基于51單片機的數(shù)字頻率計設(shè)計報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄34455553.2 芯片主要性能5 系統(tǒng)調(diào)試摘要： 數(shù)字頻率計是現(xiàn)代科研生產(chǎn)中不可或缺的測量儀器，它以十進制數(shù)顯示被測頻率，基本功能是測量正弦信號，方波信號，及其它各種單位時間內(nèi)變化的物理量。本系統(tǒng)采用AT89S52單片機智能控制，結(jié)合外圍電子電路，設(shè)計的頻率計性能穩(wěn)定。在軟件設(shè)計上采用了單片機的C語言設(shè)計，通過單片機內(nèi)部定時/計數(shù)器同時動作，在測量頻率時將測頻率和測周期相結(jié)合,提高了頻率計的測量準(zhǔn)確性。 測量結(jié)果在四位七段式數(shù)碼管上輸出顯示，結(jié)果精確到整數(shù)位。頻率計的軟件設(shè)計,系統(tǒng)軟件設(shè)計簡單明了,適用于測量頻率從19999Hz的脈沖信號，超頻自動報警，安全可

2、靠。關(guān)鍵詞：數(shù)字頻率計；AT89S52單片機；信號；AT89S52最小系統(tǒng)板；LG5011BSR正文1. 概述 單片機是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種面向控制的大規(guī)模集成電路模塊，具有功能強、體積小、可靠性高、價格低廉等特點，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，極大的提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化程度。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在線系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯

3、片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 本項目以AT89S52為基本控制元件，能夠?qū)?9999Hz頻段內(nèi)的正弦信號，方波信號，及其它各種單位時間內(nèi)變化的物理量進行初略測量，可應(yīng)用于教學(xué)實驗，學(xué)生自主實驗等對頻率精確度要求不高的場合，也可應(yīng)用于家用情況下頻率的初步獲取。在科技高度發(fā)達的今天，作為一名工科的大學(xué)生，一款簡易的頻率測量儀器，人手必備。2.總體設(shè)計方案2.1 軟件：采用Keil uVision3做為開發(fā)工具，進行編程設(shè)計，通過progisp2.0將程序下載到開發(fā)板芯片中。2.2設(shè)計思路：利用AT8

4、9S52 內(nèi)部的定時/計數(shù)器0,和定時/計數(shù)器1 結(jié)合完成,在初化AT89S5時,把定時/計數(shù)器0設(shè)置為計數(shù)方式,計數(shù)的信號來源于單片機的引腳P35,定時/計數(shù)器1設(shè)置為定時方式.上電后按下按鍵kye1(P20),去抖啟動，同時開始T1的定時過程和T0的計數(shù)過程,T1 定時20ms,設(shè)置定時中斷，當(dāng)T1第20次進入中斷定時結(jié)束時,停止T0 的計數(shù)過程。之后通過讀取T0的計數(shù)值N,就可以知道在1s內(nèi)輸入信號的頻率為val。若T1定時不到1s，T0計數(shù)到65536溢出，則進入計數(shù)中斷，蜂鳴器報警。輸出頻率蜂鳴器報警計數(shù)溢出按下按鍵計頻率 圖一 程序控制方框圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1主板【簡要說明】 3

5、.1.1 尺寸：長128mm寬87mm高18mm3.1.2 支持芯片：AT89S51/S52/S53 支持STC89C51/C52/C53（加 轉(zhuǎn)換板可使用ATMEGA8/48、ATMEGA16/32）3.1.3 工作電壓：直流4.55.5伏3.1.4 單片機標(biāo)準(zhǔn)十針下載接口。（可使用并口下載線和USB下載線 下載） 3.1.5 特點：(1)具有電源指示。       (2)所以I/O口以引出并有LED燈指示。       (3)四位數(shù)碼管顯示、四位按鍵輸入、32位

6、LED發(fā)光二極 管顯示。(4）標(biāo)準(zhǔn)的11.0592M晶振。（晶振可以插拔更換）       (5)具有上電復(fù)位和手動復(fù)位。       (6)四種供電接口（USB供電、端子引入供電、排針引入供電、電源頭接口供電）       (7)串口通信使用MAX232接口，同時可以下載STC單片機程序。3.2 芯片主要性能:l 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容l 8K字節(jié)在線系統(tǒng)可編程Flash存儲器l

7、 1000次擦寫周期l 4.0V-5.5V工作電壓l 全靜態(tài)操作：0Hz33Hzl 三級加密程序存儲器l 256*8字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器l 32個可編程I/O口線l 三個16位定時器/計數(shù)器l 八個中斷源l 全雙工UART串行通道l 低功耗空閑和掉電模式l 掉電后中斷可喚醒 圖二 芯片管腳示意圖l 看門狗定時器l 雙數(shù)據(jù)指針l 掉電標(biāo)識符l 快速編程周期l 靈活I(lǐng)SP編程（字節(jié)和 模式）l 綠色（-免費）工作包操作3.3 功能特性描述:AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在線系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80

