單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表設(shè)計(jì)課題 基于89C51的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 電氣XXX班 學(xué)生姓名 ： XXX 學(xué) 號(hào) ： XXXXXXXXX 指導(dǎo)教師 ： XXX 設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 31-510 設(shè)計(jì)時(shí)間 ： 2014-12-292015-01-09 指導(dǎo)教師意見(jiàn)：成績(jī): 簽名： 年 月 日 單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì) 課程設(shè)計(jì)名稱： 基于89C51的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí) ： 電氣XXX班 學(xué) 生 姓 名 ： XXX 學(xué) 號(hào) ： XXXXXXXXXX 指 導(dǎo) 教 師 ： XXXX 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 31-510 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014-

2、12-292015-01-09 單片機(jī)系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題 目基于89C51的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來(lái)源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)，實(shí)現(xiàn)以下功能：1通過(guò)定時(shí)器計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生頻率信號(hào)；2有足夠?qū)挼臏y(cè)量范圍，測(cè)量結(jié)果通過(guò)LCD顯示；3能夠測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5-6天：軟件設(shè)計(jì)，編寫程序。第7-8天：實(shí)驗(yàn)室

3、調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確，篇幅不少于6000字。主要參考資料1 胡漢才, 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M. 清華大學(xué)出版社, 1997 -3. 35412 毛謙敏，吳洪譚.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005:163 3 萬(wàn)福軍.單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001:201 審查意見(jiàn)系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1 引用22 系統(tǒng)概述22.1 頻率測(cè)量原理22.2 頻率測(cè)量方法概述 32.3 設(shè)計(jì)方案33 系統(tǒng)硬件

4、設(shè)計(jì)33.1 系統(tǒng)硬件總述33.2 信號(hào)輸入電路43.3 開(kāi)關(guān)電路63.4 計(jì)數(shù)電路63.5 AT89C51介紹73.6 數(shù)字頻率計(jì)顯示電路83.7 時(shí)鐘控制電路93.8 電源電路94 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)104.1 系統(tǒng)軟件總述104.2 顯示器初始化設(shè)計(jì)124.3 計(jì)數(shù)子程序134.4 數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)144.5 顯示子程序設(shè)計(jì)155 結(jié)論16參考文獻(xiàn)16附錄A：電路圖17附錄B：頻率計(jì)總程序181 引用在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率測(cè)量在科技研究和實(shí)際應(yīng)用中的作用日益重要。傳統(tǒng)的頻率計(jì)通采用組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電

5、路構(gòu)成，體積較大，運(yùn)行速度慢，而且測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)不宜直接使用。因此頻率測(cè)量方法的優(yōu)化也越來(lái)越受到重視。測(cè)量頻率的方法有很多種,其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。由于把微型計(jì)算機(jī)的功能引入到了數(shù)字儀表，因此測(cè)量的數(shù)字化、智能化逐漸成為當(dāng)前測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)字化處理技術(shù)使得測(cè)量?jī)x器設(shè)備功能完美，但數(shù)字處理的實(shí)時(shí)性受到處理速度的限制，實(shí)時(shí)測(cè)量對(duì)電路的處理速度要求越來(lái)越高，目前的微控處理芯片發(fā)展迅速，出現(xiàn)了諸如DSP，F(xiàn)PJA等不同領(lǐng)域的應(yīng)用芯片。將這些芯片應(yīng)用到頻率計(jì)制作當(dāng)中，使頻率計(jì)的測(cè)量精度及速度也得到了很大程度

6、上的提升。單片機(jī)頻率計(jì)較以往的頻率計(jì)有硬件電路少的優(yōu)點(diǎn)，過(guò)去許多用硬件實(shí)現(xiàn)的功能可以通過(guò)單片機(jī)的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檐浖梢越档皖l率計(jì)的成本，往往只需要增減幾段代碼就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，同時(shí)也降低了硬件電路設(shè)計(jì)的難度，減少出錯(cuò)率，通過(guò)軟件調(diào)試的方法還可以提高頻率測(cè)量的精度。本課題設(shè)計(jì)的頻率計(jì)以89C51單片機(jī)為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點(diǎn)。2 系統(tǒng)概述2.1 頻率測(cè)量原理頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)稱閘門時(shí)間為1秒。閘門時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但

