单片机频率计课程设计报告.docx

1、单片机频率计课程设计报告 贵州大学课程设计 任务要求运用所学单片机原理、模拟和数字电路等方面的知识，设计出一个数字频率计。数字频率计要求如下：1）能对050kHz的信号频率进行计数； 2）频率测量结果通过4位数码管显示（十进制）。二、课程设计应完成的工作 1）硬件部分包括微处理器（MCU）最小系统（供电、晶振、复位）、频率测量和数码管显示部分；2）软件部分包括初始化、频率计算、显示等；3）用PROTEUS软件仿真实现；4）画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图；内容摘要1.数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器

2、。2. 采用12 MHz的晶体振荡器的情况下，一秒的定时已超过了定时器可提供的最大定时值。为了实现一秒的定时，采用定时和计数相结合的方法实现。选用定时计数器TO作定时器，工作于方式1产生50 ms的定时，再用软件计数方式对它计数20次，就可得到一秒的定时。 贵州大学课程设计 第1节 引言本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计

3、系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。1.1数字频率计概述数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。 1.2任务分析与设计思路 频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。在本次设计使用的AT89C51单片机，本身

4、自带有定时器和计数器，单片机的T0、T1两个定时/计数器，一个用来定时，另一个用来计数，定时/计数器的工作由相应的运行控制位 TR 控制 ,当 TR置 1 ,定时/ 计数器开始计数 ;当 TR 清 0 ,停止计数 。在定时1s里，计数器计的脉冲数就是频率数，但是由于1s超过了AT89C51的最大定时，因此我们采用50ms定时，在50ms内的脉冲数在乘以14就得到了频率数，在转换为十进制输出就可。 贵州大学课程设计 第2节 硬件系统设计2.1 系统组成框图 2.2晶振电路和复位电路 XTAL1与XTAL2管脚接两个22pF电容和12 MHz晶振构成时钟电路。RST管脚接10 k电阻，20 F电容

5、上电复位电路。 贵州大学课程设计 2.3 单片机与译码显示选择单片机AT89C51是因为有编程灵活、易调试的特点，而且AT89C51的引脚较多，利于电路的展。它集成了CPU，RAM，ROM，定时器计数器和多功能I0口等一台计算机所需的基本功能部件，有40个引脚，32个外部双向输入输出(IO)端口，同时内含两个外中断口，两个16位可编程定时计数器，两个全双工串行通信口。还提供了对程序进行加密保护的功能。P1端口与74HC4511译码器，输出待显示的个位与十位的数据。P2端口也与74HC4511译码器连接，输出频率计的百位和千位。P3端口连接信号输入电路。 74HC4511译码器是4线七段译码驱动

6、器，在设计中用它来译码并且驱动数码显示管来显示数值，一共需要4个74HC4511。数码管是由若干发光二极管组成显示的字段，当二极管导通时相应的一段发光，控制不同组合的二极管导通，就可以显示出各种字符。对于共阴级显示管，将所有二极管的阴极连接在一起，公共端3、8接低电平，当某个字段的阳极接高电平时，对应的字段就点亮。设计中需要用到4个七段显示数码管，用来显示频率的数值2.3 输入信号为验证本设计的频率计的准确性与快速性，采用三个不同频率的信号源。第3节 系统的软件构成 3.1 程序流程图 贵州大学课程设计 3.2 初始化 ORG 0000H AJMP START ORG 0600HSTART:

7、MOV TMOD , #51H MOV TH0 , #3CH MOV TL0 , #0B0H MOV IE ,#82HMOV TH1 , #00HMOV TL1 , #00HSETB TR0SETB TR1采用12 MHz的晶体振荡器的情况下，一秒的定时已超过了定时器可提供的最大定时值。为了实现一秒的定时，采用定时和计数相结合的方法实现。选用定时计数器TO作定时器，工作于方式1产生50 ms的定时，再用软件计数方式对它计数20次，就可得到一秒的定时。 贵州大学课程设计 将定时器计数器的方式寄存器TMOD，用软件赋初值51H，即01010001B。这时定时器计数器1采用工作方式1，方式选择位CT

8、设为1，即设T1为16位计数器。定时器计数器O采用工作方式1，CT设为0，即设TO为16位定时器。,所以T0初值为3CB0H.3.3 频率计算LOOP:SJMP $ ；等待中断ORG 000BH ；入口地址AJMP BTR0ORG 0080HBTR0:CLR TR1 ；停计数CLR TR0MOV A,TH1CJNE A,#01H,NEXT1 ；判断TH1的计数是否大于01H，（500十六进制为01F4H）SJMP NEXT2NEXT1:JC BEGIN JNC NEXT4NEXT2:MOV A,TL1 CJNE A,#0F4H,NEXT3 ；等于则比较TL1的计数值和#0F4的大小 SJMP

9、NEXT4NEXT3:JC BEGIN JNC NEXT4NEXT4:MOV A,#99H ；大于01F4H则输出9999 MOV P1,A MOV P2,A 由于定时50ms，采用4位显示，最大显示频率是9999，因此50ms里最大计数为500，否则显示不准确，500的十六进制为01F4H,当计数器的高八位大于01时，计数值大于500超过最大显示，即直接显示9999，档高八位等于01时，在判断第四位TL1与F4H的大小，大于或等于也直接显示频率9999，小雨时在进行十进制转换，当高八位小于01时，在跳转到十六进制转换到十进制的程序中，再显示出来。 贵州大学课程设计 3.4 十六进制转为十进制

