數(shù)字頻率計設(shè)計報告

1、簡易數(shù)字頻率計的設(shè)計報告 撰寫人 ：XXX 工 號 ：XXX 日 期 ：2009年7月30日第一部分 MCU芯片選型 1.1 79F166芯片介紹 SH79F166是一種高速高效率8051可兼容單片機(jī)。在同樣振蕩頻率下，較之傳統(tǒng)的8051芯片它有著運行更快速的優(yōu)越特性。SH79F166保留了標(biāo)準(zhǔn)8051芯片的大部分特性，如：內(nèi)置256字節(jié)RAM，1個UART和外置中斷INT0，INT1。此外，SH79F166還集成了外部256字節(jié)RAM，可兼容8052芯片的16位定時器/計數(shù)器（Timer2）。該單片機(jī)還包括適合于程序和數(shù)據(jù)的16 K字節(jié)Flash塊。SH79F166不僅集成了如EUART和S

2、PI等標(biāo)準(zhǔn)通訊模塊，還集成了LCD、LED驅(qū)動器，具有內(nèi)建比較功能的ADC，PWM定時器等實用模塊。此外，芯片還帶有低功耗工作方式等。 1.2 選取芯片的依據(jù) 本設(shè)計的要求是制作一個簡易的數(shù)字頻率計，根據(jù)設(shè)計要求，可以用到79F166芯片的如下特征：一內(nèi)建LED驅(qū)動LED驅(qū)動器包含一個控制器，一個占空比發(fā)生器及4 /8 個COM輸出引腳和8個Segment輸出引腳。支持1/4 占空比和1/8占空比電壓驅(qū)動方式。通過DISPSEL位對驅(qū)動模式進(jìn)行選擇?？刂破饔娠@示數(shù)據(jù)RAM存儲區(qū)和一個占空比發(fā)生器組成。LED SEG1-SEG8腳還可以當(dāng)作I/O口使用。當(dāng)DISPSEL位置1時，LED功能有效。

3、P1SS寄存器和P3SS寄存器分別用于控制LED_SEG1-8，LED_C1 LED_C8和I/O端口模式的選擇。二SH79F166內(nèi)建看門狗定時器（WDT），可通過對其特殊功能寄存器的設(shè)置，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，便于程序的調(diào)試，減小軟件程序跑飛引起的麻煩。三具有豐富的定時器，定時器不僅可以實現(xiàn)對輸入脈沖的計數(shù)，還可以工作于定時狀態(tài)，實現(xiàn)定時采集。與傳統(tǒng)8052定時器相比，SH79F166除了定時器2功能類似之外，新增了定時器3和定時器4，使得定時器在實現(xiàn)上更加簡單。四SH79F166具有豐富的中斷源：5個外部中斷（INT0，INT1，INT2， INT3，INT4），INT4共4個中斷源（I

4、NT40-43共用一個向量地址），3個定時器中斷（定時器2，3和4），1個EUART中斷，ADC中斷，SPI中斷和PWM中斷（3個PWM中斷源共用一個中斷向量地址）和SCM中斷。五SH79F166整合帶數(shù)字比較功能的ADC模塊，ADC模塊整合數(shù)字比較功能可以比較ADC中的模擬輸入的值與數(shù)字值。如果允許數(shù)字比較功能（在ADCON 寄存器中的EC位置1），并且ADC模塊使能 （在ADCON寄存器中的ADON位置1），只有當(dāng)相應(yīng)的模擬輸入的數(shù)字值大于寄存器中的比較值（ADDH/L）時，才會產(chǎn)生ADC中斷。當(dāng)GO/置1時，數(shù)字比較功能會持續(xù)工作，直到GO/清0。這一點與模數(shù)轉(zhuǎn)換工作方式不同。 第二部分