7、閘門時(shí)間越長(zhǎng)則每測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門時(shí)間越短，測(cè)的頻率值刷新就越快，但測(cè)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(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。2.2 頻率測(cè)量方法概述 利用電子計(jì)數(shù)式測(cè)量頻率具有精度高、測(cè)量范圍寬、顯示醒目直觀、測(cè)量迅速，便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，下面是電子計(jì)數(shù)式測(cè)量頻率的幾種方法。 （1）脈沖數(shù)定時(shí)測(cè)頻法(M 法)：此法是記錄在確定時(shí)間內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，則待測(cè)頻率為：        （2-1）時(shí)間 為準(zhǔn)確值，測(cè)量的精度取決于計(jì)數(shù)的誤差。其

8、特點(diǎn)在于：測(cè)量方法簡(jiǎn)單;測(cè)量精度與待測(cè)信號(hào)頻率和門控時(shí)間有關(guān)，當(dāng)待測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，誤差較大。 （2）脈沖周期測(cè)頻法(T法)： 此法是在待測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期 內(nèi)，記錄標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)變化次數(shù) 。這種方法測(cè)出的頻率是：       （2-2） 此法的特點(diǎn)是低頻檢測(cè)時(shí)精度高，但當(dāng)高頻檢測(cè)時(shí)誤差較大。 （3）脈沖數(shù)倍頻測(cè)頻法(AM法)：此法是為克服 M 法在低頻測(cè)量時(shí)精度不高的缺陷發(fā)展起來(lái)的。通過(guò) A倍頻，把待測(cè)信號(hào)頻率放大 A 倍，以提高測(cè)量精度。其待測(cè)頻率為；      

9、（2-3）其特點(diǎn)是待測(cè)信號(hào)脈沖間隔減小，間隔誤差降低；精度比 M法高A倍，但控制電路較復(fù)雜。 （4）脈沖數(shù)分頻測(cè)頻法(AT法)：由于T法測(cè)量時(shí)要求待測(cè)信號(hào)的周期不能太短，所以可通過(guò)A分頻使待測(cè)信號(hào)的周期擴(kuò)大A倍，所測(cè)頻率為：         （2-4）其特點(diǎn)是高頻測(cè)量精度比T法高A倍；但控制電路也較復(fù)雜。 （5）脈沖平均周期測(cè)頻法(M/ T法)：此法是在閘門時(shí)間內(nèi)，同時(shí)用兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別記錄待測(cè)信號(hào)的脈沖數(shù) 和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的脈沖數(shù) 。若標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率為，則待測(cè)信號(hào)頻率為：      

10、; （2-5）M/ T 法在測(cè)高頻時(shí)精度較高；但在測(cè)低頻時(shí)精度較低。 （6）多周期同步測(cè)頻法：由閘門時(shí)間與同步門控時(shí)間共同控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的一種方法，待測(cè)信號(hào)頻率與 M/ T法相同。其優(yōu)點(diǎn)是，閘門時(shí)間與被測(cè)信號(hào)同步,消除了對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)產(chǎn)生的±1個(gè)字誤差，測(cè)量精度大大提高，且測(cè)量精度與待測(cè)信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)，達(dá)到了在整個(gè)測(cè)量頻段等精度測(cè)量。2.3 設(shè)計(jì)方案數(shù)字頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。傳統(tǒng)的數(shù)字頻率計(jì)大多采用74LS系列數(shù)字集成電路直接測(cè)頻，在使用過(guò)程中存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)量精度低、故障率高、維護(hù)不易等問(wèn)題。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為主再附加一些外圍電路來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字頻率

11、計(jì)，通過(guò)單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，采用適當(dāng)?shù)乃惴?，取代很多以前用硬件?shí)現(xiàn)的電路，這不僅能彌補(bǔ)以往頻率計(jì)測(cè)量精度低、故障率高、維護(hù)不易等不足，而且性能也得到了很大的提高。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件總述本課題設(shè)計(jì)的頻率計(jì)由單片機(jī)AT89C51 、計(jì)數(shù)器74HC393 、分頻器MB501以及時(shí)鐘晶振等構(gòu)成。利用外擴(kuò)的計(jì)數(shù)器74HC393和單片機(jī)AT89C51 內(nèi)含的16 位計(jì)數(shù)器來(lái)構(gòu)成多位計(jì)數(shù)器對(duì)待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)。采用的雙四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC393最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)39MHz。若先對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行分頻計(jì)數(shù)，再利用AT89C51對(duì)所測(cè)信號(hào)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻，這樣可使頻率計(jì)的最高測(cè)量頻率達(dá)GHz 數(shù)量級(jí)范圍，由

