基于51單片機的數(shù)字頻率計

1、摘 要本方案主要以單片機為核心，主要分為時基電路，復(fù)位電路，顯示電路三大部分，設(shè)計以單片機為核心，利用單片機的計數(shù)器和定時器的功能對被測信號進行計數(shù)。編寫相應(yīng)的程序可以使單片機自動調(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。本頻率計設(shè)計簡潔，便于攜帶，擴展能力強，適用范圍廣。關(guān)鍵詞:單片機，運算，頻率計，LED數(shù)碼管。ABSTRACTThe program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping

2、 circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, 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 o

3、r triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the 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 co

4、re, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube 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

5、, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application.Key words: microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube。目 錄摘 要1ABSTRACT2目 錄3第一章 引言41.1 數(shù)字頻率計概述41.2 頻率測量儀的設(shè)計思路與頻率的計算41.3 基本設(shè)計原理5第二章 數(shù)字頻率計（低頻）的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)

6、計62.1 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成62.2 系統(tǒng)工作原理圖62.3 信號調(diào)理及放大整形模塊72.4 時基信號產(chǎn)生電路82.5時基信號的產(chǎn)生原理：82.6 顯示模塊9第三章 軟件設(shè)計113.1中斷控制113.2定時器/計數(shù)器113.3程序流程圖設(shè)計12主程序流程12總結(jié)14參考文獻15附錄 A16附錄 B17第一章 引言本應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的目的是通過在“單片機原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識，以及查閱資料，培養(yǎng)一種自學(xué)的能力。并且引導(dǎo)一種創(chuàng)新的思維，把學(xué)到的知識應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。在設(shè)計的過程中，不斷的學(xué)習(xí)，思考和同學(xué)間的相互討論，運用科學(xué)的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，學(xué)會對常見

7、問題的處理方法，積累設(shè)計系統(tǒng)的經(jīng)驗，充分發(fā)揮教學(xué)與實踐的結(jié)合。全能提高個人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。1.1 數(shù)字頻率計概述數(shù)字頻率計是計算機、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。它是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計。本數(shù)字頻率計將采用定時、計數(shù)的方法測量頻率，采用一個1602A LCD顯示器動態(tài)顯示6 位數(shù)。測量范圍從1Hz1

8、0kHz 的正弦波、方波、三角波，時基寬度為1us,10us,100us,1ms。用單片機實現(xiàn)自動測量功能?；驹O(shè)計原理是直接用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對正弦波、方波、三角波的頻率進行自動的測量。1.2 頻率測量儀的設(shè)計思路與頻率的計算頻率測量儀的設(shè)計思路主要是：對信號分頻，測量一個或幾個被測量信號周期中已知標(biāo)準頻率信號的周期個數(shù)，進而測量出該信號頻率的大小，其原理如下圖1所示。 若被測量信號的周期為，分頻數(shù)m1，分頻后信號的周期為T，則：T=m1Tx 。由圖可知： T=NTo（注：To為標(biāo)準信號的周期，所以T為分頻后信號的周期，則可以算出被測量信號的頻率f

9、。）由于單片機系統(tǒng)的標(biāo)準頻率比較穩(wěn)定，而是系統(tǒng)標(biāo)準信號頻率的誤差，通常情況下很小；而系統(tǒng)的量化誤差小于1，所以由式T=NTo可知，頻率測量的誤差主要取決于N值的大小，N值越大，誤差越小，測量的精度越高。1.3 基本設(shè)計原理基本設(shè)計原理是直接用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對正弦波、方波、三角波的頻率進行自動的測量。所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是將被測信號變成脈沖信號，其重復(fù)頻率等于被測頻率fx。時間基準信號發(fā)生器提供標(biāo)準的時間脈

10、沖信號，若其周期為1s，則門控電路的輸出信號持續(xù)時間亦準確地等于1s。閘門電路由標(biāo)準秒信號進行控制，當(dāng)秒信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路。秒信號結(jié)束時閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。由于計數(shù)器計得的脈沖數(shù)N 是在1 秒時間內(nèi)的累計數(shù)，所以被測頻率fx=NHz。第二章 數(shù)字頻率計（低頻）的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成本頻率計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要元器件是單片機AT89C51，由它完成對待測信號頻率的計數(shù)和結(jié)果顯示等功能，外部還要有分頻器、顯示器等器件?？煞譃橐韵聨讉€模塊：放大整形模塊、秒脈沖產(chǎn)生模塊、換檔模擬轉(zhuǎn)換模塊、單片機系統(tǒng)、LCD顯示模塊。各模塊關(guān)系圖如圖2所示：

