單片機頻率計數(shù)器課程設(shè)計

1、課程設(shè)計報告課程名稱： 單片機課程設(shè)計 題 目： 基于單片機的頻率計數(shù)器設(shè)計 學(xué) 院： 環(huán)境與化學(xué)工程 系：過程裝備與測控工程 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 起訖日期： 指導(dǎo)教師： 摘要數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進制數(shù)字，顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號以及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。本課程設(shè)計主要設(shè)計一個簡易的頻率計，來實現(xiàn)信號在0-9999hz范圍內(nèi)周期變化的方波頻率的測定。該文主要介紹了基于stc89c52 單片機頻率計的設(shè)計方案和實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成，其中

2、重點給出了具體硬件電路圖和軟件流程圖以及具體工作原理。硬件部分通過洞洞板的布線設(shè)計幫助，可以確保焊接時盡量少的飛線和出錯。軟件通過keil µ vision編譯及調(diào)試，其中在p1.7口編入了一個5500hz的方波，用以仿真調(diào)試該頻率計的軟硬件功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)輸出頻率的功能。另外，本設(shè)計多增加了一個按鍵功能，通過一個按鍵來控制定時計數(shù)器的開始和關(guān)閉。該頻率計還帶有3*3的矩陣鍵盤，可以作為擴展應(yīng)用區(qū)，通過編程實現(xiàn)。本設(shè)計中用的是led共陰數(shù)碼管，輸出頻率時采用的事動態(tài)顯示的方法。關(guān)鍵詞：頻率計；單片機；動態(tài)顯示目錄一、頻率計數(shù)器的設(shè)計任務(wù)和要求11.1 頻率計數(shù)器的設(shè)計任務(wù)11.2 設(shè)

3、計要求及發(fā)揮部分1二、方案的總體設(shè)計12.1 方案的設(shè)計12.2 方案的整體框圖22.3 方案的說明2三、 硬件設(shè)計23.1 單片機的最小系統(tǒng)23.1.1 上電復(fù)位電路23.1.2 晶振電路33.2 led數(shù)碼管顯示電路33.3 整體電路4四、 軟件設(shè)計54.1 程序流程圖54.2 初始化子函數(shù)54.3 延時子函數(shù)54.4 中斷子函數(shù)5五、 系統(tǒng)的調(diào)試和說明65.1 c程序的說明65.2 c程序編譯的結(jié)果65.3 實物圖7六、 設(shè)計總結(jié)與心得體會86.1設(shè)計總結(jié)86.2 設(shè)計心得9七、 參考文獻9附錄1012一、頻率計數(shù)器的設(shè)計任務(wù)和要求1.1 頻率計數(shù)器的設(shè)計任務(wù)本課程設(shè)計任務(wù)主要是基于單片

4、機系統(tǒng)，通過軟件、硬件的調(diào)試，完成一個具有計數(shù)功能的頻率計數(shù)器。1.2 設(shè)計要求及發(fā)揮部分1.設(shè)計要求主要有：l 設(shè)計的方案合理、正確；l 完成系統(tǒng)硬件的設(shè)計及正確焊接；l 完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計與調(diào)試； 2.發(fā)揮部分：本課程設(shè)計的發(fā)揮部分較小，只再增加了一個按鍵來控制定時器，計數(shù)器的開始。 二、方案的總體設(shè)計2.1 方案的設(shè)計本課程設(shè)計的基于atmel公司stc89c52單片機的頻率計數(shù)器，是利用該52單片機內(nèi)部的定時計數(shù)器來完成待測信號頻率的測量。stc89c52單片機內(nèi)部具有2個16位的定定時計數(shù)器t0與t1，可以通過編程來實現(xiàn)所需要的功能。定時/計數(shù)器t0與t1的核心都是16位的加1計數(shù)器

5、，th0與tl0構(gòu)成 在構(gòu)成定時器/計數(shù)器t0加1計數(shù)器的高8位和低8位；th1與tl1構(gòu)成在構(gòu)成定/計數(shù)器t1加1計數(shù)器的高8位和低8位。加1計數(shù)器的初值可以通過程序設(shè)定，這樣就可以獲得不同的計數(shù)器初值或定時時間。加1計數(shù)器用作定時器時，每個機器周期加1，這樣以機器周期為基準可以用來測量時間間隔。定時/計數(shù)器用作計數(shù)器時，在相應(yīng)的外部方波從1到0的跳變時計數(shù)器加1，這樣在計數(shù)閘門的控制下可以測量待測信號的頻率。定時/計數(shù)器的工作由響應(yīng)的運行控制位tr控制，當tr置1時，定時/計數(shù)器開始計數(shù),當tr置零時停止計數(shù)。 在本設(shè)計方案中，我在程序中設(shè)定t0工作在計數(shù)狀態(tài)，t1工作在計時狀態(tài)下。t0計