12、此達(dá)到頻率計(jì)測(cè)量的寬范圍的要求。該頻率計(jì)測(cè)量范圍為10Hz2.0GHz ,分2 個(gè)頻段實(shí)現(xiàn)。(1) 1Hz60MHz (2) 50MHz2.0GHz。如圖3-1所示，為頻率計(jì)的原理方框圖。圖3-1 頻率計(jì)原理方框圖（1） 信號(hào)輸入電路：此部分包括兩個(gè)小部分，第一部分是信號(hào)保護(hù)電路，是有兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管組成。第二部分是由三極管、電容、電阻、電感組成的放大電路，用來(lái)提高輸入阻抗和放大前級(jí)提供的微弱信號(hào)。（2）分頻電路：這部分只用于信號(hào)>50MHz的電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)的分頻。（3）閘門選擇電路：該頻率計(jì)有兩個(gè)信號(hào)輸入端口，工作時(shí)先根據(jù)被測(cè)頻率的大小來(lái)判斷閘門電路應(yīng)該與哪個(gè)端口電路接通，這

13、樣測(cè)出的頻率比較精確。（4）計(jì)數(shù)器：由四塊雙四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC393、單片機(jī)AT89C51內(nèi)部計(jì)數(shù)器T0共同構(gòu)成，其中AT98C51內(nèi)的計(jì)數(shù)器被設(shè)置成16位計(jì)數(shù)器。（5）時(shí)鐘提供：?jiǎn)纹瑱C(jī)頻率計(jì)的關(guān)鍵在于時(shí)基信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，它決定頻率計(jì)的技術(shù)精度。（6）顯示：當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率被測(cè)量出后由顯示模塊1602LCD顯示出來(lái)。該頻率計(jì)的輸入電路分成兩個(gè)端口，對(duì)應(yīng)兩個(gè)頻段，輸入電路主要完成對(duì)被測(cè)量信號(hào)的限幅、放大和整形。通道1輸入信號(hào)頻率為1Hz60MHz，通道2為50MHz2.0GHz，自校信號(hào)取自單片機(jī)的時(shí)鐘電路，頻率為11.0592MHz。電路的核心是計(jì)數(shù)及控制邏輯電路，通道2實(shí)現(xiàn)高速頻

14、率計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)最高頻率可達(dá)2.0GHz。單片機(jī)完成整個(gè)系統(tǒng)的控制功能，包括信號(hào)的處理、計(jì)數(shù)過(guò)程控制及頻率測(cè)量結(jié)果的處理和顯示等。計(jì)數(shù)器在單片機(jī)的控制下主要完成計(jì)數(shù)功能，并鎖存閘門時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值。電源部分采用220V交流電經(jīng)變壓、濾波、穩(wěn)定后得到5V電壓供整個(gè)系統(tǒng)使用。最后頻率計(jì)測(cè)量的結(jié)果由液晶顯示器1602LCD顯示出來(lái)。3.2 信號(hào)輸入電路本頻率計(jì)的輸入電路分兩個(gè)量程，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)頻段。圖3-2為信號(hào)輸入1通道的電路圖，其測(cè)量范圍是1Hz60MHz，圖3-3為信號(hào)輸入2通道的電路圖，其測(cè)量范圍是50MHz2.0GHz。輸入電路主要完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的限幅、放大、整形與轉(zhuǎn)換作用。圖3-2 信號(hào)輸入1

15、通道的電路圖圖3-3 信號(hào)輸入2通道的電路圖（1）信號(hào)輸入1通道電路信號(hào)輸入1通道電路中，首先采用兩個(gè)二極管對(duì)幅度較大的輸入信號(hào)進(jìn)行限幅。輸入端采用RC高通電路，下限頻率可達(dá)1Hz。C10，R12，Q2，R13組成放大電路的射極輸出器，用來(lái)提高輸入阻抗。C11，R14，R15，C13，Q3組成共射放大器，用來(lái)放大前級(jí)提供的微弱信號(hào)。如圖3-4-1是共射極極交流放大電路，3-4-2圖是共射極直流放大電路。在圖3-4（a）中，輸入端接低頻交流電壓信號(hào)vi（如音頻信號(hào)，頻率為20Hz20KHz）。輸出端接負(fù)載電阻RL，輸出電壓用vo表示。o IC +VCCis VCE VBE IB +VCC +VC