5、 設(shè)計規(guī)格書 2.1 系統(tǒng)特性l 采用與基于單片8bit的增強(qiáng)型微處理器SH79F166。l 工作電壓：5V。l 系統(tǒng)時鐘：12MHz。l 采用定時器2實現(xiàn)對脈沖輸入的計數(shù)。l 采用定時器3實現(xiàn)定時采集功能。l 采用定時器4實現(xiàn)溢出閃爍功能。l I/O口為21CMOS雙向引腳。l 輸入引腳內(nèi)建上拉電阻。l 通過寫內(nèi)部RAM地址實現(xiàn)LED8段數(shù)碼管顯示功能。l CPU機(jī)器周期為1個振蕩時鐘周期。 2.2 硬件系統(tǒng)的實現(xiàn) 圖1 系統(tǒng)的電路原理圖 系統(tǒng)的電路原理示意圖如圖1所示。主要包含電源電路，LED顯示電路，振蕩電路，信號采集處理電路和JTEG接口電路。 其中振蕩電路采用的是外部12MHz晶振作

6、為本系統(tǒng)的時鐘源。LED顯示電路使用了2個2位共陰極8段數(shù)碼顯示管用于顯示采集到的頻率值。由于SH79F166帶有LED驅(qū)動，通過芯片內(nèi)部硬件電路實現(xiàn)對LED的動態(tài)掃描，故而可以直接連接到LED數(shù)碼管引腳。 信號的采集處理電路首先通過電解電容隔直處理，去除了信號中包含的直流成份，交流信號又通過三極管的放大進(jìn)入單片機(jī)的計數(shù)引腳，其中放大電路主要工作在于靜態(tài)工作點的設(shè)置。驅(qū)動電路的簡圖如圖2所示：圖2 信號處理電路設(shè)計圖 信號處理電路首先通過隔直電容除去了原始測量信號中的直流偏置成分，電阻R3，R4用于設(shè)置三極管的靜態(tài)工作點，保證三極管的集電極電壓在2.5V左右，電阻R5和R6構(gòu)成放大倍數(shù)，使輸入

7、小信號時可以得到較大的輸出電壓。電容C9為旁路電容。 2.3 抗干擾設(shè)計系統(tǒng)的硬件部分采取的抗干擾措施如下。1. 為達(dá)到很好的抗噪聲效果，系統(tǒng)中將晶振，復(fù)位電路等容易產(chǎn)生噪聲的部分相互靠近，經(jīng)電容退耦緊靠MCU，且避免在晶振下方走信號線。2. 電源輸入接104電容及10100uF電解電容進(jìn)行退耦。3. 面包板的走線按照從輸入到輸出的走向走直線，盡量避免環(huán)形的走向。 第三部分 使用說明書 3.1 系統(tǒng)的主要功能和特性系統(tǒng)的功能是檢測2020KHz的正弦波信號頻率，輸入信號參數(shù)Vpp=0.23V、bias=-1.51.5V。檢測到的頻率值通過四位有效位顯示，分兩檔計頻，當(dāng)輸入頻率在1Hz999Hz

8、范圍時，顯示為0.0010.999；當(dāng)輸入頻率在1KHz19.99Hz范圍時，顯示為01.0019.99；當(dāng)沒有頻率信號輸入時，顯示0.000；當(dāng)輸入頻率大于19.99KHz（不包含19.99Hz），顯示19.99Hz并保持閃爍（閃爍頻率為2Hz）。 3.2 系統(tǒng)的設(shè)置 系統(tǒng)使用簡單方便，不需要通過外部按鍵控制，只要讓系統(tǒng)上電，將信號從輸入端輸入，系統(tǒng)自動識別信號頻率，并以相應(yīng)的顯示方式進(jìn)行顯示，顯示刷新頻率為1秒。第四部分 軟件設(shè)計4.1 軟件流程圖主程序流程圖顯示子程序定時器2、3中斷子程序第五部分 測試報告5.1 系統(tǒng)測試1. 儀器使用：RIGOL DG2041信號發(fā)生器，9V直流穩(wěn)壓電

9、源2. 輸入信號頻率在119.99KHz，Vpp=210mV3V，bias=-1.5+1.5V時顯示均正常，當(dāng)信號幅值Vpp正好位于200mV時，信號頻率采集發(fā)生偏差，此時所測信號不準(zhǔn)。5.2 方案改進(jìn)在200mV的Vpp時，信號在放大后并不是理論上的20倍，得到的是一個Vpp將近3V的沒有失真的正弦波信號，由于波峰在靜態(tài)工作點時剛好在單片機(jī)所能識別的高電平處，因而造成小部分峰值沒有被單片機(jī)識別，得到的頻率信號就小于實際頻率值。方案改進(jìn)的辦法可以通過增加一個比較器，如LM339，比較器一端的接參考電平2.5V，令一端接三極管集電極輸出信號，由于信號的Vpp達(dá)到3V之多，比較器可以很好的分辨信號

