单片机课程设计简易频率计数器.docx
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单片机课程设计简易频率计数器
单片机课程设计
简易频率计数器
1.实验目的
1.要求学生具有制作调试单片机最小系统及外设的能力，能够掌握单片机内部资源的使用。
2.熟练掌握焊接技术的基础上，能熟练使用单片机软件开发环境KeilC51编程调试，并使用STCISP调试工具采用串口下载方式联调制作的单片机最小系统。
二、实验要求
自制一个单片机最小系统，包括串口下载、复位电路，采用外部计数器T0或T1作为外部频率输入，外部频率由信号源提供，计算出来的频率显示在四位一体的数码管上。
三、实验器材
89C54RD芯片（与89c51芯片管脚和指令共用，只是内部存储单元有差异）一个，晶振一个，电容3个，电阻3个，12个10千欧姆电阻，4位一体共阴数码显示管一个，按钮1个，导线若干。
四、实验原理
1．芯片介绍
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1.主要特性：
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
2.管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个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：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的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：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器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）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
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）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3.振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
4.芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
2、最小系统电路的组成
由电源、复位及振荡电路、四位一体数码管显示电路、按钮及LED电路。
复位及振荡电路
复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。
电阻给电容充电，电容的电压缓慢上升直到vcc，到vcc时芯片复位脚近似低电平，于是芯片复位，接近vcc时芯片复位脚近高电平，于是芯片停止复位，复位完成。
AT89C51系列单片机为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。
按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。
使用6MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。
如下图所示
数码管显示电路
利用单片机的T0,T1计数定时器功能，来完成对输入信号进行率计数，计数结果通过4位动态数码管显示出来，能对0到9999HZ的方波信号频率进行准确计数。
如下图所示
3、软件设计
根据设计项目所需功能，我们先进行初始化，在待机状态下，采集频率。
然后检测是否有按钮按下，若按钮按下，则数码管显示所采集的频率，再按下键0时则不显示。
系统实现所有功能，其程序框图如图所示。
4、设计源程序
#include
bitint_flag;//定时器0,1S到标志位
unsignedcharvolatileT0Count;//定时器0的中断次数
unsignedcharvolatileT1Count;
unsignedcharcodetable[]//定时器1的中断次数
={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//显示段码值为123456789
unsignedcharcodetemp[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//数码管选通
unsignedlongsum;//1S内脉冲总个数
unsignedcharLed[4];//Led显示缓存
voiddelay（unsignedintnum）{//软件延时
while（--num）;//定时器0初始化
}
voidinit（void）{
TMOD=0x51;//T1定时器0工作于方式1，定时器1计数
TH0=（65536-50000）/256;//定时50ms
TL0=（65536-50000）%256;
TH1=0x00;
TL1=0x00;
}
voiddisp（void）{//数码显示
unsignedchari;
for（i=0;i<4;i++）
{
P2=temp[i];//片选
P0=table[Led[i]];//取数据显示
delay（100）;//延时1毫秒
}
}
voidmain（void）{
EA=1;//开总中断
init（）;//初始化定时器
TR0=1;//定时器开始工作
TR1=1;
ET1=1;//开T0中断
ET0=1;
while
（1）{
if（int_flag==1）{
int_flag=0;
sum=TL1+TH1*256+T1Count*65536;//计算1S内脉冲个数
//将数据格式化，转化成可显示的BCD码
Led[3]=sum%10000/1000;//显示千位
Led[2]=sum%1000/100;//显示百位
Led[1]=sum%100/10;//显示十位
Led[0]=sum%10;//显示个位
T0Count=0x00;
T1Count=0;
TH1=0x00;
TL1=0x00;
TR1=1;
}
disp（）;
}
}
voidint_t0（void）interrupt1{
TH0=（65535-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
T0Count++;
if（T0Count==20）{
TR1=0;
int_flag=1;
T0Count=0x00;
}
}
voidint_T1（void）interrupt3{
T1Count++;
5、设计仿真图
输入正弦波频率为1324HZ的仿真情况；
输入方波频率为4216HZ的仿真情况；
6、实物图（未上电）
六、实验结果分析
在实验电路板验收的时候，对于给定的输入信号，数码管显示的频率示数与实际信号源给定的频率有大约20HZ的偏差，产生偏差的原因可能有：
1.电路电容的选取不恰当；2.焊接电路板的时候，因为操作不恰当，某些焊点的焊接不到位；3.实际器件与仿真所用到的的元件有差别。
七、心得体会
通过这次课程设计，我熟悉了KeilC51编程与PROTUSE的使用，对单片机的使用有了更深刻的了解，在焊接与测试过程中要有大局观，注意布局和布线。
频率计的设计让我更好的了解如何应用单片机的定时器计数器模块。
其中最重要的是分析问题解决问题的能力，在我看来，写程序并不难，重要的是把程序优化，无论是在节省硬件资源，还是提高数据的准确度来看，都需要下一些功夫把它做到最好。
通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
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