11、2.2 系統(tǒng)工作原理圖該系統(tǒng)工作的總原理圖如圖3所示：圖 3 數(shù)字頻率計系統(tǒng)工作原理圖2.3 信號調(diào)理及放大整形模塊放大整形系統(tǒng)包括衰減器、跟隨器、放大器、施密特觸發(fā)器。它將正弦輸入信號Vx 整形成同頻率方波Vo,幅值過大的被測信號經(jīng)過分壓器分壓送入后級放大器，以避免波形失真。由運算放大器構(gòu)成的射級跟隨器起阻抗變換作用，使輸入阻抗提高。同相輸入的運算放大器的放大倍數(shù)為（R1+R2）/R1，改變R1 的大小可以改變放大倍數(shù)。系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，整形后的方波送到閘門以便計數(shù)。由于輸入的信號幅度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對于輸入信號的測量就不方便了，過大可能會把器件燒毀，過小

12、可能器件檢測不到，所以在設(shè)計中采用了這個信號調(diào)理電路對輸入的波形進行阻抗變換、放大限幅和整形，信號調(diào)理部分電路具體實現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如下圖4所示：2.4 時基信號產(chǎn)生電路CD4013-雙上升沿D觸發(fā)器，引腳及功能見如下圖5：CD4013 由兩個相同的、相互獨立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。每個觸發(fā)器有獨立的數(shù)據(jù)置位復(fù)位時鐘輸入和 Q 及Q 非輸出。此器件可用作移位寄存器，且通過將Q非輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計數(shù)器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在D 輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復(fù)位或復(fù)位線上的高電平完成。 圖 5 CD4013 芯片引腳用功能圖CD4060-14位二進制串行計數(shù)器CD406

13、0 由一震蕩器和14極二進制串行計數(shù)器位組成，震蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC 或晶振電路。CR 為高電平時，計數(shù)器清零且振蕩器使用無效，所有的計數(shù)器位均為主從觸發(fā)器 CP1 非（和 CP0）的下降沿計數(shù)器以二進制進行計數(shù)，在時鐘脈沖線上使用施密特觸發(fā)器對時鐘上升和下降時間無限制。2.5時基信號的產(chǎn)生原理：本電路采用32768HZ 晶體震蕩器，利用CD4060 芯片經(jīng)過14 級分頻得到2HZ的信號（32768/214），在經(jīng)過CD4013雙D 觸發(fā)器經(jīng)過二分頻得到0.5HZ的方波，即輸出秒脈沖信號使單片機進行計數(shù)。圖六秒脈沖產(chǎn)生電路原理圖2.6 顯示模塊1602 基本技術(shù)：1）、主要功能A、 40通道點

14、陣LCD 驅(qū)動;B、可選擇當(dāng)作行驅(qū)動或列驅(qū)動;C、輸入/輸出信號:輸出,能產(chǎn)生20×2個LCD 驅(qū)動波形;輸入,接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號,偏壓(V1V6);D、通過單片機控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來。2）技術(shù)參數(shù)2.1）極限參數(shù)表2.2） 電參數(shù)表3）引腳和指令功能模塊引腳功能表4）顯示位與DD RAM 地址的對應(yīng)關(guān)系 第三章 軟件設(shè)計主要能過編寫軟件來控制硬件完成以下各模塊的功能：3.1中斷控制由于在程序設(shè)計中用到中斷方式，所以我們在此對單片機中斷系統(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或單片機應(yīng)用最多的一種數(shù)據(jù)傳送方式。在通常情況下，單片機

15、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)運行。單片機的這一種工作過程稱為中斷方式。3.2定時器/計數(shù)器（1）定時器控制寄存器（TCON）TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時控制?，F(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計數(shù)溢出標(biāo)志位當(dāng)計數(shù)器計數(shù)溢出（計滿）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)向中斷服務(wù)程序時由硬件自動清“0”。R0和TR1定時器運行控制位TR

