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毕业设计数字频率计论文
毕业设计6_数字频率计论文
数字频率计
河南工业职业技术学院
毕业设计说明书
专业：
电子信息技术__班级：
05352__________姓名：
许娜_题目：
_数字频率计__指导教师：
胡应占______
数字频率计
前言…………………………………………………………………….3摘要…………………………………………………………………….4
1.芯片介绍………………………………………………………........4
1.110116……………………………………………………..4
1.274HC04…………………………………………………..4
1.3562………………………………………………………..5
1.474HC74………………………………………………......5
1.5AT89C51…………………………………………………5
2.统概述……………………………………………………………..8
2.1频率计定义………………………………………………....8
2.2系统的组成…………………………………………………8
2.3处理方法……………………………………………………8
3.系统硬件设计……………………………………………………...9
3.1信号预处理…………………………………………………9
3.1.1滤波、衰减、补偿…………………………………..9
3.1.2放大电路……………………………………………..9
3.2波形转换电路……………………………………………..10
3.3整形及分频电路………………………………………….11
3.4单片机复位电路…………………………………………..12
3.5单片机小系统电路………………………………………..13
3.6显示部分…………………………………………………..13
3.6.1显示电路…………………………………………...13
3.7整机工作原理……………………………………………..16
4.系统软件框图…………………………………………………….16
4.1系统软件框图……………………………………………..16
4.2数据处理过程…………………………………………….17
4.3单片机源程序……………………………………………..17
5.对单片机的优缺点进行分析…………………………………….26
6.对本设计的改进意见…………………………………………….26
7.数字频率计原理图……………………………………………….27
8.参考文献………………………………………………………….29
9.结束语………………………………………………………...30
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数字频率计
前言
数字频率计在电子、通讯等领域中的实验、研究开发、生产用途非常的广泛，它可以由逻辑电组成，也可以用单片机控制。
我们知道，计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路这四个发展阶段。
目前，计算机正在向着巨型化、微型化、网络化和智能化等几个方向发展。
作为微型计算机的重要分支，自1971年世界第一片微处理器芯片INTER4004研制成功以来，单片机技术也随之迅速发展起来。
而现在单片机技术作为一个非常有发展前景的计算机技术，其应用已经遍及越来越多的领域。
单片机实际上是在半导体集成技术发展到一定程度，结合计算机技术的发展而出现的。
自1976年Intel公司推出MCS—48系列8位单片机后，1980年Intel公司又推出了MCS—51系列高档8位单片机。
所谓的单片机就是将计算机的CPU、存储器、I/O接口电路、定时器/计数器、中断部件等计算机的功能部件集成在一块芯片上，形成单芯片的、具备独特功能的微型计算机。
因该芯片具有计算机所必须具备的基本部件，因此，单片机实际上就是一个简单的微型计算机。
它的抗干扰能力强，工作温度范围宽，有很高的可靠性，控制功能强，指令系统比通用微机的指令系统简单，具有很高的性价比。
因为逻辑电路组成的频率计，结构复杂，组装、调试比较麻烦；由单片机控制的频率计，数据采集、计算、译码及量程的自动转换，都可以由CPU来完成，简化了电路，提高了系统的可靠性。
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数字频率计
摘要
本设计是以AT89C51为核心的单片机设计，在单片机设计中应用单片机的数字运算和控制功能实现了量程的自动切换，满足了时间要求和精度要求。
1芯片介绍
1．110116
10116是一个三运算放大器，带有正、反输出端，逻辑图及引脚功能如下：
引脚图
1．274HC04
74HC04为六反相器
Y=/A
引脚图
4
数字频率计
1．3562
在本计数计中，562主要用于构成64分频的分频器，原理如下图：
1．474HC74
74HC74是一双D型正沿触发器，带预和清除端，其引脚及功能如下：
说明：
*为不稳定
引脚图
D触发器在这里主要是分频，它的这种接法是一种二分频的接法，对经过562分频的信号再一次分频，进一步降低它的频率，提高单片机的测量范围。
1．5AT89C51
单片机的管脚排列图，各管脚的功能，关于此单片机的介绍
AT89c2051与Intel的51系列兼容。
内部集成二个A/D转换器。
它是一个带有4KB可编程只读存储器（EEPROM）的低压高性能8位CMOSE微型计算机。
它用ATMEL的高密非易失存储技术制造，并和工业标准MCS—51指
5
数字频率计
令集和引脚结构兼容。
通过在单块芯片上组合通用的CPL1和Flash存储器，使AT89C51成为一强劲的微型计算机。
它为许多嵌入式控制应用提供了高度灵活和成本低的解决办法。
