基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)

1、西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試畢業(yè)論文摘要本方案主要以單片機(jī)為核心，主要分為時基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計(jì)數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，被測信號先進(jìn)入信號放大電路進(jìn)行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時器的功能對被測信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。編寫相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動調(diào)節(jié)測量的量程，并把測出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。本設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)為核心，應(yīng)用單片機(jī)的算術(shù)運(yùn)算和控制功能并采用LED數(shù)碼顯示管將所測頻率顯示出來。系統(tǒng)簡單可靠、操作簡易，能基本滿足一般情況下的需要。既保證了系統(tǒng)的測頻精度，又使

2、系統(tǒng)具有較好的實(shí)時性。本頻率計(jì)設(shè)計(jì)簡潔，便于攜帶，擴(kuò)展能力強(qiáng)，適用范圍廣。關(guān)鍵詞單片機(jī)：運(yùn)算；頻率計(jì)；LED數(shù)碼管AbstractThe program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows,

3、design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write t

4、he corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays.The design of the 89C51 microcontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display t

5、ube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion

6、 capability, wide application.Key words microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音 字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容目 錄摘要1概述1第一章 緒論21.1課題背景21.2 課題研究的目的和意義21.4數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2第二章 數(shù)字頻率計(jì)總體方案設(shè)計(jì)31.1方案比較31.2方案論證41.3方案選擇4第三章 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)框架53.2 數(shù)字頻率計(jì)的主機(jī)電路設(shè)計(jì)53.3數(shù)字頻率計(jì)的信號輸入電路設(shè)計(jì)83

7、.4數(shù)字頻率計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì)93.5數(shù)字頻率計(jì)的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)123.6數(shù)字頻率計(jì)電源模塊的設(shè)計(jì)15第四章 數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)164.1 軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃164.1.1信號處理164.1.2中斷控制164.2.1定時器/計(jì)數(shù)器174.2.2定時工作方式0184.3程序流程圖設(shè)計(jì)184.3.1主程序流程184.3.2 中斷流程20第五章 數(shù)字頻率計(jì)的仿真調(diào)試22參考文獻(xiàn)23致 謝24附錄（程序）25附錄：數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)原理圖283電子信息工程畢業(yè)論文概 述在電子測量領(lǐng)域中，頻率測量的精確度是最高的，可達(dá)1010E-13數(shù)量級。因此，在生產(chǎn)過程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振

8、動、位移、速度、加速度，乃至各種氣體的百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號頻率，然后用數(shù)字頻率計(jì)來測量，以提高精確度。 國際上數(shù)字頻率計(jì)的分類很多。按功能分類，測量某種單一功能的計(jì)數(shù)器。如頻率計(jì)數(shù)器，只能專門用來測量高頻和微波頻率；時間計(jì)數(shù)器，是以測量時間為基礎(chǔ)的計(jì)數(shù)器，其測時分辨力和準(zhǔn)確度很高，可達(dá)ns數(shù)量級；特種計(jì)數(shù)器，它具有特種功能，如可逆計(jì)數(shù)器、予置計(jì)數(shù)器、差值計(jì)數(shù)器、倒數(shù)計(jì)數(shù)器等，用于工業(yè)和白控技術(shù)等方面。數(shù)字頻率計(jì)按頻段分類 (1)低速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10MHz； (2)中速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10100MHz； (3)高速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率100MHz； (4)微波頻率計(jì)數(shù)器：

9、測頻范圍180GHz或更高。單片機(jī)自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應(yīng)用場合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級計(jì)算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)的潛力越來越被人們所重視。特別是當(dāng)前用CMOS工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)、能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。第一章 緒論1.1課題背景在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許

10、多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。頻率計(jì)的基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，此時我們稱閘門時間為1秒。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時間越長則每測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎梢詫Χ喾N物理量進(jìn)行測試，比如機(jī)械振動的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。1.2 課