8、C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方

9、式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。3.4 引腳描述:VCC : 電源GND: 地P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“

10、1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.2MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用） 表1 P1口第二功能說明P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)

11、部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，

12、p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的 原因，將輸出電流（IIL）。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。Port PinAlternate FunctionsP3.0RXD (serial input port)P3.1TXD (serial output port)P3.2INT0 (external interrupt 0)P3.3INT1 (external interrupt 1)P

13、3.4T0 (timer 0 external input)P3.5T1 (timer 1 external input)P3.6WR (external data memory write strobe)P3.7RD (external data memory read strobe)表2 P3口第二功能說明RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下， 復(fù)位高電平有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激

14、活。定時器0 和定時器1：在AT89S52 中，定時器0 和定時器1 的操作與AT89C51 和AT89C52 一樣。圖三 頻率計系統(tǒng)組成圖開始4.系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 初始定義按下key1判別成功與 否4.2 子程序設(shè)計a. 畫流程圖 b編譯數(shù)碼顯示延時，按鍵去抖延時 T0計數(shù)T1計時c數(shù)碼管掃描 d記時20ms中斷（再次賦初值）T0中斷 e計數(shù)溢出中斷 f. 對記時，計數(shù)，中斷初始化T1中斷顯示 圖四 流程圖4.3 主要源程序#include<reg52.h> /庫文件#define uchar unsigned char/宏定義無符號字符型#define uint unsign

15、ed int /宏定義無符號整型/*初始定義*/Code unchar seg7code10= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /顯示段碼 不加code，默認(rèn)在數(shù)據(jù)存儲器256buchar wei4=0XEf,0XDf,0XBf,0X7f; /位的控制端 (四位數(shù)碼管)sbit key1=P20;uint tcnt=0; /計中斷int th0,t0,val=0;sbit sound=P37; /蜂鳴器/*延時函數(shù)*/void delay(uchar t) uchar i,j; for(i=0;i<t;i+) for(

16、j=13;j>0;j-);void delay_2ms() uchar l,k; for(l=0;l<0;l+) for(k=0;k<254;k+); /*顯示函數(shù)*/ void Led(int date) /顯示函數(shù)/*數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換*/ uint z,x,c,v; z=date/1000; /求千位 x=date%1000/100; /求百位 c=date%100/10; /求十位 v=date%10; /求個位 P2=0XFF; P0=seg7codez; P2=wei0; delay(80); P2=0XFF; P0=seg7codex; P2=wei1; delay(80

17、); P2=0XFF; P0=seg7codec; P2=wei2; delay(80); P2=0XFF; P0=seg7codev; P2=wei3; delay(80); P2=0XFF;/*定時中斷服務(wù)函數(shù)*/void t1(void) interrupt 3 using 0 /定時中斷服務(wù)函數(shù) p23 ,p46 tcnt+; /每過50ms tcnt 加一 if(tcnt=20) /計滿20 次（1 秒）時 th0=TH0; /讀計數(shù)值 t0=TL0; val=th0*256+t0; /換算計數(shù)值 tcnt=0;/重新再計TH0=(65535-9999)/256;TL0=(65535

18、-9999)%256; TH1=(65535-50000)/256; /對TH1 TL1 賦值 TL1=(65535-50000)%256; void t00() interrupt 1 /計數(shù)中斷 sound=sound;/計數(shù)溢出中斷void init()TMOD=0x15; /定時器1工作方式1，計數(shù)器0工作方式1IE=0X8A; TR1=1; /開始計時TR0=1; /開始計數(shù) TH1=(65535-50000)/256; /對TH1 TL1 賦值TL1=(65535-50000)%256; TH0=(65535-9999)/256; TL0=(65535-9999)%256;/*主函

19、數(shù)*/void main() if(!key1) delay_2ms(); if(!key1) init(); while(1) Led(val); /*結(jié)束*/5.系統(tǒng)調(diào)試5.1 程序準(zhǔn)備:頻率計程序，脈沖源程序5.2 檢測硬件芯片：數(shù)碼管，按鍵，蜂鳴器5.3 調(diào)試： 5.3.1下載程序到板，導(dǎo)線連接脈沖源一P20到頻率計P34， 顯示頻率在91.92.83,99間跳變，復(fù)位。 5.3.2 調(diào)入脈沖源二，頻率顯示穩(wěn)定，復(fù)位。 5.3.3 調(diào)整脈沖源二程序，超頻，蜂鳴器報警。 5.3.4 再次調(diào)入脈沖源一，塞選頻段，顯示穩(wěn)定在91,92Hz。 5.3.5 調(diào)試結(jié)束。5.4 測試結(jié)果：可以準(zhǔn)確測