10、頻率，由于時間限制，此部分可以在以后補上。 第六部分 軟件程序#include <sh79f166.h>typedef unsigned char UCHAR;typedef unsigned int UINT;unsigned char code LED_TAB = 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07, 0x7F,0x6F,0x00; /0123456789'space'/*數(shù)碼管顯示RAM設(shè)置*/unsigned char xdata COM1 _at_ 0x01E0;unsigned char xdata COM2

11、_at_ 0x01E1;unsigned char xdata COM3 _at_ 0x01E2;unsigned char xdata COM4 _at_ 0x01E3;/*函數(shù)聲明部分*/void initialMCU(void);void LEDDisplay(UINT value);void EnableTimer2(void);void DisableTimer2(void);void EnableTimer3(void);void DisableTimer3(void);/*全局變量定義部分*/bit Over20k_Flag;bit StartSample_Flag;bit Ov

12、er65535_Flag;UINT Disp_F_data;void main()initialMCU();while(1)if(StartSample_Flag)StartSample_Flag = 0;EnableTimer2();EnableTimer3(); LEDDisplay(Disp_F_data);void initialMCU(void)/CLOCK settingCLKCON = 0x00; /fsys = OSC = 12MHz/LED settingDISPCON = 0xC0; DISPCLK0 = 0x6E;DISPCLK1 = 0x01;P1SS = 0xFF;P

13、3SS = 0x0F;/T3 T4 settingINSCON = 0x40; /選擇特殊功能寄存器頁1TL3 = 0xE5; /定時1s 0xFFFF-1s/(256/12MHz) = 0x48E5TH3 = 0x48;T3CON = 0x34; /0011 0100 256分頻,T3開始計數(shù)TL4 = 0x73; /定時0.5 0xFFFF-0.5s/(256/12MHz) = 0xA473TH4 = 0xA4;T4CON = 0x32; /0010 0010 256分頻,T4開始計數(shù)INSCON = 0x00; /選擇特殊功能寄存器頁0IPL1 = 0x50;EA = 1; /打開總中斷

14、StartSample_Flag = 1;Over65535_Flag = 0;void LEDDisplay(UINT value) UINT disp_num = value;if(disp_num>=19992)IEN1 |= 0x40; /打開定時器4中斷if(Over20k_Flag)COM1 = LED_TAB1; /display "19.99"COM2 = LED_TAB9 | 0x80;COM3 = LED_TAB9;COM4 = LED_TAB9;elseCOM1 = LED_TAB10; /display " "COM2 =

15、LED_TAB10;COM3 = LED_TAB10;COM4 = LED_TAB10;else IEN1 &= 0xBF; /禁止定時器4中斷if(disp_num<1000) /1999HzCOM1 = LED_TAB0 | 0x80;COM2 = LED_TABdisp_num/100;COM3 = LED_TAB(disp_num%100)/10;COM4 = LED_TABdisp_num%10;else /1K20KHzif(disp_num>=10000)disp_num = (disp_num+8)/10;elsedisp_num = (disp_num+5

16、)/10;COM1 = LED_TABdisp_num/1000;COM2 = LED_TAB(disp_num%1000)/100 | 0x80;COM3 = LED_TAB(disp_num%100)/10;COM4 = LED_TABdisp_num%10;void EnableTimer2(void)TL2 = 0;TH2 = 0;T2MOD = 0x00;T2CON = 0x07; / Timer 2 is 16-bit counter, counter modeET2 = 1; /enable timer 2 interruptTR2 = 1; /enable timer 2void DisableTimer2(void) TR2 = 0; /disable timer 2ET2 = 0; /disable timer 2 interruptvoid EnableTimer3(void)IEN1 = 0x10; /打開定時器3中斷,改為在需要時打開/*中斷服務(wù)程序部分*/void TIME2_INT() interrupt 5 /定時器2的中斷號為5.Over65535_Flag = 1;TR2 = 0;void TIME3_INT() interrupt