6、數(shù)器對輸入信號進行計數(shù)，由于信號的頻率就是每秒鐘信號的脈沖個數(shù)，于是我讓t1工作在定時狀態(tài)下，定時時間為1秒。每定1秒鐘到，就停止t0的計數(shù)，然后從t0的計數(shù)單元中讀取計數(shù)的數(shù)值，即完成了信號的頻率測量。最后通過四位數(shù)碼顯示出頻率值。由于要盡可能的使用最少的元件，在滿足設(shè)計要求的前提下，我將p1.7口與p3.4口（即t0）用導(dǎo)線連接，在設(shè)定程序時，利用t1定時的同時在p1.7口輸出一個設(shè)定好的方波，以便直觀的檢測頻率計數(shù)器的軟件、硬件是否達到設(shè)計的基本功能。2.2 方案的整體框圖 stc89c52單片機按鍵電路led數(shù)碼管顯示電路上電復(fù)位電路晶振電路電源電路圖1 系統(tǒng)總體框圖2.3 方案的說明

7、本課程設(shè)計采用內(nèi)部給定的方波來實現(xiàn)頻率計數(shù)的功能，缺陷在于只能測得一個方波的頻率，但是這個方波的輸入意在便于檢測設(shè)計的軟、硬件的功能是否實現(xiàn)，若功能可以實現(xiàn)，則可用于測量外部輸入的0-10000hz之間的任意頻率值。3、 硬件設(shè)計3.1 單片機的最小系統(tǒng)3.1.1 上電復(fù)位電路復(fù)位是單片機的初始化操作。單片機系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復(fù)位。其作用是使cpu 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。而復(fù)位是一個很重要的操作方式，但單片機本身是不能自動經(jīng)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實現(xiàn)。本設(shè)計的復(fù)位電路采用上電復(fù)位加按鍵手動復(fù)位，其電路如下圖所示：圖2 上電

8、復(fù)位電路3.1.2 晶振電路單片機工作是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下一拍一拍地進行的，這個脈沖是單片機控制器中的時序電路發(fā)出的。單片機的時序就是 cpu 在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。為了保證各部件的同步工作，單內(nèi)部電路應(yīng)在唯一的時鐘信號下嚴格按時序進行工作。其電路原理圖如下：圖3 晶振電路3.2 led數(shù)碼管顯示電路顯示器是微機重要的輸出設(shè)備。顯示器有顯示監(jiān)控結(jié)果、提供用戶操作界面等功能。在本次設(shè)計中采用了 led 顯示器，即數(shù)碼管。數(shù)碼管的每一個數(shù)碼段是一只發(fā)光二極管。當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或者一個筆畫發(fā)光，控制發(fā)光二極管發(fā)光組合，可以顯示出所需字符。我采用了共陰極結(jié)構(gòu)。在定義其

9、顯示字形的碼段時，通過 i/o 口送出七段碼 其段碼表如下：表1 共陰數(shù)碼管段選碼顯示字形0123456789共陰段選碼3fh06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh6fh數(shù)碼管的電路圖如下： 圖4數(shù)碼管接線電路3.3 整體電路 圖5 整體原理圖4、 軟件設(shè)計本課程設(shè)計包含了主函數(shù)、初始化子函數(shù)、中斷子函數(shù)、按鍵掃描子函數(shù)和延時子函數(shù)等多個函數(shù)。開始4.1 程序流程圖初始化中斷程序頻率輸出圖6 主流程圖4.2 初始化子函數(shù)初始化子函數(shù)主要是：1.對t0、t1定時/計數(shù)器進行初始化；2.對單片機各管腳及按鍵賦初值，以便主程序的執(zhí)行。4.3 延時子函數(shù)主要用于數(shù)碼管動態(tài)顯示的子程序中。vo

10、id delay(uchar z)uchar x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=113;y>0;y-);4.4 中斷子函數(shù)流程圖如下：圖7 中斷程序流程圖5、 系統(tǒng)的調(diào)試和說明5.1 c程序的說明c 語言是一種通用的程序設(shè)計語言，其代碼率高，數(shù)據(jù)類型及運算符豐富，位操作能力強，適用于各種應(yīng)用的程序設(shè)計。使用 c 語言進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，具有編程靈活、調(diào)試方便、目標代碼編譯效率高的特點。c 語言也是目前使用最廣的單片機應(yīng)用系統(tǒng)編程語言。由 c 語言編程的單片機應(yīng)用程序，稱為單片機 c 語言程序。mcs-51 系列單片機開發(fā)系統(tǒng)的編譯軟件可以對 51 單片機 c 語