20、量從1到9999Hz占空比較為穩(wěn)定的信號源，超過此頻率范圍，系統(tǒng)報警。5.5 問題:開始時，未給定時器附初值，頻率顯示過大，用不同的板測試接果不同，頻率過大時結(jié)果出錯，蜂鳴器不報警。 解決方案:（1） 賦初值:示波器檢測信號源一，頻率為91.3Hz，以此為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整程序如下：void t1(void) interrupt 3 using 0 tcnt+; if(tcnt=20) th0=TH0; t0=TL0; val=th0*256+t0; tcnt=0;/TH0=(65535-9999)/256;/添加初始值TL0=(65535-9999)%256; TH1=(65535-50000)/25

21、6;/添加初始值 TL1=(65535-50000)%256; (2)查看晶振:同一批的板中晶振有12M的,也有16M的，因而頻率不同。（3）蜂鳴器缺少晶振，換版后添加計數(shù)中斷如下： void T0() interrupt 1 /計數(shù)中斷 sound=sound;/計數(shù)溢出中斷設(shè)計體會在此次單片機項目設(shè)計的過程中，我進一步認(rèn)識到全面專業(yè)知識以及邏輯思考方式對研究問題的重要性，以及成功最重要的一塊敲門磚是不妥協(xié)，不放棄！雖然這門課修過公選，但時隔一年本就不大熟的知識更加淡漠，完成整體設(shè)計頗費周折。在這過程中書到用時方恨少，天下還是好人多同學(xué)和老師的幫助給了我莫大的動力。在這三周中，有時一天中翻專

22、業(yè)書的次數(shù)比前三周理論學(xué)習(xí)時合起來翻的次數(shù)都多，對理論聯(lián)系實際的重要性有了更新的領(lǐng)悟。在設(shè)計過程中也從網(wǎng)絡(luò)上獲取許多寶貴的資源，每種設(shè)計都有獨到之處，通過請教他人加上自己的理解，并與所學(xué)的知識緊密相結(jié)合，我相信這過程必然對我今后的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生積極的影響。除了獲取新的知識，深感鞏固舊的學(xué)問也很重要，尤其是結(jié)合了這幾年學(xué)的相關(guān)的專業(yè)知識，對各門課都做一個全面的溫習(xí)，才不用帶著書柜跑。這不僅對我現(xiàn)在的學(xué)習(xí)乃至今后的工作都會有很大的幫助。本次選擇設(shè)計的定時數(shù)字頻率計，因為受材料和個人知識水平的限制只能滿足滿足一般的測量要求，且電路在測試復(fù)雜信號時存在一定的問題，頻率只能穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，雖可以通過選

23、取特定的頻段來排除頻率變化較復(fù)雜區(qū)段的干擾，但這樣針對不同的信號源都要重新調(diào)整程序，過于復(fù)雜。而更精確的頻率計設(shè)計，現(xiàn)有水平還不能達到，所以本次就未深入涉及。希望老師給以評點和支持，我將在今后朝著這些方向?qū)W習(xí)奮斗。7.參考文獻【1】盧勝利，郝立果，丁峰等. 單片機原理與應(yīng)用技術(shù)實踐M.北京：機械工業(yè)出版社，2009.5；【2】謝自美.電子線路設(shè)計M.武昌：華中科技大學(xué)出版社，2000.7 ；【3】張永瑞.電子測量技術(shù)基礎(chǔ)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.【4】李春.數(shù)字頻率計設(shè)計D.北京：邵陽電子廠，2011,02: 4頁到7頁；【5】張杰，楊艷麗，馬莉莉，張立倩.基于單片機C語言的

24、數(shù)字頻率計設(shè)計 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，第28卷，第二期，2007年6月。附錄1 總體電路圖附錄2 實驗板元器件分布圖附錄3 測頻程序一/* =直流電機的PWM速度控制程序= */ /* 晶振采用11.0592M,產(chǎn)生的PWM的頻率約為91Hz */ #include<reg52.h> #include<math.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit en1=P20; /* Enable A */ sbit s1=P22; /* Input 1 */ sbit s2=P23; /* Inp

25、ut 2 */ uchar t=0; /* 中斷計數(shù)器 */ uchar m1=0; /* 電機1速度值 */ uchar tmp1; /* 電機當(dāng)前速度值 */ /* 電機控制函數(shù) index-電機號(1,2); speed-電機速度(-100100) */ void motor(uchar index, char speed) if(speed>=-100 && speed<=100) if(index=1) /* 電機1的處理 */ m1=abs(speed); /* 取速度的絕對值 */ if(speed<0) /* 速度值為負(fù)則反轉(zhuǎn) */ s1=0; s2=1; else /* 不為負(fù)數(shù)則正轉(zhuǎn) */ s1=1; s2=0; void delay(uint j) /* 簡易延時函數(shù) */ for(j;j>0;j-); void main() char i; TMOD=0x02; /* 設(shè)定T0的工作模式為2 */ TH0=0x9B; /* 裝入定時器的初值 */ TL0=0x