频率计 单片机实训报告.docx
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频率计单片机实训报告
《单片机原理及应用》实训报告
学号
姓名
指导教师：
2012年10月18日
实训题目：
频率计
1系统设计
1.1设计要求
1.1.1设计任务
使用555产生矩形波信号，输入到单片机进行测量频率。
1.1.2性能指标要求
1设计测频电路中波形产生部分硬件电路；
2根据测频法和测周法的优缺点选择并切换频率测量的方法.
3数码管显示频率测量的结果
4选作：
其他特殊功能。
1.2设计思路及设计框图
1.2.1设计思路
测试频率有两种方法，测周法与测频法，低频适用于测周法，高频适用测频法。
1测周法：
通过测量被测信号的周期的倒数得到频率，选用适当的时基，以被测信号作为计数的闸门进行测量，得到闸门内的计数值，与时基相乘即为被测信号的周期，周期的倒数即为频率。
该法适合测量频率低的信号。
2测频法：
通过频率的定义即单位时间的脉冲数，得到被测信号的频率。
选用适当的时基，如1秒，以此作为计数闸门，得到闸门内的计数值即为信号的频率。
该法适合测量频率高的信号。
外部的频率信号由单片机的外部中断0输入。
时基信号由内部定时器0产生，定时器1产生中断用来数码管的动态扫描。
测周法的实现：
外部中断由下降沿触发，第一次触发，打开定时器0，第二次触发关闭定时器，读出定时时间，即为周期，再转换成频率进行显示。
测频法的实现：
当第一个中断来临，打开定时器0，定时一秒，一秒的过程中，对中断次数进行统计，一秒后，停止计数，此时的数据即为频率。
555构成多谐振荡器电路。
输出高电平时间，及电容充电的时间0.693*（Ra+Rb）C；
输出低电平的时间，及电容放电时间0.693*Rb*C；
总的周期T=0.693*（Ra+2Rb）C；
占空比：
q=（Ra+Rb）/（Ra+2Rb）；
由给定器件可知，两个滑阻若为0，则Ra=1K，Rb=1k，c=1uf，最小的周期为：
2.079*10E-3.
则最大的频率为1/2.079*10E-3=481HZ
最大周期：
0.693*（501000+2*501000）*1E-6=1.041s
最小的频率为1/1.041=0.96HZ;
该电路产生周期的范围是1hz到481hz
1.2.2总体设计框图
2各个模块程序的设计
主函数：
用于测频法测周法的切换
voidmain（）
{
initial（）;
while
（1）
{
if（freq<=20）
{
cal_t（）;
}
else
{
cal_f（）;
}
}
}
数码管的显示：
uchara=0xfe;
ucharb=4;
ucharseg[10]={0xd7,0x14,0xcd,0x5d,//0~3
0x1e,0x5b,0xdb,0x15,//4~7
0xdf,0x5f
};
voiddisplay（）
{
P0=a;
P2=seg[num[b-1]];//b由于硬件原因如此循环
a=a<<1|0x01;
b--;
if（b==0）
{
a=0xfe;
b=4;
}
}
频率的拆分计算：
voidtakeout（uintf）
{
num[3]=f/1000;
num[2]=f/100%10;
num[1]=f/10%10;
num[0]=f%10;
}
复位操作：
voidreset（）
{
EX0=0;
TR0=0;
freqnum=0;
ms_0_1=0;
ms_10=0;
s=0;
time=0;
}
测周法程序设计：
voidcal_t（）
{
EX0=1;
while（freqnum==0）
{
}
while（freqnum==1）
{
TR0=1;
if（ms_0_1）
{
time++;
ms_0_1=0;
}
if（time==10000）
{
freq=1;
reset（）;
return;
}
}
freq=10000/time;
takeout（freq）;
reset（）;
}
测频法程序设计：
voidcal_f（）
{
EX0=1;
TR0=1;
while（s==0）
{
}
freq=freqnum;
takeout（freq）;
reset（）;
}
3调试过程
在调试过程中遇到了一些问题：
在频率测试到400hz时频率会跑飞，经过思考，是每次显示之前我都进行了一次频率的拆分，百位十位个位的计算，这个非常的消耗时间。
分析，并不是每次显示都需要计算，而是测试结束后只需计算一次就可以了。
所以把计算部分独立出来，写了takeout函数。
改正后显示正常。
数码管闪烁，之前使用延时的方法进行数码管动态显示。
由于计算，测频需要一定延时，导致数码管的延时时间加长会出现闪烁。
于是，数码管的动态扫描改为中断方式。
并且程序尽可能的执行效率较高，对计算测频不产生影响。
在调试555时，3脚示波器波形输出不是方波，于是测试2脚的波形，2脚正常，经过查找原因，是滑阻调的太大。
导致频率太低，将其调小后，频率升高，示波器可以测试正常。
4功能测试
4.1测试仪器与设备
示波器
4.2性能指标测试
由于555的电路原因产生的频率的范围是1hz到481hz，经测试与示波器比对，该频率计测试范围2hz到512hz。
4.3误差分析
测周法与测频法我都做了同步的处理，误差主要在单片机计时的所用的振荡源上面。
但是这个误差在1us完全可以忽略。
5实训心得体会
本次实训让我对程序的编写又有了进一步的认识。
