数字频率计的设计.docx

1、数字频率计的设计 题目数字频率计的设计 系 别 电子电气工程系 姓 名xxx 学 号xxxxxxxxxxxx 专 业自动化 2011年6月14日摘要： 在电子技术中，频率是一个经常用到的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。本项目主要阐述了以AT89C52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计一个简易数字频率计，以达到测量频率并进行显示的目的。本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时，把单片机内部的定时/计数器0作为定时器，实现2.5ms定时。外部待测脉冲从单片机的TI（第15引脚）输入，以定时/计数器1作为计数器，利用中断

2、方式来达到间接测量的目的。最后采用四位数码管显示。本设计采用C语言进行软件编程，用keil软件进行调试。最后把调试成功后的程序固化到AT89C52单片机中，接到预先焊好的电路板上，接上待测脉冲，通电运行，数码管成功显示待测脉冲频率。关键词：单片机；频率计；AT89C52目 录1 项目综述 111 设计要求 112 系统设计 1121 框图设计 1123 知识点 12 硬件设计 22.1 电路原理图 22.2 元件清单 22.3 主要芯片引脚说明 32.3.1 AT89C52引脚说明 32.3.2 74LS244引脚说明 43 软件设计 43.1 程序流程图 43.2 软件设计简述 53.3 程

3、序清单 64 系统仿真及调试 94.1 硬件调试 104.2 软件调试 105 结果分析 10总结 10参考文献 11附页 1 21 项目综述 在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。本项目主要阐述了选择AT89C52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计一个简易数字频率计测量频率并进行显示。11 设计要求 基于AT89C52单片机简易频率计的设计要求如下：(1) 测量范围。幅度：0.55V；频率：1Hz1MHz.(2) 测试误差0.1%。(3) 用4位数码管显示。当频率变化时，能通过数码管及时看到变化后的信

4、号频率。12 系统设计121 框图设计 基于AT89C52单片机简易频率计的电路主要由数码管显示电路、复位电路、晶振电路、电源电路等几部分组成，系统框图如图3.1所示。图3.1 基于AT89C52单片机简易频率计系统框图123 知识点本项目需要通过学习和查阅资料，掌握和了解如下知识：1) +5V电源原理及设计。2) 单片机复位电路工作原理及设计。3) 单片机晶振电路工作原理及设计。4) 频率信号发生器的特性及使用。5) 驱动电路74LS244的特性及使用。6) AT89C52单片机引脚结构及功能。7) 单片机C语言程序设计方法。2 硬件设计2.1 电路原理图基于AT89C52单片机简易频率计电

5、路原理图如图2-1所示。图2-1 基于AT89C52单片机简易频率计电路原理图2.2 元件清单基于AT89C52单片机简易频率计元件清单如表2-1所示。表2-1 基于AT89C52单片机简易频率计元件清单元件名称型号数量/个用途单片机AT89C521控制核心晶振12MHz1晶振电路电容30pF2晶振电路电解电容10uF/10V1复位电路电阻10k1复位电路驱动器74LS2441LED驱动非门74LS041位选信号数码管2位共阴1显示电路按键1复位电路电源+5V/0.5A1提供+5V2.3 主要芯片引脚说明2.3.1 AT89C52引脚说明AT89C52为40脚双列直插封装8位通用微处理器，采用

6、工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。AT89C52 共有6 个中断向量：两个外中断（INT0 和INT1），3 个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。AT89C52引脚图如下：图2-2 AT89C52引脚图主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和V

7、SS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。P1，P2，P3是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。2.3.2 74LS244引脚说明74LS244可以让输入的数据保持比较长的时间，简单输入接口扩展通常使用的典型芯片为74LS244，由该芯片可构成三态数据缓冲器。74LS244芯片的引脚排列如下图所示：图2-3 74LS244引脚图74LS244芯片内部共有两个四位三态缓冲器。3 软件设计 本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时。待测信号由单片机的TI中断来间接测量。定时/计数器0定时2.5ms

8、中断并对中断次数进行计数，当2.5ms中断次数计到40次即0.1s时，查看定时/计数器1上的计得的数值，经过计算得到的待测信号的频率值，放入显示缓冲区，由数码管进行显示。3.1 程序流程图 主程序流程图如图3-1所示。图3-1 主程序流程图3.2 软件设计简述1）利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时。2）待测信号由单片机的TI（第15引脚）中断来间接测量。3）采用12MHz晶振，机器周期为1us4）定时/计数器0工作方式：定时方式，工作方式1，每次定时2.5ms。 实现2.5ms定时算法： （3-1） 即TH0=0xf6，TL0=0x3c 5）定时/计数器1工作方式：计数方式，工作方式