16、C C1 +RB RC + C2 RS RL RB RC 圖3-4-1共射極極交流放大電路 圖3-4-2共射極直流放大電路 （2） 信號(hào)輸入2通道電路在頻率計(jì)信號(hào)輸入2通道的電路中，信號(hào)經(jīng)過(guò)前兩級(jí)的放大，被送到MB501分頻電路中，通過(guò)改變MB501引腳的接法，可以改變分頻比，有256、128、64三種分頻比。本電路接法是64分頻，由3腳控制其是否接入電路，當(dāng)MB501的8腳為+5V時(shí)，分頻器工作。AT89C51的10腳可以判斷信號(hào)輸入2通道電路的工作情況，從而來(lái)分辨信號(hào)輸入端輸入的是否是>50MHz的信號(hào)。3.3 開(kāi)關(guān)電路圖3-5 開(kāi)關(guān)電路圖圖3-5為開(kāi)關(guān)電路，分頻后的信號(hào)從MB501

17、（4腳）輸出。經(jīng)過(guò)C14隔直后送到與非門74HC00的10腳，也就是U4C。當(dāng)J2接通其1腳的時(shí)候，這時(shí)門U4C打開(kāi)，信號(hào)便能從10腳輸入到8腳。信號(hào)從U4D的11腳輸出，到達(dá)電子開(kāi)關(guān)U4A的2腳，再?gòu)腢4A的3腳輸出送到分頻 74HC393；經(jīng)過(guò)74HC393的256分頻，最后送到AT89C51的INT0口。3.4 計(jì)數(shù)電路該頻率計(jì)的計(jì)數(shù)電路是利用外擴(kuò)的計(jì)數(shù)器74HC393和單片機(jī)AT89C51 內(nèi)含的16 位計(jì)數(shù)器來(lái)構(gòu)成多位計(jì)數(shù)器分別對(duì)待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)的。在這里，將對(duì)待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)的外部擴(kuò)展的計(jì)數(shù)器74HC393的8腳引到AT89C51 的T0端，再利用AT89C51 的內(nèi)部計(jì)數(shù)器即可構(gòu)成多位計(jì)

18、數(shù)器。圖3-6為本頻率計(jì)的計(jì)數(shù)電路。圖3-6 計(jì)數(shù)電路圖數(shù)字頻率計(jì)的計(jì)數(shù)電路的工作原理如下：計(jì)數(shù)一般是有時(shí)間的，取一段時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)。比如1s，第一步先把AT89C51的12腳置0，再把12腳置1，打開(kāi)電子開(kāi)關(guān)。然后數(shù)據(jù)被送到74HC393分頻，分頻后的信號(hào)送到14腳T0口進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)。時(shí)間到了1s就關(guān)閉電子開(kāi)關(guān)，也就是把12腳 INT0置0，13腳INT1置0 單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，繼而對(duì)這段時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行保存。再讀取,P0、P2口的狀態(tài)，再把這數(shù)據(jù)和以前計(jì)數(shù)的數(shù)據(jù)相加，得到很精確的頻率，再把這頻率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，送到LCD顯示，然后89C51的13腳置1清除現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行下一次

19、數(shù)據(jù)采集。3.5 AT89C51介紹如圖3-7所示，是AT89C51的外部引腳圖，其功能如下。（1）VCC（40）：電源+5V。（2）VSS（20）：接地，也就是GND。（3）XTL1（19）和XTL2（18）：振蕩電路。單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào)才能工作，在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需在XTL2 上加外部時(shí)鐘信號(hào)。（4）PSEN（29）：片外ROM 選通信號(hào)，低電平有效。（5）ALE/PROG（30）：地址鎖存信號(hào)輸出端/EPROM 編程脈沖輸入端。（6）RST/VPD（