画好流程图，有明确的思路非常有助于程序的编写。
我采用至上而下的编写方式完成。
在测频方面的算法方面我做了同步处理，使得误差减小。
本次由于是洞洞板焊接，我没有画pcb图，但是花了连线草图。
仍需要精心布局，尽量减少跳线。
在测试方面，熟练使用了示波器测试555，根据原理测试2,3脚的的波形，很快调试正常，是我明白通过懂得原理才能更好的上手。
6参考文献
喻宗泉．单片机原理与应用技术，西安科技大学出版社，2008年。
附录
附录1：
仿真图
附录2:
程序清单
#include"global.h"
#include"seg.h"
#include"isr.h"
#include"compute.h"
ucharh;
uchark;
voidmain（）
{
initial（）;
while
（1）
{
if（freq<=20）
{
cal_t（）;
}
else
{
cal_f（）;
}
}
}
#include"seg.h"
#include"isr.h"
#include"compute.h"
uchara=0xfe;
ucharb=4;
ucharseg[10]={0xd7,0x14,0xcd,0x5d,//0~3
0x1e,0x5b,0xdb,0x15,//4~7
0xdf,0x5f
};
voiddisplay（）
{
P0=a;
P2=seg[num[b-1]];//b由于硬件原因如此循环
a=a<<1|0x01;
b--;
if（b==0）
{
a=0xfe;
b=4;
}
}
#include"isr.h"
#include"seg.h"
#include"compute.h"
/*
定时器初始化
定时器0,产生时间脉冲：
0.1ms（用于测周法的基准时间）10ms（用于动态扫描数码管）1s（用于测频法的时间阀门）
*/
uchari,j;
ucharms_0_1,ms_10,s;
uintfreqnum;
ucharctime;
uchardistime;
ucharcount;
voidinitial（）
{
TMOD=0x12;//8位重装模式
TH0=0x9c;
TL0=0x9c;//产生0.1ms的时间脉冲
TH1=0xec;
TL1=0x78;
ET0=1;
ET1=1;
TR1=1;
IT0=1;//下降沿触发
EA=1;
}
voidtime_pulse（）interrupt1//产生0.1ms，10ms，1s三种脉冲
{
ms_0_1=1;
i++;
if（i==100）
{
ms_10=1;
i=0;
j++;
}
if（j==100）
{
s=1;
j=0;
}
}
voidfrequence（）interrupt0
{
freqnum++;
}
voiddisp（）interrupt3//10ms
{
TH1=0xec;
TL1=0x78;
/*count++;
if（count==5）
{
ctime=1;
}
distime=1;*/
display（）;
}
#include"compute.h"
#include"isr.h"
#include"seg.h"
uintfreq;
uinttime;
ucharnum[4];
voidtakeout（uintf）
{
num[3]=f/1000;
num[2]=f/100%10;
num[1]=f/10%10;
num[0]=f%10;
}
voidreset（）
{
EX0=0;
TR0=0;
freqnum=0;
ms_0_1=0;
ms_10=0;
s=0;
time=0;
}
voidcal_t（）
{
EX0=1;
while（freqnum==0）
{
}
while（freqnum==1）
{
TR0=1;
if（ms_0_1）
{
time++;
ms_0_1=0;
}
if（time==10000）
{
freq=1;
reset（）;
return;
}
}
freq=10000/time;
takeout（freq）;
reset（）;
}
voidcal_f（）
{
EX0=1;
TR0=1;
while（s==0）
{
}
freq=freqnum;
takeout（freq）;
reset（）;
}
#ifndef_GLOBAL_H_
#define_GLOBAL_H_
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#include
#endif
#ifndef_SEG_H_
#define_SEG_H_
#include"global.h"
externvoiddisplay（）;
#endif
#ifndef_ISR_H_
#define_ISR_H_
#include"global.h"
externucharms_0_1,ms_10,s;
externuintfreqnum;
externucharctime;
externuchardistime;
externvoidinitial（）;
#endif
#ifndef_COMPUTE_H_
#define_COMPUTE_H_
#include"global.h"
externuintfreq;
externucharnum[4];
externvoidcal_t（）;
externvoidcal_f（）;endif;
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