16、O（TR1）=0停止定時器/計數(shù)器工作TRO（TR1）=1啟動定時器/計數(shù)器工作（2）工作方式控制寄存器（TMOD）TMOD寄存器是一個專用寄存器，用于設(shè)定兩個定時器/計數(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）（4）EA中斷允許總控制位ET0和ET1定時/計數(shù)中斷定時器/計數(shù)器提供給用戶使用的有：8位計數(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。

17、一共有六個中斷標(biāo)志位。（5）定時器/計數(shù)器對輸入信號的要求定時器/計數(shù)器的兩個作用是用來精確的確定某一段時間間隔（作定時器用）或累計外部輸入的脈沖個數(shù)（作計數(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/計數(shù)器中累計（或事先設(shè)置）的脈沖個數(shù)，即可計算出所定時間的長度。3.3程序流程圖設(shè)計主程序流程主程序流程圖如圖示：頻率放大讀取當(dāng)前計數(shù)值重新啟動T0、T1中斷，重新進行測量結(jié)果顯示YNKey=1開始3.3.2 中斷流程T1中斷流程圖如下圖所示：T0中斷流程圖如下圖所示：總結(jié)數(shù)字頻率計是計算機、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。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安

18、裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經(jīng)常使用到。通過本次課程的設(shè)計，不但加深我對在課程上所學(xué)到的單片機理論知識的認識和理解，重新讓自己認識到了這門學(xué)科的在應(yīng)用方面的廣闊前景，并且通過知識與應(yīng)用于實踐的結(jié)合更加豐富了自己的知識。擴展了知識面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識，而且對其他專業(yè)的知識也有所了解，而且較系統(tǒng)的掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，因而自身的綜合素質(zhì)有了全面的提高。經(jīng)過這次一個較完整的產(chǎn)品設(shè)計和制作過程，對于認識到自己在知識方面存在的不足，明確今后的學(xué)習(xí)方向是非常有益的，為將來的的就業(yè)提前打了下堅實的基礎(chǔ)。在設(shè)計過程中，得到了我的指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)

19、與幫助，還有其他老師和同學(xué)的大力支持和協(xié)助，在此一并表示衷心的感謝。 參考文獻1李華單片機實用接口技術(shù)M. 航空航天大學(xué)出版社. 2006.2張鵬王雪梅. 單片機原理與應(yīng)用實例教程M. 海軍出版社. 2007.3赫建國等. 單片機在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用M. 清華大學(xué)出版社. 2005.4康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M. 高等教育出版社. 19985吳清平. 單片機原理與應(yīng)用實例教程M. 海軍出版社. 2008.附錄 A附錄 B #include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsigned l

20、ong count=0;int i=0, x=0;sbit RS=P10;sbit RW=P11;sbit E=P25;sbit dula=P26;sbit wela=P27;unsigned int shu=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0X35,0x36,0x37,0x38,0x39; /數(shù)字的ASCII碼放在數(shù)組中uchar code table="made by Li Houmin"uchar num;void delay(int count) /延時int p; while(count-) for(p=0;p<110;p+);void w

21、rite_com(unsigned int n) /寫指令RS=0;P0=n;delay(5); E=1; delay(5); E=0;void write_data(unsigned char t)/寫數(shù)據(jù) RS=1;P0=t;delay(5); E=1; delay(5); E=0;void time1_int(void) interrupt 3TH1=TL1=0; TR1=1; x+;void time0_int(void) interrupt 1 TH0=(65535-50000)/256; /裝初值,定時50ms TL0=(65535-50000)%256; i+; if(i=20)

22、 /1s時間已到 i=0; TR1=0; /關(guān)閉計數(shù)器1 count=65536*x+256*TH1+TL1; x=0; TH1=TL1=0; /重新裝初值 TR1=1; /重新啟動計數(shù)器器1 void show() write_com(0x85);write_data(shucount/100000); delay(5);/在第一行第五列顯示十萬位write_com(0x86);write_data(shu(count/10000)%10);delay(5);/顯示萬位write_com(0x87);write_data(shu(count/1000)%10);delay(5);/顯示千位write_com(0x88); write_data(shu(count/100)%10);delay(5);/顯示百位write_com(0x89)