1.主要性能
和MCS-51产品兼容。
4KB可重编程Flash存储器。
耐久性：
1000次写/擦除。
2.7~6V的操作范围。
全静态操作：
0Hz~24MHz。
2级加密程序存储器。
128*8位内部RAM。
32条可编程I/O引线。
2个16位定时器/计数器。
6个中断源。
可编程串行UART通道。
直接LED驱动输出。
片内模拟比较器。
低功耗空载和掉电方式。
6
数字频率计
2.引脚功能说明AT89C51的引脚结构
4039383736353433323130
292827262524232221
AT89C51引脚
（1）Vcc电源端。
（2）GND：
接地端。
（3）P1口：
P1口是一8位双向I/O口。
引脚P1.2~P1.7提供内部上拉电阻。
7
数字频率计
P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。
P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流，并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入“1”时，可用作输入端。
当引脚P1.2~P1.7用作输入端并被外部拉低时，将因内部的上拉电阻而输出电流（IIL）。
P1口还在Flash编程和程序效验期间接收代码数据。
（4）3口：
P3口的P3.0~P3.5，P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O引脚。
P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号，并且作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口引脚写入“1”时，它们被内部
（1）
作输入端时，被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而输出电流
（IIL）。
P3口还用于实现AT89C2051的各种功能，如表2-6所列。
P3口还接收一些用于Flash存储器编程和程序效验的控制信号。
（5）RST：
复位输入。
RST一旦变成高电平，所有的I/O引脚就复位到“1”。
当振荡器正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
（6）XTAL1：
作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
（7）正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
（8）XTAL1：
作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
（9）XTAL2：
作为振荡器反相放大器的输出。
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数字频率计
2．统概述
2．1频率计定义
频率计为一秒时间内信号变化的次数。
数字频率计就是在一秒标准时间内测出信号变化的次数，然后以数字的形式显示出来。
2．2系统的组成
频率计是以89c51、信号预处理电路、波形转换电路、波形整形及分频电路、复位看门狗电路、CPU电路、显示电路和系统软件所组成,其中信号预处理电路包含衰减、低通滤波、高频补偿、其作用是对强信号的衰减；测量低频信号时，对高频进行滤除；测量高频时进行补偿；对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求。
波形转换电路主要由10116及外围元件组成，实现把正负交替的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号;波形整形由74HC04、562、74HC74、及外围元件等组成，复位电路由1161组成，用于保证系统的可靠运行。
CPU用Atmel公司的AT89C51芯片。
显示电路由16*2字符型带背光液晶显示模块1602组成。
系统硬件框图如图1所示。
图1系统硬件框图
系统软软件用汇编语言编写，包括测量初始化模块、显示模块、信号频率测量模块。
2．3处理方法
本频率计的设计以AT89C51单片机为核心，利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。
单片机AT89C51内部具有2个16位定时/计数器，定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。
在构成为定时器时，每个机器周期加1（使用12MHz的时钟时，每1us加1），这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。
在构成为计数器时，在相应的9
数字频率计
外部引脚发生从1到0的跳变时计数器加1，这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。
外部输入每个机器周期被采样一次，这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期（24个振荡周期），所以最大计数速率为时钟频率的1/24（使用12MHz的时钟时，最大计数速率为500kHz）。
定时/计数器的工作由响应的运行控制位TR控制，当TR置1，定时/计数器开始计数；当TR清0，停止计数。
为提高频率稳定度，本电路采用24M温度补偿晶振，其最大计数为500KHZ，本频率计测频范围为1Hz到500KHZ,待测信号经放大、变换、整形后，一路直接送AT89C51的P3.7口，首先T0为定时，T1为计数，闸门时间1S采用硬件及软件结合方法实现，计数值用三字节存放，经十六进制到BCD码的变换后送显示。