11、題研究的目的和意義單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)以其可靠性高、體積小、價格低、功能全等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于各種智能儀器中，這些智能儀器的操作在進(jìn)行儀器校核以及測量過程的控制中，達(dá)到了自動化，傳統(tǒng)儀器面板上的開關(guān)和旋鈕被鍵盤所代替，測試人員在測量時只需按需要的鍵，省掉很多煩瑣的人工調(diào)節(jié)，智能儀器通常能自動選擇量程，自動校準(zhǔn)。有的還能自動調(diào)整測試點(diǎn)，這樣不僅方便了操作，也提高了測試精度。1.4數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求單片機(jī)控制的數(shù)字頻率計(jì)1.測頻范圍：10Hz10KHz。為保證測量精度分三個頻段10Hz100Hz，100Hz1KHz，1KHz10KHz，有超量程指示。2.輸入波形：函數(shù)信號發(fā)生器輸出方波，矩形波

12、，幅度為5V，能產(chǎn)生所需頻率的脈沖信號。3.測量誤差：1。第二章 數(shù)字頻率計(jì)總體方案設(shè)計(jì)2.1方案比較方案一：本方案主要以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)定時功能來實(shí)現(xiàn)頻率的計(jì)數(shù)并且利用單片機(jī)的動態(tài)掃描法把測出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。其原理框圖如圖2.1所示：信號放大電路信號整形單片機(jī)AT89c51電路數(shù)字顯示 電路圖2.1 方案一原理框圖方案二：本方案主要以數(shù)字器件為核心，主要分為時基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計(jì)數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分。其原理框圖如圖2.2所示：邏輯控制電路時基電路放大整形電路閘門電路計(jì)數(shù)器鎖存器譯碼顯示器圖2.2 方案二原理框圖2.2方案

13、論證方案一：本方案主要以單片機(jī)為核心，被測信號先進(jìn)入信號放大電路進(jìn)行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時器的功能對被測信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。編寫相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動調(diào)節(jié)測量的量程，并把測出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。方案二：本方案使用大量的數(shù)字器件，被測信號經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號，其頻率與被側(cè)信號的頻率相同。同時時基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)信號，其高電平持續(xù)時間1s，當(dāng)1s信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到1s信號結(jié)束閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。若在閘門時間1s內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個數(shù)為N，則被測信號頻率F

14、x = NHz。邏輯控制電路的作用有兩個：一是產(chǎn)生鎖存脈沖，是顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清零脈沖，使計(jì)數(shù)器每次測量從零開始計(jì)數(shù)。2.3方案選擇比較以上兩種方案可以知道，方案一的核心是單片機(jī)，使用的元器件少，原理電路簡單，調(diào)試簡單只要改變程序的設(shè)定值則可以實(shí)現(xiàn)不同頻率范圍的測試能自動選擇測試的量程。與方案一相比較方案二則使用了大量的數(shù)字元器件，原理電路復(fù)雜，硬件調(diào)試麻煩。如要測量高頻的信號還需要加上分頻電路，價格相對高了點(diǎn)。基于上述比較，所以選擇了方案一第三章 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)框架數(shù)字頻率計(jì)是一個將被測頻率顯示出來的計(jì)數(shù)裝置，它主要由單片機(jī)89C51控制、7

15、407、LED顯示器、電源等組成。該系統(tǒng)的功能是將信號輸入P3.4口，通過單片機(jī)程序控制，對LED顯示器進(jìn)行段控和位控，實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示。數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、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。在進(jìn)行有關(guān)電子技術(shù)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經(jīng)常使用到。圖3-1為數(shù)字頻率計(jì)方案框圖。7407緩沖器信號處理輸入AT89C51單片機(jī)7407緩沖器LED數(shù)碼顯示 圖3-1 數(shù)字頻率計(jì)方框圖 3.2 數(shù)字頻率計(jì)的主機(jī)電路設(shè)計(jì) ATC89C51可以完成ISP在線編程功能，ATC89C51內(nèi)部有EEPROM，可以在程序中修改，斷電不丟失。還