10、算法设十六进制数为 bbbb（1）b610=C b610=C b610=C（b+ C +C+ C）10=Cd（个位）（2）（C +C+ C+ C+ b+ b5+ b9）10=ed（十位）（3）（e+ b2）10=fd（百位）（4）b4+f=d（千位）最后转换成的十进制数为dddd 贵州大学课程设计 第4节 功能仿真调试4.1 仿真电路图4.2仿真结果分析本实验采用三个信号源分别为10000HZ ，4180HZ，120HZ。分别模拟高频，中频和低频。当开关打在10000HZ时，数码管显示9999，与预期符合，当开关打在4180hz的信号源上时，显示4180也吻合，打在120HZ的信号源上时，显示

11、为120HZ与100HZ的跳变，显示有误差, 造成误差的原因有几点：单片机技术速率的限制引起误差。晶振的准确度会影响一秒定时的准确度，从而引起测量误差。过多硬件连接会造成误差。要减小误差，可以采用如下几条措施；选用频率较高和稳定性较好的晶振。测量频率较高的信号时，可以先对信号进行分频，在进行测量。测量频率较低的信号时，可以适当调整程序，延长门限时间。尽可能选择少的硬件来实现所需功能。 贵州大学课程设计 第5节 附录5.1 元件清单与管脚51单片机 译码器 数码管 5.2 程序清单ORG 0000H 贵州大学课程设计 AJMP STARTORG 0600HSTART:MOV TMOD,#51H

12、；送方式字 MOV TH0,#3CH ；T0赋初值 MOV TL0,#0B0HMOV IE,#82H ；开T0中断MOV TH1,#00H ；T1清零MOV TL1,#00HSETB TR0 ；开始计数SETR TR1 LOOP:SJMP $ ；等待中断ORG 000BH ；入口地址AJMP BTR0ORG 0080HBTR0:CLR TR1 ；停计数CLR TR0MOV A,TH1CJNE A,#01H,NEXT1 ；判断TH1的计数是否大于01H，（500十六进制为01F4H）SJMP NEXT2NEXT1:JC BEGIN JNC NEXT4NEXT2:MOV A,TL1 CJNE A,

13、#0F4H,NEXT3 ；等于则比较TL1的计数值和#0F4的大小 SJMP NEXT4NEXT3:JC BEGIN JNC NEXT4NEXT4:MOV A,#99H ；大于01F4H则输出9999 MOV P1,A MOV P2,A LJMP LAST ；长转移BEGIN:MOV A TL1 ；小于01F4H则转换为十进制，以下程序段为十进制转换 MOV B,#14H MUL AB MOV R2,B MOV B,#10H DIV AB MOV RO,A MOV R1,B MOV A,TH1 MOV B,#14H MUL AB ADD A,R2 贵州大学课程设计 MOV B,#10H DIV

14、 AB MOV R2,B MOV R7,A MOV B,#06H MUL AB MOV B,#0AH DIV AB MOV 40H,A MOV 41H,B MOV B,#06H MOV A,R0 MUL AB MOV B,#0AH DIV AB MOV R3,A MOV R4,B MOV A,R2 MOV B,#06H MUL AB MOV B,#0AH DIV AB MOV R5,A MOV R6,B MOV A,R1 ADD A,R4 ADD A,R6 ADD A,41H MOV B,#0AHDIV ABMOV R1,BADD A,R0ADD A,R3ADD A,R5MOV R0,AMOV

15、 A,R2MOV B,#05HMUL ABADD A,R0MOV R0,AMOV A,R7MOV B,#09H 贵州大学课程设计 MUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV 42H,AMOV A,BADD A,R0ADD A,40HMOV B,#0AHDIV ABMOV R0,BMOV R3,AMOV A,R2MOV B,#02HMUL ABADD A,R3ADD A,42HMOV B,#0AHDIV ABMOV R4,AMOV R5,BMOV A,R7MOV B,#04HMUL ABADD A,R4MOV B,#01HMUL ABADD A,R5MOV P1,AMOV A,R0MOV

16、 B,#10HMUL ABADD A,R1MOV P2,ALAST:MOV TH0,#3CH ；重装初值 MOV TL0,#0B0H MOV TH1,#00H ；停计数 MOV TL1,#00H SETB TR1, ；开始计数 SETB TR0 RETI ；返回 END ；结束 贵州大学课程设计 第6节 总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十

17、分重要的。回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，从理论到实践，在一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能创造价值，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些

18、元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在老师指导下，终于游逆而解。第7节 参考文献1. 胡汉才.单片机原理及其接口技术清华大学出版社，19962. 胡汉才.单片机原理及系统设计.清华大学出版社，20023. 李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社，19944. 徐惠民，安德宁.单片微型计算机原理、接口、应用.北京邮电大学出版社，19905. 张友德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.复旦大学出版社，19926. proteus帮助文档7. keil帮助文档8. 高海生，杨文焕.单片机应用技术大全.西南交通大学出版社，19969. E.A.Nichols，J.C.Nichols，K.R.Musson.微型计算机数据通信，198910. 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计.北京航空航天大学出版社，1999