基于單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)12

1、摘要 數(shù)字頻率計(jì)是數(shù)字電路中的一個(gè)典型應(yīng)用，實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)用到的器件較多，而且會(huì)產(chǎn)生比較大的延時(shí)，造成測(cè)量誤差、可靠性差。傳統(tǒng)的數(shù)字頻率計(jì)一般是由分離元件搭接而成，隨著單片機(jī)的大規(guī)模的應(yīng)用，單片機(jī)在頻率測(cè)量方面也越來越多的被使用。在本課題中使用的AT89S51 這種低功耗,高性能CMOS 8位單片機(jī)系列的單片機(jī)的出現(xiàn)，具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運(yùn)算精度，推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)，影響著人們的工作和學(xué)習(xí)。而本次設(shè)計(jì)就是要通過以AT89S51單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì)。單片機(jī)是將微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件全部集成在一塊半導(dǎo)體電路芯片上，具有功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、穩(wěn)定可靠、研制周

2、期短等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)數(shù)功能。頻率計(jì)裝置由單片機(jī)系統(tǒng)模塊，LED顯示模塊、MAX232串口通信模塊組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率進(jìn)行測(cè)試并在LED顯示出來。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)基于AT89S51單片機(jī)的頻率計(jì)裝置，設(shè)計(jì)sch電路原理圖，并根據(jù)原理圖完成硬件部分的制作，采用KEIL-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)編制C語言系統(tǒng)程序，最后通過綜合調(diào)試，能實(shí)現(xiàn)所有要求的功能，完全滿足本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵詞：頻率計(jì)；單片機(jī)；LED顯示；MAX232；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1 基于AT89S51單片機(jī)的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)裝置原理圖及其設(shè)計(jì)思路2單片機(jī)系統(tǒng)模塊原理設(shè)計(jì) 2

3、.1 AT89S51芯片介紹 2.2 AT89S51芯片管腳介紹 2.3 AT89S51復(fù)位電路原理2.4 AT89S51的時(shí)鐘2.5.1 P0口介紹 2.5.2 P1口介紹 2.5.3 P2口介紹 2.5.4 P3口介紹端口的負(fù)載能力和輸入/輸出操作 串行端口的基本特點(diǎn) 串行端口的工作方式 串行端口的控制寄存器 2.6 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作模式 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化 2.7 中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 3 硬件設(shè)計(jì) 3.1 LED顯示模塊設(shè)計(jì)原理 LED發(fā)光原理 種類和符號(hào) LED的特性3.2 LED數(shù)碼管介紹 LED數(shù)碼管原理結(jié)構(gòu)3

4、.2.2 LED數(shù)碼管工作方式靜態(tài)顯示方式 動(dòng)態(tài)顯示方式 LED顯示控制原理 3.3 MAX232芯片介紹 4 軟件設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與制作論文摘要: 本畢業(yè)論文代寫隨著無線電技術(shù)的發(fā)展與普及，“頻率”已經(jīng)成為廣大群眾所熟悉的物理量。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，頻率的測(cè)量就顯得更為重要。本設(shè)計(jì)介紹了以8051單片機(jī)為核心的頻率測(cè)量技術(shù), 給出了通過單片機(jī)系統(tǒng)的外部中斷和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器, 并采用測(cè)周法和測(cè)頻法來實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率測(cè)量以及通過擴(kuò)展鍵盤和顯示設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)頻率進(jìn)行測(cè)量的設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：頻率 單片機(jī) 分頻器引言隨著無線電技術(shù)的發(fā)展與普及，“頻率”已

5、經(jīng)成為廣大群眾所熟悉的物理量。而單片機(jī)的出現(xiàn)，更是對(duì)包括測(cè)頻在內(nèi)的各種測(cè)量技術(shù)帶來了許多重大的飛躍，然而，小體積、價(jià)廉、功能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)也在電子領(lǐng)域發(fā)揮非常重要的作用，極大的提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度。51系列單片機(jī)是國內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的一種8位單片機(jī)之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應(yīng)用。51系列及其衍生單片機(jī)還會(huì)在后繼很長(zhǎng)一段時(shí)間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場(chǎng)，因此，作為新世紀(jì)的大學(xué)生，在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，掌握單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、原理和使用是非常重要的。為此, 本文給出了一種以單片機(jī)為核心的頻率測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。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)