16、增加了兩級中斷優(yōu)先級，STC推出的系列51單片機(jī)芯片是全面兼容其它51單片機(jī)的，而且51單片機(jī)是主流大軍。189C51芯片介紹許多由關(guān)硬件設(shè)計(jì)中都使用到單片機(jī)89C51，其功能7比以往的單片機(jī)強(qiáng)大的多。89C51引腳圖如圖3-2所示。圖3-2 89C51引腳圖芯片引腳功能：主電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接5V電壓；Vss（20腳）：接地。89C51晶振接法如圖3-3。 圖3-3 89C51晶振接法圖選用6MHz頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率為250kHz。電容的大小范圍為20pF40pF，本設(shè)計(jì)選用30pF電容。2單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只

17、要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘震蕩脈沖（2個機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平。只要保持高電平，則MCS-51單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位；當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖揭院螅琈CS-51單片機(jī)從0000H地址開始執(zhí)行程序。在復(fù)位有效期間，ALE、 引腳輸出高電平。89C51上電復(fù)位電路圖。圖3-4 89C51上電復(fù)位電路圖單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)表。 表 3-5 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)表專用寄存器復(fù)位狀態(tài)專用寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL00

18、0HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIPXXX0 0000BSBUFXXXX XXXXBIE0XX0 0000BPCON0XXX XXXXB 注：XXX不定復(fù)位后，P0口P3口輸出高電平，且使這些準(zhǔn)雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并且將07H寫入棧指針SP（即設(shè)定堆棧底為07H），同時，將程序計(jì)數(shù)器PC和其余的特殊功能寄存器清為0（不定的位除外）。但復(fù)位不影響單片機(jī)內(nèi)部的RAM狀態(tài)3.3數(shù)字頻率計(jì)的信號輸入電路設(shè)計(jì)7414是六反相施密特觸發(fā)器集成電路，其基本作用就是反相器，一般用于信號輸入電路，用施密特觸發(fā)器對輸入信號進(jìn)行波形整形。其功能作用如圖3-13所

19、示。圖3-13 輸入-輸出波形圖本設(shè)計(jì)為滿足設(shè)計(jì)要求，被測信號是要進(jìn)行波形的變換。由第一級的零偏置放大器把正弦波樣的正負(fù)交替波形變換成單向脈沖，再經(jīng)過7414將放大器產(chǎn)生的單向脈沖變換成與TTL/CMOS電平相兼容的方波。這樣處理以后信號變成方波信號，以便后續(xù)的電路進(jìn)行計(jì)數(shù)。3.4數(shù)字頻率計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED；液晶顯示器，簡稱LCD；熒光管顯示器。而發(fā)光二極管顯示又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽極和共陰極之分等。LED段顯示器結(jié)構(gòu)與原理LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示塊，有7段和“米”字段之分。這種顯示塊

20、有共陽極和共陰極兩種。此外，顯示塊中還有一個圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（在圖中以dP表示）用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過發(fā)光二極管亮、暗的不同組，可以顯示多中數(shù)字、字母以及其他符號。LED顯示塊中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法:(1)共陽極接法發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時公共陽極接5V，這樣，陰極端輸入低電平的段的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示；而輸入高電平的段則不點(diǎn)亮。(2)共陰極接法發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣，陽極端輸入高電平的段的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示；而輸入低電平的段則不點(diǎn)亮。數(shù)碼管引腳如圖3-6。圖3-6 數(shù)碼管引腳圖共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED顯

21、示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個筆劃段dP、g、f、e、d、c、b、a對應(yīng)于一個字節(jié)（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽極dP、g、f、e、d、c、b、a各段為0111011時，顯示器顯示"P"字符，即對于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是73H。如果是共陽LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（8CH）。用LED顯示器顯示十

