
{
ucharqw,bw,sw,wan,qian,bai,shi,ge;//分别表示千万位、百万位...
qw=n/10000000;//得到千万位的数字
bw=n/1000000%10;//得到百万位的数字
sw=n/100000%10;
wan=n/10000%10;
qian=n/1000%10;
bai=n/100%10;
shi=n/10%10;
ge=n%10;
P0=tab2[0];//显示千万位
P1=tab1[qw];
delay
（1）;
P0=tab2[1];//显示百万位
P1=tab1[bw];
delay
（1）;
P0=tab2[2];//显示十万位
P1=tab1[sw];
delay
（1）;
P0=tab2[3];//显示万位
P1=tab1[wan];
delay
（1）;
if（mode==1）//测周法
{
P0=tab2[4];
P1=tab3[qian];//千位带小数点显示
delay
（1）;
}
else
{
P0=tab2[4];
P1=tab1[qian];//测频法千位不带小数点显示
delay
（1）;
}
P0=tab2[5];//显示百位
P1=tab1[bai];
delay
（1）;
P0=tab2[6];//显示十位
P1=tab1[shi];
delay
（1）;
P0=tab2[7];//显示个位
P1=tab1[ge];
delay
（1）;
}
/***********延时函数****************/
voiddelay（ucharz）
{
ucharx,y;
for（x=0;xfor（y=0;y<110;y++）;
}
/*********外部中断0函数***********/
voidexter0（）interrupt0
{
if（mode==1）
{
if（temp==1）
{
TH1=（65536-1000）/256;
TL1=（65536-1000）%256;
ET1=1;
TR1=1;
t1=0;
}
if（temp==5）//计数为4
{
num=4000000/t1;//num为频率的1000倍，这样可有三位小数
temp=0;
ET1=0;//关闭定时器1中断
TR1=0;//停止定时器1
if（autoo==1）//可自动调节
{
if（num>=110000）
{
mode=0;
ET1=1;//开启定时器1中断
TR1=1;//定时器1开始工作
}
}
}
}
temp++;
}
/*************定时器1中断函数***********/
voidt1time（）interrupt3
{
if（mode==1）
{
TH1=（65536-1000）/256;
TL1=（65536-1000）%256;
}
t1++;
if（mode==0）
{
TH1=（65536-50000）/256;//设置高八位的初值
TL1=（65536-50000）%256;//设置低八位的初值
if（t1==20）//定时1ms
{
t1=0;//清零
num=temp;//得到频率
if（autoo==1）//自动调节模式
{
if（num<110）//频率小于110Hz，选用测周法
{
mode=1;
ET1=0;//关闭定时器1中断
TR1=0;//定时器1停止工作
}
}
temp=0;//计数清零
}
}
}
以上就是实验中遇到的主要问题，基本上都找到了相应的解决之道。
整个实验的过程就是一个解决问题的过程，每天都解决一些问题，我的实验也就解决了，当然结果不重要，功利化的追求结果，会使人浮躁，还是享受那份疑难迎刃而解的快感吧！
附件：
A.Proteus电路图
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