6、領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(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。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(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(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。1 概述測(cè)量頻率的方法一般分為無源測(cè)頻法、有源測(cè)頻法及電子計(jì)數(shù)法三種。無源測(cè)頻法 (又可分為諧振法和電橋法), 常用于頻率粗測(cè), 精度在1%左右。有源比較法可分為拍頻法和差頻法,前者是利用兩個(gè)信號(hào)線性疊加以產(chǎn)生拍頻現(xiàn)象,再通過檢測(cè)零拍現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)頻, 常用于低頻測(cè)量, 誤差在零點(diǎn)幾Hz; 后者則利用兩個(gè)非線性信號(hào)疊加來產(chǎn)生差頻現(xiàn)象, 然

7、后通過檢測(cè)零差現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)頻, 常用于高頻測(cè)量, 誤差在± 20 Hz左右。以上方法在測(cè)量范圍和精度上都有一定的不足, 而電子計(jì)數(shù)法主要通過單片機(jī)進(jìn)行控制。由于單片機(jī)的較強(qiáng)控制與運(yùn)算功能, 電子計(jì)數(shù)法的測(cè)量頻率范圍寬, 精度高, 易于實(shí)現(xiàn)。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件框圖頻率計(jì)的組成框圖如圖2-1所示，它是以單片機(jī)作為核心控制電路，主要有放大電路、整形電路、分頻電路、鍵盤和顯示組成，完成頻率的測(cè)量功能。當(dāng)頻率輸入后經(jīng)放大電路放大后進(jìn)入整形電路進(jìn)行整形，再由分頻器進(jìn)行分頻，再送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，最后有數(shù)碼管顯示頻率。2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計(jì)用STC89C51代替了以往使用的AT

8、89C51，功能更強(qiáng)，速度更快，壽命更長(zhǎng)，價(jià)格更低。STC89C51可以完成ISP在線編程功能，而AT89C51則不能。STC89C51有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口。STC89C51是一塊高性能單片機(jī)，它內(nèi)含128×8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬（2.55.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)。AT24C02具有PDIP、MSOP/TSSOP及SOIC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。最小系統(tǒng)是維持單片機(jī)，由于晶振、開關(guān)等器件無法集成到51芯片內(nèi)部，由

9、這些器件構(gòu)成的晶振電路和復(fù)位電路是單片機(jī)工作的所必須的兩個(gè)基本電路，對(duì)于8051內(nèi)由RAM、EPROM的系統(tǒng)來講，單片機(jī)與晶振電路及開關(guān)、電阻、電容等構(gòu)成的復(fù)位電路組成最小系統(tǒng)。對(duì)于8031機(jī)型來說，片內(nèi)不含有程序存儲(chǔ)器，所以除以上基本的配置外，必須外擴(kuò)片外的程序存儲(chǔ)器，再用到地址鎖存器，才能構(gòu)成最小系統(tǒng)。所以我們選用8051，這用的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。8051單片機(jī)中，XTALl、XTAL2 為片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，如圖2-3示?？刹捎檬⒕w或陶瓷振蕩器組成時(shí)鐘振蕩器，如需從外部輸入時(shí)鐘驅(qū)動(dòng) STC89C51，時(shí)鐘信號(hào)從 XTAL1 輸入，XTAL2 應(yīng)懸空。由于輸入到內(nèi)部電

10、路是經(jīng)過一個(gè) 2分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時(shí)鐘信號(hào)無需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時(shí)序規(guī)范。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號(hào)，為可靠起見電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位，有效的防止系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)料的現(xiàn)象，如無規(guī)律可循的“死機(jī)”、“程序走飛”等。 系統(tǒng)2.3 頻率測(cè)量電路本設(shè)計(jì)就是采用單片機(jī)電子計(jì)數(shù)法來測(cè)量頻率, 其系統(tǒng)硬件原理框圖如下為了提高測(cè)量的精度, 拓展單片機(jī)的測(cè)頻范圍, 本設(shè)計(jì)采取了對(duì)信號(hào)進(jìn)行分頻的方法。設(shè)計(jì)中采用兩片同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160來組成一個(gè)100分頻器。該100分頻器由兩個(gè)同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160和一個(gè)與非門74LS00共同設(shè)計(jì)而成。由于一個(gè)74LS160可以分頻十的一次方, 而當(dāng)?shù)谝黄?4LS160工作時(shí), 如果有進(jìn)位,輸出端TC便有進(jìn)位信號(hào)送進(jìn)第二片的CEP端, 同時(shí)CET也為高電平, 這樣兩個(gè)工作狀態(tài)控制端CET、CEP將同時(shí)為高電平, 此時(shí)第二片74LS160將開始工作。2.4 顯示電路顯示電路我選用共陰極數(shù)碼管，是由一個(gè)四位數(shù)碼管和二個(gè)一位數(shù)碼管組成。顯示主要包含了兩部分：段選和位選。在