22、進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼在表3-7中列出。表3-7 LED十六進(jìn)制的數(shù)字代碼表字形共陽極代碼共陰極代碼字形共陽極代碼共陰極代碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3BOH4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H滅FFH00H880H7FH3.5數(shù)字頻率計(jì)的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)加說明74LS290是異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它由一個二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。74LS290引腳圖如圖3-9所示。圖3-9 74LS290引腳圖當(dāng)復(fù)位輸入R0(1)=R0(2)=1，且置位

23、輸入S9(1)S9(2)=0時，74LS290的輸出被直接置零；只要置位輸入S9(1)S9(2)=1，則74LS290的輸出將被直接置9，即 =1001；只有當(dāng)S9(1)和S9(2)不全為1，并且R0(1)和R0(2)不全為1時，輸入計(jì)數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，從Q0輸出時，則構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，輸出為Q2Q1Q0時，則構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若將Q0和CP1相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時，則構(gòu)成十進(jìn)制（8421碼）計(jì)數(shù)器；若將Q3和CP0相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時，則構(gòu)成十進(jìn)制（5421碼）計(jì)數(shù)器。因此，7

24、4LS290又稱為“二五十進(jìn)制型集成計(jì)數(shù)器”。異步清零端 MR1,MR2 為高電平時，只要置9端 MS1,MS2有一個為低電平，就可以完成清零功能。當(dāng) MS1,MS2 均為高電平時，不管其他輸入端狀態(tài)如何，就可以完成置 9的功能。當(dāng) MR1,MR2 中有一個以及 MS1,MS2 中有一個同時為低電平時，在時鐘端/CP0,/CP1脈沖下降沿作用下進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。a) 十進(jìn)制計(jì)數(shù)。應(yīng)將/CP1 與 Q0 連接，計(jì)數(shù)脈沖由/CP0 輸入。b) 二、五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)。應(yīng)將/CP0 與 Q1 連接，計(jì)數(shù)脈沖由/CP1 輸入。c) 二分頻、五分頻計(jì)數(shù)。Q0 為二分頻輸出，Q1Q3 為五分頻輸出。 引出端符號功

25、能如下。 CP0 二分頻時鐘輸入端（下降沿有效） CP1 五分頻時鐘輸入端（下降沿有效）QAQD 輸出端MR1,MR2 異步復(fù)位端MS1,MS2 異步置9端74LS290的級聯(lián)擴(kuò)展如表3-10所示表3-10 74LS290 級聯(lián)擴(kuò)展說明CP輸入端輸出端進(jìn)制輸出狀態(tài)分頻端CP0Q0二0、1Q0為二分頻端CP1Q3Q2Q1五000100Q3為五分頻端CP0且Q0與CP1相連Q3Q2Q1Q0十00001001Q3為十分頻端74LS290十進(jìn)制的電路連接如圖3-11所示。圖3-11 74LS290十進(jìn)制計(jì)數(shù)器兩片接成十進(jìn)制的74LS290級聯(lián)組成2×10=20進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器如圖3-12所

26、示。圖3-12 二十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器本設(shè)計(jì)中因?yàn)橐獙π盘栠M(jìn)行20分頻，所以要使用兩塊74LS290進(jìn)行級聯(lián)。一塊74LS290用作2分頻，一塊74LS290用作10分頻。信號由第一塊74LS290的CP0輸入從Q0輸出，這樣信號就經(jīng)過了2分頻，再把信號輸入第二塊74LS290的CP0并且第二塊74LS290的CP1與Q0相連，這時從第二塊74LS290的Q3輸出的信號就已經(jīng)完成了20分頻。3.6數(shù)字頻率計(jì)電源模塊的設(shè)計(jì)使用變壓器提供到AC橋堆的輸入腳為9V交流電壓，通過AC整流輸出為9V直流電，經(jīng)過電解電容濾波、7805穩(wěn)壓，提供給89C51單片機(jī)為5V電壓。5V電源電路如圖3-14所示。圖