20、9）：復(fù)位信號(hào)輸入端/備用電源輸入端。（7）EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM 選擇端。（8）P0 口（39-32）：雙向I/O 口。（9）P1 口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/0 口。（10）P2 口（21-28）：準(zhǔn)雙向I/0 口。（11）P3 口（10-17）：多用途口。在頻率計(jì)電路當(dāng)中，單片機(jī)AT89C51是核心元件，它控制著整個(gè)電路的運(yùn)行，包括計(jì)數(shù)器的開(kāi)啟與關(guān)閉、定時(shí)器的開(kāi)啟與關(guān)閉、外部計(jì)數(shù)器的開(kāi)啟與關(guān)閉、高頻信號(hào)分頻、數(shù)據(jù)讀入、數(shù)值轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)顯示都是由單片機(jī)來(lái)控制的。 圖3-7 AT89C51外部引腳圖 圖3-8 頻率計(jì)顯示電路圖3.6 數(shù)字頻率計(jì)顯示電路數(shù)字頻率計(jì)的顯示電路如圖3

21、-8所示，在CON16后面接1602LCD液晶顯示器來(lái)顯示頻率值。74HC393的計(jì)數(shù)結(jié)果被單片機(jī)的P0、P2口讀入，與單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)值合到一起。再通過(guò)乘以16（2.0G檔用到）、二進(jìn)制到十進(jìn)制轉(zhuǎn)換處等處理后，送入圖形液晶顯示模塊1602LCD中顯示出來(lái)。 由于1602液晶顯示模塊可以直接和51系列單片機(jī)進(jìn)行接口，所以在設(shè)計(jì)該數(shù)字頻率計(jì)時(shí)就直接將1602LCD接到了單片機(jī)的后面。在圖3-8中，CON16的3腳上接了一個(gè)10k電位器PR1，是用來(lái)調(diào)節(jié)液晶顯示器的對(duì)比度的。當(dāng)該電位器的旋鈕直接和電源端相連時(shí)，顯示器屏幕的對(duì)比度最弱，當(dāng)其旋鈕直接和地端相連時(shí)，顯示器屏幕的對(duì)比度最高。液晶顯示器的數(shù)據(jù)

22、來(lái)源是單片機(jī)的P1口，當(dāng)單片機(jī)的T1端口由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶顯示器開(kāi)始執(zhí)行命令，并最終顯示出頻率的數(shù)值。3.7 時(shí)鐘控制電路圖3-9時(shí)鐘控制電路圖時(shí)鐘控制電路如圖3-9所示。制作頻率計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于時(shí)基信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，它決定頻率計(jì)的計(jì)數(shù)精度。這里選用11.0592的晶振組成的電路來(lái)作為單片機(jī)AT89C51的時(shí)鐘電路，由單片機(jī)用軟件方法得到所需的門控信號(hào)。3.8 電源電路圖3-10 頻率計(jì)電源電路圖頻率計(jì)的電源電路如圖3-10所示。在這個(gè)電源電路里，LM7805是核心芯片，該集成穩(wěn)壓芯片為三端器件：1腳為輸入端，2腳為接地端，3腳為輸出端，使用十分方便。普通的MCS-51單片機(jī)的工作

23、電壓是直流5V，而此頻率計(jì)首先將輸入的9V電壓經(jīng)過(guò)由四個(gè)二極管組成的全波整流器，使之變成9V的直流電，然后通過(guò)LM7805將9V的直流電穩(wěn)壓變成5V的直流電，提供給單片機(jī)。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件總述系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要是保證軟件和硬件電路相結(jié)合，控制硬件正常的工作。對(duì)于頻率計(jì)來(lái)說(shuō)，就是控制頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)使其最終能較為準(zhǔn)確的測(cè)出待測(cè)信號(hào)的頻率。本課題頻率計(jì)的系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)方式，將各個(gè)功能分成獨(dú)立模塊,由系統(tǒng)的監(jiān)控程序統(tǒng)一管理執(zhí)行。本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要分兩部分：一部分是執(zhí)行軟件，主要完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量、計(jì)算、顯示、定時(shí)中斷服務(wù)等；另一部分是監(jiān)控軟件，主要來(lái)協(xié)調(diào)