3．系统硬件设计
3．1信号预处理
信号预处理电路包括滤波、衰减、补偿、放大。
3．1.1滤波、衰减、补偿
待测信号经0.47uF的隔直通交电容耦合过来，当输入的信号电压较高时可按下琴键K1衰减，输入的电压信号可达到125V，当输入的信号频率较低时，按下琴键K2，经低通滤波减小干扰信号对后级的影响，信号经高频补偿电路进入放大电路。
3．1.2放大电路
放大部分采用场效应管，静态功耗低，而且放大之前有稳压二极管保护电10
数字频率计
路，可以对输入的电压进行嵌位，防止输入到CMOS的电压过高。
由于采用零偏置，当输入信号为零或者为负时，场效应管夹断，当输入信号为正电压时，场效应管导通，零偏置放大器将正负交替的输入信号变成单向脉冲信号，使得输入信号在一个周期内，产生一个脉冲信号，以便于对其计数。
3．2波形转换电路
采用差动输入，提高输入阻抗和共模抑制比，输入端提供偏置，使信号预处理电路出来的脉冲信号通过，信号经放大变为幅度足够大的方波脉冲或近似于方波脉冲的信号送波形整形电路。
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数字频率计
3．3整形电路
由波形转换电路输出的方波信号。
从波形转换出来的信号，经74HC04整形后去除毛刺又经施密特反相器74HC14整形变为与标准的TTL/CMOS电平兼容的方波
3．4单片机复位电路
单片机复位电路
当单片机死机或挂起的时候，在1.6秒以内计算机就不会给1161脉冲，这时复位电路就会给单片机以复位信号，使单片机重新开始工作。
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数字频率计
3．5单片机小系统电路
VCC
单片机小系统
单片机工作电源为5.0V，C3和R1构成单片机的复位电路，每一次
上电开机复位一次。
Y1和C1C2构成单片机的晶振电路，C1C2使高频旁路滤波电容。
单片机没有外接存储器，所以31脚接高电平。
3．6显示部分3．6．1显示电路
16x2字符型带背光液晶显示模块液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
这里介绍的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等.外形尺寸：
PCB外形：
36.4*80毫米液晶屏金属黑框：
34.2*72毫米
1602采用标准的16脚接口，其中:
13
数字频率计
第1脚：
VSS为地电源第2脚：
VDD接5V正电源
第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15～16脚：
空脚
1602
602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如表1所示，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”.
14
数字频率计
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令:
它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
（说明：
1为高电平、0为低电平）
指令1：
清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置
指令2：
光标复位，光标返回到地址00H
指令3：
光标和显示模式设置I/D：
光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:
屏幕上所有文字是否左移或者右移。
高电平表示有效，低电平则无效
指令4：
显示开关控制。
D：
控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：
控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：
控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁
指令5：
光标或显示移位S/C：
高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标
指令6：
功能设置命令DL：
高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：
低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:
低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符（有些模块是DL：
高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）
指令7：
字符发生器RAM地址设置
指令8：
DDRAM地址设置
指令9：
读忙信号和光标地址BF：
为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。
指令10：
写数据
指令11：
读数据
15
数字频率计
DM-162液晶显示模块可以和单片机AT89C51直接接口，电路如图1所示。
16
数字频率计
3．7整机工作原理
待测信号经预处理电路之后，变成直流脉冲信号，经波形转换电路变换，信号变成削顶的脉冲信号，此时的信号已近似于方波脉冲，从波形转换早路出来的信号分成两路，一路直接经过整形，变成方波脉冲，送到AT89C51的P3.7端；AT89C51首先对P3.7端进行计数，则直接将结果显示出来，单位为Hz.