27、3-14 5V電源電路圖第四章 數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃4.1.1信號處理在頻率計(jì)開始工作，或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測量初始化。測量初始化模塊設(shè)置堆棧指針（SP）、工作寄存器、中斷控制和定時/計(jì)數(shù)器的工作方式。定時/計(jì)數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0后，置運(yùn)行控制位TR為1，啟動對待測信號的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門的最小值開始，也就是從測量頻率的高量程開始。計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時TR清0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的值通過16進(jìn)制數(shù)道10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制數(shù)。對10進(jìn)制數(shù)的最高位進(jìn)行判別，若該位不為0，滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測量

28、值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為0，將計(jì)數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大10倍，重新對待測信號的技術(shù)，直到滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。待測信號經(jīng)預(yù)處理電路分頻后變成較寬的方波信號，并加至單片機(jī)的P3.4引腳，為單片機(jī)測信號頻率提供有效的輸入信號。單片機(jī)通過檢測P3.4引腳來判斷是否啟動測周期程序。當(dāng)該引腳為高電平時則等待，知道該引腳出現(xiàn)低電平時才開始測周期。首先將零賦給TH0、TL0兩個寄存器，將定時器T0的運(yùn)行控制位TR0置位，同時也將ET0置位以允許定時器T0終端，然后再判斷P3.4引腳是否還為低電平，當(dāng)不是低電平時則等待。一旦出現(xiàn)低電平則使TR0復(fù)位以終止定時器，測周期程序結(jié)束。在測周期過程中，會

29、發(fā)生定時器T0的中斷，每發(fā)生一次中斷則將R0寄存器加一，因此R0實(shí)際上是周期值的高字節(jié)。測出的周期值存儲在R0、TH0、TL0三個寄存器中，然后將其轉(zhuǎn)換成頻率。由于所測周期的單位是µs，再相除轉(zhuǎn)換時要將被除數(shù)擴(kuò)大10倍，這樣才能保證得出正確的頻率。得出的頻率放到R1、R2、R3三個寄存器后調(diào)用轉(zhuǎn)換BCD代碼模塊。調(diào)用顯示消除多余零和顯示數(shù)據(jù)存儲模塊，將要顯示的頻率值通過查表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)據(jù)8段碼放到現(xiàn)實(shí)緩沖區(qū)以備顯示。4.1.2中斷控制 由于在程序設(shè)計(jì)中用到中斷9方式，所以我們在此對單片機(jī)中斷系統(tǒng)中的中斷控制作一下介紹。中斷是工業(yè)過程控制及智能化儀器用微型機(jī)或單片機(jī)應(yīng)用最多的一種數(shù)據(jù)傳

30、送方式。在通常情況下，單片機(jī)執(zhí)行主程序，只有當(dāng)正常狀態(tài)出現(xiàn)故障，或發(fā)出中斷請求時，單片機(jī)才暫停執(zhí)行主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行或處理中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，再返回到主程序繼續(xù)運(yùn)行。單片機(jī)的這一種工作過程稱為中斷方式。基于資源共享原理上的中斷技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。中斷技術(shù)能實(shí)現(xiàn)CPU與外部設(shè)備的并行工作，提高CPU的利用率以及數(shù)據(jù)的輸入/輸出效率；中斷技術(shù)也能對計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中突然發(fā)生的故障及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行自動處理如：硬件故障、運(yùn)算錯誤及程序故障等；中斷技術(shù)還能使我們通過鍵盤發(fā)出請求，隨時對運(yùn)行中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行干預(yù)，而不用先停機(jī)處理，然后再重新開機(jī)等。在單片機(jī)中，中斷技術(shù)主要用于實(shí)時控制