9、1。当2.5ms中断次数计到40次即0.1s时，查看定时/计数器1上的计得的数值 。6）通过公式： （3-2） 可以计算出脉冲频率。 最后的数据以KHz单位，采用四舍五入的方法保留一位小数。7）显示采用四位共阴LED数码管，用单片机P0口的8位控制数码管的8段二极管的明暗。用P2口的P2.0P2.1作为2位数码管的选通信号，采用从低到高逐位扫描的方法。3.3 程序清单基于AT89C52单片机简易频率计程序清单如下：#includebit timeint0,timeint1;unsigned char dispbuf4;unsigned int period;unsigned int timec

10、ount=0;unsigned int count_1s;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /7段数码管代码表HEX_TO_BCD(unsigned int n) /十六进制数转BCD码子程序，/将BCD码送至显示缓存数组 unsigned char i; /当显示的频率超出范围，显示EE报错 if (n100) for(i=0;i2;i+) dispbufi=0x0e; else dispbuf1=(n/10)%10

11、; /取出十位字节 dispbuf0=n%10; /取出个位字节 void scandisp(void) /显示子程序，/将显示缓存数组中的BCD码扫描并显示在数码管上 unsigned char posi=0x01; unsigned char i,j,temp; for(i=0;i2;i+) /依次选中2个数码管 temp=dispbufi; /查出字码 if(i=1) for(j=0;j200;j+) P2=posi; P0=temp|0x80; else for(j=0;j200;j+) P2=posi; P0 =temp; /依次点亮字位 posi40) count_1s=0; /每

12、0.1s对计数器1所计数值进行统计 timecount=TH1*256+TL1; TH1=0; TL1=0; /精确到小数点后1位，以KHz为单位 period=timecount/10; /四舍五入显示 if(timecount%10)4) period+; timecount=0; HEX_TO_BCD(period); void timer1(void) interrupt 3 /定时器1中断服务程序，溢出后中断 TH1=0x00; TL1=0x00;void main(void) /主函数 /初始化 INIT_TMR1INT(); while(1) /显示子程序 scandisp();

13、 4 系统仿真及调试 应用系统设计完成之后，就要进行硬件调试和软件调试，软件调试可以利用开发及仿真系统进行。4.1 硬件调试 硬件调试的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。先排除硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。一般原则是先静态后动态。 利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中各器件以及引脚是否连接正确，是否有短路故障。 先将单片机AT89C52芯片取下，对电路板进行通电检查，通过观察看是否有异常，是否有虚焊的情况，然后用万用表测试各电源电压，若这些都没有问题，则接上仿真机进行联机调试，观察各接口电路是否正常。4.2 软件调试 软件调试是利用仿真工具进行在线仿真调试，除发现和解决程

14、序错误外，也可以发现硬件故障。本设计采用的调试软件是keil。程序调试时，先是一个模块一个模块地进行，一个子程序一个子程序地调试，最后联起来统调。当程序调试无误后，就可以用在系统编程器将程序固化到AT89C52的FLASH ROM中。5 结果分析 把电路按要求接好，接上待测脉冲信号，插上电源即可测量出待测脉冲信号的频率。本设计利用实验室提供的单片机实验箱上的脉冲信号进行测试，当接入的脉冲信号为0.25MHz时，可以看到数码管上的显示值为259.4KHz；当接入的脉冲信号为0.5MHz时，可以看到数码管上的显示值为508.3KHz。经计算，测量值都在误差允许范围内，因此符合设计要求，本设计成功完

15、成预期目标。总结经过一个星期的努力和老师的耐心指导，终于顺利完成了此次的单片机课程设计。整个过程可以说就是一个不断发现问题和解决问题的过程，虽然有点累，但收获颇多。通过此次的单片机课程设计，我学到了许多以前在课本上学不到的东西，同时也把以前学到的理论知识运用到了此次的课程设计中，很好地加强了我在单片机方面的知识，特别是在中断处理部分。整个调试程序的过程让我对keil软件有了更深一步的了解。并且，此次的课程设计也很好地锻炼了我的动手能力，让我能够发现问题，积极开动脑筋去解决问题，同时也让我对硬件有了进一步的了解。课程设计是培养我们综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决问题的实际能力，锻炼实践能

16、力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考查过程。这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只掌握书上的理论知识是远远不够的，而应该把所学的理论知识与实践相结合，把理论运用与实践，从实践中验证理论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，为以后踏入社会打下基础。在设计的过程中不免会遇到一些问题，通过老师和同学的帮助，以及去图书馆查找资料，终于把问题都解决了，在解决问题的过程中，我发现自己的不足之处，同时也巩固了所学的知识。参考文献1 李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础.北京：北京航天航空大学出版社，2007.62 扬居义.单片机课程设计指导.北京：清华大学出版社，2009.93 张义和，陈敌北.例说8051.北京：人民邮电出版社，2006.14 求是科技.单片机典型模块设计实例导航.北京：人民邮电出版社，2004.55 周兴华.手把手教你学单片机C程序设计.北京：北京航空航天大学出版社，2007.10附页 1总电路图