24、各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度的角色。該頻率計(jì)中主要元器件是單片機(jī)AT89C51 ，由它完成對(duì)待測(cè)信號(hào)頻率的計(jì)數(shù)和結(jié)果傳輸?shù)裙δ?，外部還要有分頻器、顯示器等器件。被測(cè)信號(hào)首先要經(jīng)過(guò)放大、整形，如果是高頻信號(hào)還要由分頻器進(jìn)行分頻，然后送入單片機(jī)的P0 端口和P2端口并開(kāi)始計(jì)數(shù)，分頻器的分頻系數(shù)由單片機(jī)來(lái)控制；計(jì)數(shù)、分頻達(dá)到規(guī)定的精度后結(jié)束計(jì)數(shù)，然后調(diào)用顯示子程序，顯示結(jié)果。該頻率計(jì)的總體程序流程圖如圖4-1所示。LCD初始化延時(shí)，用于74HC393的數(shù)據(jù)采集74HC393停止計(jì)數(shù)讀入頻率信息（二進(jìn)制）二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)據(jù)從低到高在LCD上依次顯示測(cè)得數(shù)據(jù)寫入定時(shí)器的控制

25、方式字計(jì)數(shù)器清零啟動(dòng)計(jì)數(shù)器定時(shí)器設(shè)置定時(shí)為S清定時(shí)器關(guān)閉計(jì)數(shù)器開(kāi)定時(shí)器閘門定時(shí)關(guān)定時(shí)器閘門NY返回圖4-1 程序總體流程圖4.2 顯示器初始化設(shè)計(jì)清屏將單片機(jī)的讀寫端設(shè)置為低電平顯示器是否忙？ 將顯示器使能E端設(shè)置為高電平等待顯示器開(kāi)，光標(biāo)閃爍 將單片機(jī)讀寫端清零顯示器是否忙？ 將顯示器的使能端E設(shè)置為高電平繼續(xù)NYNY圖4-2 顯示初始化流程圖顯示器初始化程序流程圖如圖4-2所示。在測(cè)量頻率之前，首先要清屏，之后將單片機(jī)的讀寫端同時(shí)設(shè)置為低電平，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的讀寫端控制著液晶顯示器的4腳和5腳，當(dāng)液晶顯示器的4腳和5腳同時(shí)為低電平時(shí)，液晶顯示器可以寫入指令或顯示地址。其后就要判斷頻率計(jì)顯示器是

26、否處于“忙”狀態(tài)。如果顯示器處于“忙”狀態(tài)，則要循環(huán)等待；如果顯示器處于“閑”狀態(tài)，則可以對(duì)顯示器進(jìn)行操作。另外，在每次單片機(jī)的P1口寫入控制字后，都要判斷顯示器是否處于“忙”狀態(tài)。在判斷液晶顯示器的狀態(tài)后，要將其使能端設(shè)置為高電平，為后面的程序做鋪墊。因?yàn)橹挥挟?dāng)該使能端由高電平跳變到低電平時(shí)，液晶模塊才可以執(zhí)行命令。4.3 計(jì)數(shù)子程序開(kāi)始設(shè)置定時(shí)初值，TL=0,TH=0設(shè)置定時(shí)器工作方式P3.2=1?P3.2=0?開(kāi)始計(jì)數(shù)，SETB TR0P3.2=1?停止計(jì)數(shù)，CLR TR0返回YYYNNN有數(shù)據(jù)輸入圖4-3 計(jì)數(shù)子程序流程圖輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)整形輸入到74HC393中，采用矩形波下降沿開(kāi)始計(jì)數(shù)

27、，上升沿停止計(jì)數(shù)的方來(lái)計(jì)數(shù)，剛好對(duì)應(yīng)于正弦波一個(gè)完整周期，再輸入到AT89C51單片機(jī)的P0、P2口。其程序流程圖如圖4-3所示。該頻率計(jì)利用定時(shí)器T0來(lái)完成計(jì)數(shù)功能，其參數(shù)選定原則是：（1）初值：TL0=00H，TH0=00H，50Hz左右的信號(hào)，大約相當(dāng)于104個(gè)機(jī)器周期，用16位計(jì)數(shù)器即可滿足，不會(huì)產(chǎn)生溢出。（2）TMOD的選擇：定時(shí)器T0采用方式1，由于后面要用到T1作為定時(shí)器，也采用方式1，故TMOD選取為11H。（3）TCON的選擇：這里不需要考慮中斷，故只選擇控制TR0就可以了，開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，TR0置“1”，停止計(jì)數(shù)時(shí)清“0”。4.4 數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)開(kāi)始清BCD數(shù)單元計(jì)數(shù)器置為