4．系统软件的组成
4．1系统软件框图
结构框图
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数字频率计
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、显示模块和信号频率测量模块等各种功能模块组成（见图4）。
上电后,进入系统初始化模块,系统软件开始运行。
在执行过程中,根据运行流程分别调用各个功能模块完成频率测量、测量结果显示。
4．2数据处理过程
计数值用三个字节来存储，经十六进制到BCD码的转换，本频率计测频范围为1Hz到500KHZ,待测信号经放大、变换、整形后，一路直接送AT89C2051的P3.7口，首先T0为计数器，T1为定时器，控制闸门时间为1秒，闸门时间1S采用硬件及软件结合方法实现，计数值用三字节存放，经十六进制到BCD码的变换后送显示。
4.3单片机源程序
BEEPBITP3.7
LCD_RSBITP2.0
LCD_RWBITP2.1
LCD_ENBITP2.2
LCD_XEQU3FH;LCD地址变量
TIMER_HEQU30H;定时器高位字节单元
TIMER_LEQU31H;定时器低位字节单元
TIMCOUNTEQU32H;时间中断数
INT_GEQU35H;中断计数缓冲单元高地址
INT_HEQU34H;中断计数缓冲单元中地址
INT_LEQU33H;中断计数缓冲单元低地址
T_SEQU36H;数据显示低位
T_MEQU37H;数据显示中位
T_HEQU38H;数据显示高位
T_GEQU39H;数据显示最高位
;----------------------------------------------------------ORG0000H
JMPMAIN;主程序开始
ORG000BH
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数字频率计
JMPTIMER_INT;定时器T0中断服务程序ORG001BH;定时器T1中断服务程序JMPTIMER1
ORG0030H
;----------------------------------------------------------MAIN:
MOVSP,#60H;设置SP指针
LCALLPRO_SET;初始化
CALLSET_LCD
LCALLTIM_T0
;-----------------------------------------------------------;LCD1602是慢速显示器件，故100MS显示一次。
;-----------------------------------------------------------MAIN1:
MOVR5,40
MAIN2:
ACALLDELAY1;3ms
DJNZR5,MAIN2
ACALLSBIN_SBCD
CALLCONV
JMPMAIN1
;------------------------------------------------------------;T1计数器中断服务子程序
;计T1计数器溢出次数
;------------------------------------------------------------TIMER1:
INC2AH
RETI
;------------------------------------------------------------;初始化程序
;------------------------------------------------------------PRO_SET:
MOVA,#00H
MOVB,#00H
MOV2AH,A
MOVP0,#0FFH
MOVP1,#0FFH
MOVP2,#0FFH
MOVINT_H,#00H
19
数字频率计
MOVINT_L,#00H
MOVINT_G,#00H
MOVT_S,#00H
MOVT_H,#00H
MOVT_M,#00H
MOVT_G,#00H
MOVTIMCOUNT,#00H
MOVTIMER_H,#04CH;定时50MS
MOVTIMER_L,#10H;
CLRBEEP
SETBP3.5;P3.5端口置输入状态
RET;T1（TIMER1的外部输入脚）;-----------------------------------------------------;LCD初始化设置
;-----------------------------------------------------SET_LCD:
CLRLCD_EN
CALLINIT_LCD;初始化LCD
CALLDELAY1
MOVDPTR,#INFO1;指针指到显示信息1MOVA,#1;显示在第一行
CALLLCD_SHOW
MOVDPTR,#INFO2;指针指到显示信息2MOVA,#2;显示在第二行
CALLLCD_SHOW
RET
;-----------------------------------------------------INFO1:
DB"CYMOMETER",0;LCD第一行显示信息INFO2:
DB"FREQ:
HZ",0;LCD第二行显示信息;-----------------------------------------------------;LCD接口初始化
;8位I/O控制
;-----------------------------------------------------INIT_LCD:
MOVA,#38H;双列显示，字形5*7点阵CALLWCOM
CALLDELAY1
MOVA,#38H;双列显示，字形5*7点阵20
数字频率计
CALLWCOM
CALLDELAY1
MOVA,#38H;双列显示，字形5*7点阵CALLWCOM
CALLDELAY1
MOVA,#0CH;开显示，关光标，CALLWCOM
CALLDELAY1
MOVA,#01H;清除LCD显示屏
CALLWCOM
CALLDELAY1
RET
;----------------------------------------------------LCD_SHOW:
;在LCD的第一行或第二行显示信息字符
CJNEA,#1,LINE2;判断是否为第一行
LINE1:
MOVA,#80H;设置LCD的第一行地址CALLWCOM;写入命令
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