11、言源程序進行編譯，稱為 c51 編譯器。在 c51 編譯軟件中可進行 51 單片機c 語言程序的調(diào)試。5.2 c程序編譯的結(jié)果在keil µ vision上編譯的結(jié)果：圖8 程序調(diào)試圖5.3 實物圖 圖9 正面實物圖 圖10 反面實物圖6、 設(shè)計總結(jié)與心得體會6.1設(shè)計總結(jié)為期一周的單片機課程設(shè)計已經(jīng)接近尾聲了，單片機課程設(shè)計的主要目的是讓我們提高動手能力和綜合運用能力。經(jīng)過這一周的設(shè)計，我更加深刻的體會到“萬事開頭難”這話的含義了。這次單片機的課程設(shè)計，我選的課題是頻率計數(shù)器。這個看似很簡單的課題，要實現(xiàn)起來卻是困難重重。首先是硬件的設(shè)計，通過在loch master上布線設(shè)計硬件

12、的連接方式，這一步還是比較輕松，主要是布的線要盡可能的不交叉。之后就開始對著圖焊板子，開始把元器件焊上去還是比較簡單好看的?？墒蔷o接著進入焊線階段就難住我了，線拉不直，焊在板子上就很丑；另一方面，在焊的過程中就會發(fā)現(xiàn)有那么幾根線是按照布線圖來焊是實現(xiàn)不了的，于是，中途又會重新改布線圖。硬件部分我花了一天的時間，反反復(fù)復(fù)的修改，焊接，終于初步完成了。板子焊好后就進入硬件調(diào)試階段，硬件調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)了線路的一些錯誤接法和元器件位置的錯接等等，這樣有花了半天時間調(diào)試修改，硬件就基本上算是完成了。接著馬上又進入了編寫軟件及調(diào)試過程，這是讓我最頭疼的一部分。我自己邊看視頻邊按著流程圖慢慢的編寫了一個，可是

13、輸入硬件后不出意外的，無法實現(xiàn)其功能。于是就進入軟件的調(diào)試階段，這個過程持續(xù)了很長時間，最后是通過同學(xué)的幫助才能調(diào)試成功，實現(xiàn)它能實現(xiàn)的功能，當然還是有些微小誤差的。總的來說，這一個星期里學(xué)到了很多的東西，更覺得自己需要不斷的提高自己。6.2 設(shè)計心得通過一周的單片機課程設(shè)計，真的是感觸頗多。這一個星期以來我們每天早上9點就到教室一直待到晚上9點才回去，每天和大家在一起焊板子，一起討論問題，一起互相幫助的畫面還歷歷在目。這其中有歡聲笑語，也有苦有累。在評優(yōu)答辯的時候，看到了很多很多優(yōu)秀的課程設(shè)計，讓我一邊敬佩，又一邊自慚形穢。每個優(yōu)秀的人都有著不同常人的努力，而我還不夠努力，所學(xué)的東西也很有限

14、。很多優(yōu)秀的課程設(shè)計都是通過他們自己在課余時間自學(xué)而成的。相比之下，我需要更加努力的去學(xué)習(xí)更多的知識，不斷的填充自己。7、 參考文獻【1】張友德，單片微型機原理應(yīng)用與實踐（第四版），復(fù)旦大學(xué)出版社，2000【2】李朝青.單片機原理及接口技術(shù)(第三版). 北京航空航天大學(xué)出版社.2005.【3】丁明亮、唐前輝. 51單片機應(yīng)用設(shè)計與仿真-基于keil c與proteus. 北京航空航天大學(xué)出版社,2009.【4】楊長興、劉衛(wèi)國.c+程序設(shè)計.中國鐵道出版社.2010.附錄1、 源程序#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define u

15、char unsigned charuchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;sbit d1=p10;sbit d2=p11;sbit d3=p12;sbit d4=p13;sbit d5=p17;sbit a1=p24;sbit a2=p25;uint m,i,t;uint a0,b0,c0,d0;void display(uint a0,uint b0,uint c0,uint d0);void init();void delay(uchar z);void main()init();a1=0; a

16、2=1;while(1) if(a2=0) a2=0; tr0=1; tr1=1; if(i<1000) a0=m/1000;b0=m%1000/100;c0=m%100/10;d0=m%10;display(a0,b0,c0,d0);if(i=1000) while(1)display(a0,b0,c0,d0);void init() i=0;m=0;t=0; d5=1;tmod=0x16;th1=(65536-20)/256;tl1=(65536-20)%256;ea=1;et1=1;et0=1;th0=0xff;tl0=0xff;tr0=0; tr1=0;void delay(uchar z)uchar x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=113;y>0;y-);void timer0() interrupt 1 tr0=0;th0=0xff;tl0=0xff;m=m+1;void timer1() interrupt 3tr1=0;th1=(65536-20)/256;tl1=(65536-20)%256;i+;t+; if(t=15)d5=d5;t=0; tr1=1;void display(uint