31、。所謂實(shí)時控制，就是要求計(jì)算機(jī)能及時地響應(yīng)被控對象提出的分析、計(jì)算和控制等請求，使被控對象保持在最佳工作狀態(tài)，以達(dá)到預(yù)定的控制效果。由于這些控制參量的請求都是隨機(jī)發(fā)出的，而且要求單片機(jī)必須做出快速響應(yīng)并及時處理，對此，只有靠中斷技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。4.2.1定時器/計(jì)數(shù)器（1）定時器控制寄存器（TCON）10TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時控制。現(xiàn)對其定時功能加以介紹。其中有關(guān)定時的控制位共有4位：F0和TF1計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出（計(jì)滿）時，該位置“1”；使用查詢方式時，此位作狀態(tài)位供查詢，但應(yīng)注意查詢有效后應(yīng)以軟件方法及時將該位清“0”；使用中斷方式時，此位作中斷標(biāo)志位，在轉(zhuǎn)向中斷

32、服務(wù)程序時由硬件自動清“0”。R0和TR1定時器運(yùn)行控制位TRO（TR1）=0停止定時器/計(jì)數(shù)器工作TRO（TR1）=1啟動定時器/計(jì)數(shù)器工作（2）工作方式控制寄存器（TMOD）11TMOD寄存器是一個專用寄存器，用于設(shè)定兩個定時器/計(jì)數(shù)器的工作方式。但TMOD寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容。（3）中斷允許控制寄存器（IE）12EA中斷允許總控制位ET0和ET1定時/計(jì)數(shù)中斷定時器/計(jì)數(shù)器提供給用戶使用的有：8位計(jì)數(shù)器TH和TL，以及有關(guān)的控制位。這些內(nèi)容只能以軟件方法使用。能夠產(chǎn)生中斷申請的部件被稱為中斷源。8051型單片機(jī)提供了五個中斷源：兩個外部中斷源和三個內(nèi)部中斷源。每

33、一個中斷源都有一個中斷申請標(biāo)志位，但是串行口占有兩個中斷標(biāo)志位。一共有六個中斷標(biāo)志位。（4）定時器/計(jì)數(shù)器對輸入信號的要求定時器/計(jì)數(shù)器的兩個作用是用來精確的確定某一段時間間隔13（作定時器用）或累計(jì)外部輸入的脈沖個數(shù)（作計(jì)數(shù)器用）。當(dāng)用作定時器時，在其輸入端輸入周期固定的脈沖，根據(jù)定時器/計(jì)數(shù)器中累計(jì)（或事先設(shè)置）的脈沖個數(shù)，即可計(jì)算出所定時間的長度。當(dāng)89C51內(nèi)部的定時器/計(jì)數(shù)器被選擇為定時器工作方式時，計(jì)數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機(jī)器周期產(chǎn)生一個脈沖使計(jì)數(shù)器增1。因此，定時器/計(jì)數(shù)器的輸入脈沖周期與機(jī)器周期一樣，為振蕩頻率的1/12。當(dāng)采用12MHz頻率的晶體時，計(jì)數(shù)頻率為1MHz

34、，輸入脈沖的周期間隔為1s14。由于定時的精度決定于脈沖的周期，因此，當(dāng)需要高精度的定時器時，應(yīng)盡量選擇頻率較高的晶體。4.2.2定時工作方式0方式0是13位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式15，其計(jì)數(shù)器由TH0高8位和TL0的低五位構(gòu)成。TL0的高3位棄之不用。當(dāng)C/=0時，多中開關(guān)接通振蕩脈沖的12分頻輸出，13位計(jì)數(shù)器以此進(jìn)行計(jì)數(shù)，這就是所謂定時器工作方式。當(dāng)C/=116時，多路開關(guān)接通計(jì)數(shù)引腳（T0），外部計(jì)數(shù)脈沖由引腳T0輸入。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生負(fù)跳變時，這就是所謂計(jì)數(shù)工作方式。不管是哪種工作方式，當(dāng)TL0的低五位計(jì)數(shù)溢出時，向TH0進(jìn)位，而全部13位計(jì)數(shù)溢出時，則向計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位TF0進(jìn)位。4.3程

