单片机课程设计简易频率计数器.docx

1、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Keil C51编程调试，并使用STC ISP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

2、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(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)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

3、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RAM32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

4、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

5、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P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(

6、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

7、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

8、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

9、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

10、，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

11、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#includebit int_flag; /定时器0,1S到标志位unsigned char volatile T0Count; /定时器0的中断次数 unsigned char volatile T1Count;unsigned char code table /定时器1的中断次数 =0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0

12、x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /显示段码值为123456789unsigned char code temp = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /数码管选通unsigned long sum; /1S内脉冲总个数unsigned char Led4; /Led显示缓存void delay(unsigned int num ) /软件延时 while(-num); /定时器0初始化void init(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=(6553

13、6-50000)%256; TH1=0x00; TL1=0x00;void disp(void) /数码显示 unsigned char i; for(i=0;i4;i+) P2=tempi;/片选 P0=tableLedi; /取数据显示 delay(100); /延时1毫秒 void main(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

14、内脉冲个数 /将数据格式化，转化成可显示的BCD码 Led3=sum%10000/1000;/显示千位 Led2=sum%1000/100;/显示百位 Led1=sum%100/10;/显示十位 Led0=sum%10;/显示个位 T0Count=0x00; T1Count=0; TH1=0x00; TL1=0x00; TR1=1; disp(); void int_t0(void) interrupt 1 TH0=(65535-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; T0Count+; if(T0Count=20) TR1=0; int_flag=1; T0Co

15、unt=0x00; void int_T1(void) interrupt 3 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Keil C51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。