28、二進(jìn)制數(shù)位數(shù)二進(jìn)制數(shù)左移BCD數(shù)×2+進(jìn)位十進(jìn)制數(shù)調(diào)整字節(jié)數(shù)到？位數(shù)到？返回YYNN 圖4-4 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)流程圖二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制流程圖如圖4-4所示。在計(jì)算機(jī)中，任何數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制形式出現(xiàn)，并在計(jì)算機(jī)中處理的。但是通過(guò)外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)采用的是其他形式的數(shù)據(jù)，由于頻率計(jì)的顯示部分是用的1602LCD液晶顯示器，它不可以直接顯示二進(jìn)制數(shù)據(jù)，所以單片機(jī)要把P0、P2口讀入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以被顯示器識(shí)別并顯示的十進(jìn)制數(shù)據(jù)。4.5 顯示子程序設(shè)計(jì)開(kāi)始初始化系統(tǒng)時(shí)鐘初始化I/O端口初始化LCD模塊取顯示數(shù)據(jù)，將其顯示在第一行LCD切換到第二行取顯示數(shù)據(jù)，將其顯示在第二行

29、是否繼續(xù)顯示數(shù)據(jù)？結(jié)束YN圖4-5 1602LCD顯示程序流程圖顯示子程序流程圖如圖4-5所示。數(shù)據(jù)由單片機(jī)的P0、P2口讀入，由單片機(jī)的P1口送出，被液晶顯示器接收，顯示器工作狀態(tài)由單片機(jī)的P3口控制，P3.7口控晶顯示器的4腳，4腳為RS，是寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)間選擇指令寄存器。P3.6腳控制顯示器的5腳，5腳為RW，是讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)間可以寫入指令或者顯示地址，RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。P3.5腳控制顯示器的6腳，6腳為E端，是使能端，當(dāng)E端高電平

30、跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。在液晶顯示器開(kāi)始工作之前要先初始化系統(tǒng)時(shí)鐘，再初始化I/O端口，最后初始化1602LCD模塊。在數(shù)據(jù)從單片機(jī)讀入后，先將數(shù)據(jù)顯示在液晶模塊的第一行，隨后切換到第二行顯示。5 結(jié)論本課題設(shè)計(jì)的頻率計(jì)采用單片機(jī)AT89C51智能化控制，充分利用單片機(jī)內(nèi)部硬件資源和軟件功能，大大減少了硬件電路的復(fù)雜性，使電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔,有利于提高頻率計(jì)的工作可靠性。另外，用AT89C51 單片機(jī)替換傳統(tǒng)的頻率計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于升級(jí)，能充分改善原有設(shè)備的性能，提高測(cè)試精度。參考文獻(xiàn)1 胡漢才, 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M. 清華大學(xué)出版社, 1997 -3. 35412 

31、;毛謙敏，吳洪譚.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005:163 3 萬(wàn)福軍.單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001:201 4 涂時(shí)亮，張友德。單片微機(jī)MCS-51用戶手冊(cè)。上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1990:167 5 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).第二版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996:223 6 高海生，楊文渙.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全.成都：西南交通大學(xué)出版社，1996:193 附錄A：電路圖附錄B：頻率計(jì)總程序 Q0000:MOVSP,#60H ；堆

32、棧設(shè)置 Q0003:SETBP3.3 ；打開(kāi)定時(shí)器開(kāi)關(guān)SETBP3.5 ；啟動(dòng)定時(shí)器MOVP1,#01H ；清屏，PI口接1602的DB7-DB0，P1寫入控制字ACALLQ01DC ；等代LCD不忙MOVP1,#0CH ；顯示器開(kāi)、光標(biāo)開(kāi)、閃爍開(kāi)，即為P1寫入控制字ACALLQ01DCMOVR0,#EFHQ0013:NOP；延時(shí)DJNZR0,Q0013 ；延時(shí)R0個(gè)周期MOVTMOD,#05H ；定時(shí)器方式一，啟動(dòng)了T0Q0019:MOVP0,#FFH ；P0置高M(jìn)OVP2,#FFH；P0P2端口賦值，P2置高電平MOVTL0,#00H；清計(jì)數(shù)器MOVTH0,#00HCLRP3.3 ；INT