35、序流程圖設(shè)計(jì)4.3.1主程序流程主程序流程圖如圖4-1所示。頻率放大讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值重新啟動T0、T1中斷，重新進(jìn)行測量結(jié)果顯示YNKey=1開始圖4-1 主程序流程圖4.3.2 中斷流程T1中斷流程圖如圖4-2所示。圖4-2 T1中斷流程圖T0中斷流程圖如圖4-2所示。圖4-2 T0中斷流程圖中斷程序?qū)崿F(xiàn)定時與計(jì)數(shù)的功能。T1進(jìn)行定時，定時時間為1S。T0進(jìn)行計(jì)數(shù)，TO中斷溢出一次，T0count加1。當(dāng)定時達(dá)到1S時，停止T0，T1。最后計(jì)算相應(yīng)的頻率值。第五章 數(shù)字頻率計(jì)的仿真調(diào)試?yán)梅抡孳浖蘒SIS的強(qiáng)大的仿真功能可以有效地檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的原理圖是否在理論上正確合理。選擇適當(dāng)?shù)娜龢O管和設(shè)置基

36、極，發(fā)射極，集電極電阻可以得到適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)對所測的信號進(jìn)行有效的處理。要選擇適當(dāng)?shù)娜龢O管，以免避免發(fā)生截止失真和飽和失真。分別以正弦波，方波，三角波作為輸入信號檢測電路的整形效果。利用仿真軟件的示波器來觀察整形出來的波形是否符合所要整形出來的波形。利用Keil uvision2軟件編寫單片機(jī)的工作程序并且檢驗(yàn)程序是否成功編譯。通過Keil uvision2逐步運(yùn)行程序的功能可以檢測出程序的錯漏從而進(jìn)行改正。程序編譯成功后，利用ISIS軟件把程序加載到原理圖中進(jìn)行仿真，通過顯示器顯示出來的頻率大小與所設(shè)計(jì)的頻率相比較可以看出所編寫的程序是否滿足要求，是否符合設(shè)計(jì)所要求的精度。測出各頻率范圍的誤

37、差，如果不符合設(shè)計(jì)所要求的精度可以通過改變單片機(jī)定時器的初始值或者優(yōu)化程序的結(jié)構(gòu)來減小誤差增加精度！LED數(shù)碼管采用的是動態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，要設(shè)計(jì)好相應(yīng)的掃描時間，因?yàn)閽呙钑r間太短則LED顯示出來的數(shù)字便會一直在閃爍不穩(wěn)定，掃描時間太長則LED顯示便會出現(xiàn)短時間的熄滅。調(diào)試電路的時候發(fā)現(xiàn)由于P2口的驅(qū)動能力不夠大因此要驅(qū)動LED數(shù)碼管工作就應(yīng)該加上反相器或者三極管作為驅(qū)動電路。測試結(jié)果：電路導(dǎo)通，LED燈顯示所測量的信號頻率，測量范圍：10HZ-10KHZ。參考文獻(xiàn)1陳敬遠(yuǎn).數(shù)字頻率計(jì)的VHDL設(shè)計(jì)J.浙江傳媒學(xué)院學(xué)報(bào); 2002,01: 36-38.2何均 ,楊明.適合于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的極值

38、搜索算法J.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2004，24.3杜玉遠(yuǎn).基于top-down方法的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.電子世界， 2004，5： 30-32.4錢進(jìn).基于AT89C2051的高度精度數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，20（1）:86-87.5馮雷星，楊偉，蘆燕龍.基于單片機(jī)高性價比頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)B.微計(jì)算機(jī)信息，2007，20.6赫建國,劉立新,黨劍華.基于單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)J.西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，03：34-37+75.7張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社M，2003.12(1).8 Control Circuit Design of AC Fr

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