33、1=0有效SETBTR0；啟動(dòng)計(jì)數(shù)器0SETBP3.2；開(kāi)計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)MOVR0,#0AHMOVR1,#32HMOVR2,#50HMOVR3,#02HNOP；延時(shí)NOPNOPNOPNOPQ0038:MOVR1,#32H ；延時(shí)R0*32H*50H*02HNOPNOPNOPNOPNOPNOPQ0040:MOVR2,#50HQ0042:MOVR3,#02HQ0044:NOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPDJNZR3,Q0044DJNZR2,Q0042DJNZR1,Q0040DJNZR0,Q0038CLRP3.2；INT0=0,關(guān)閉計(jì)數(shù)器開(kāi)關(guān)，停止計(jì)數(shù)值更新NOPNOPNOPCLRTR0 ；關(guān)閉計(jì)

34、數(shù)器，在R0*32H*50H*02H延時(shí)內(nèi)計(jì)數(shù)；讀入計(jì)數(shù)值 MOV20H,P0 ；讀P0口數(shù)值MOV21H,P2 ；讀P2口數(shù)值MOV22H,TL0 ；取計(jì)數(shù)值低位MOV23H,TH0 ；取計(jì)數(shù)值高位SETBP3.3 ；INT1=1,打開(kāi)定時(shí)器開(kāi)關(guān)；多(四)字節(jié)二轉(zhuǎn)十,入口R0為二進(jìn)制低位字節(jié)地址指針,R7為字節(jié)數(shù),出口R1為BCD碼結(jié)果低位字節(jié)地址指針 MOVR0,#20HMOVR1,#30HMOVR7,#04HMOVA,R0MOVR5,AMOVA,R1MOVR6,AMOVA,R7MOVR3,AINCR3CLRA ；累加器清零Q0077:MOVR1,AINCR1DJNZR3,Q0077MOV

35、A,R7MOVB,#08H ；將立即數(shù)8送入B中MULAB ；A、B相乘，結(jié)果送入A中，A=32MOVR3,AQ0081:MOVA,R5MOVR0,AMOVA,R7MOVR2,ACLRCQ0086:MOVA,R0RLCAMOVR0,AINCR0DJNZR2,Q0086MOVA,R6MOVR1,AMOVA,R7MOVR2,AINCR2Q0091:MOVA,R1 ；得到低位數(shù)據(jù)ADDCA,R1 ；累加DAA ；十進(jìn)制調(diào)整MOVR1,A ；保存數(shù)據(jù)INCR1 ；進(jìn)一步循環(huán)得到第二位、第三位、第四位數(shù)據(jù)等DJNZR2,Q0091DJNZR3,Q0081MOVR0,#30HMOVR1,#24HQ009E

36、:MOVA,R0ANLA,#0FHORLA,#30HMOVR1,AMOVA,R0ANLA,#F0HRLARLARLARLAORLA,#30HINCR1MOVR1,AINCR0INCR1CJNER0,#36H,Q009E；從高往低判斷，不是0就開(kāi)始顯示 MOV2EH,#20HMOVR1,#2DHCJNER1,#30H,Q00F4MOVR1,#20HDECR1CJNER1,#30H,Q00F4MOVR1,#20HDECR1CJNER1,#30H,Q00F4MOVR1,#20HDECR1CJNER1,#30H,Q00F4MOVR1,#20HDECR1CJNER1,#30H,Q0112MOVR1,#2

37、0HDECR1CJNER1,#30H,Q0112MOVR1,#20HDECR1CJNER1,#30H,Q0112MOVR1,#20HDECR1CJNER1,#30H,Q0130MOVR1,#20HDECR1CJNER1,#30H,Q0130MOVR1,#20HDECR1CJNER1,#30H,Q0130AJMPQ016FQ00F4:MOVR0,#23HMOVR0,#4DHDECR0MOVR0,#48HDECR0MOVR0,#7AHDECR0MOVR0,#20HMOVA,2CHMOV2DH,AMOVA,2BHMOV2CH,AMOVA,2AHMOV2BH,AMOV2AH,#2EHAJMPQ013DQ0112:MOVR0,#23HMOVR0,#4BHDECR0MOVR0,#48HDECR0MOVR0,#7AHDECR0MOVR0,#20HMOVA,29HMOV2AH,AMOVA,28HMOV29H,AMOVA,27HMOV28H,AMOV27H,#2EHAJMPQ013DQ0130:MOVR0,#23HMOVR