畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的頻率計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：本課題以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)和制作一個(gè)頻率計(jì)數(shù)器，來(lái)完成對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)的頻率結(jié)果通過(guò)6位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示出來(lái)。要求能夠?qū)?250KHZ的信號(hào)頻率進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)誤差不超過(guò)±1HZ。設(shè)計(jì)要求：1. 設(shè)計(jì)方案要合理、正確；2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；3. 完成必要元器件選擇；4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試；5. 寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。主要設(shè)計(jì)條件1. MCS-51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)1臺(tái)；2. PC機(jī)及單片機(jī)調(diào)試軟件；3. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)板1套；4. 制作工具1套；5. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的元器件。說(shuō) 明 書(shū) 格 式課程設(shè)計(jì)封面課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)目 錄一、設(shè)計(jì)的內(nèi)容、要求及目的二、

2、系統(tǒng)總體方案選擇與說(shuō)明三、系統(tǒng)方框圖與工作原理四、各部分方案選定、功能及計(jì)算五、器件說(shuō)明六、應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)七、調(diào)試說(shuō)明、使用說(shuō)明八、設(shè)計(jì)總結(jié)九、參考文獻(xiàn) 附錄：程序清單，設(shè)計(jì)電路原理圖進(jìn) 度 安 排設(shè)計(jì)時(shí)間分為二周第一周星期一、上午：布置課題任務(wù)，課題介紹及講課。 下午：借閱有關(guān)資料，總體方案討論。星期二、確定總體方案，學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容。星期三、各部分方案設(shè)計(jì)。星期四、各部分設(shè)計(jì)。星期五、設(shè)計(jì)及上機(jī)調(diào)試。第二周星期一：設(shè)計(jì)及上機(jī)調(diào)試。星期二：調(diào)試，中期檢查。星期三：調(diào)試、寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。星期四-星期五上午：寫(xiě)說(shuō)明書(shū)、完成電子版并打印成稿。星期五下午：答辯。目 錄第1章 頻率計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) 1.1設(shè)

3、計(jì)內(nèi)容、要求及目的1.2 基本原理與總體方框圖6. 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1各部分方案及說(shuō)明 單片機(jī)部分 狀態(tài)譯碼器數(shù)據(jù)顯示電路第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 3.1.1 1s定時(shí) T1計(jì)數(shù)程序 進(jìn)制轉(zhuǎn)換 數(shù)碼顯示 3.2 程序調(diào)試第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)體會(huì)參考文獻(xiàn)附錄第1章 頻率計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)的內(nèi)容、要求及目的設(shè)計(jì)內(nèi)容：本課題以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)和制作一個(gè)頻率計(jì)數(shù)器，來(lái)完成對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)的頻率結(jié)果通過(guò)6位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示出來(lái)。要求能夠?qū)?250KHZ的信號(hào)頻率進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)誤差不超過(guò)±1HZ。 設(shè)計(jì)要求：1. 設(shè)計(jì)方案要合理、正確；2. 系統(tǒng)硬件設(shè)

4、計(jì)；3. 完成必要元器件選擇；4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試； 5.寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緫?yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識(shí)，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(shí)應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不斷的學(xué)習(xí)，思考和同學(xué)間的相互討論，運(yùn)用科學(xué)的分析問(wèn)題的方法解決遇到的困難，掌握單片機(jī)系統(tǒng)一般的開(kāi)發(fā)流程，學(xué)會(huì)對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題的處理方法，積累設(shè)計(jì)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合。全能提高個(gè)人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的綜合能力，開(kāi)拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2 基本原理與總體方框圖基本原理 頻率計(jì)數(shù)器的主要功能是測(cè)量周期信號(hào)的

5、頻率。頻率是單位時(shí)間（ 1S ）內(nèi)信號(hào)發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的 1S 時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)波形計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來(lái)，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。測(cè)量過(guò)程中定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1的工作方式設(shè)置，T1是工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下，對(duì)輸入的頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，在本次設(shè)計(jì)使用的98C51單片機(jī)，由于檢測(cè)一個(gè)由“1”到“0”的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，前一個(gè)機(jī)器周期測(cè)出“1”，后一個(gè)周期測(cè)出“0”。故輸入時(shí)鐘信號(hào)的最高頻率不得超過(guò)單片機(jī)晶振頻率的二十四分之一，最大計(jì)數(shù)值為fOSC/24，由于fOSC12MHz，因此：T1的最大計(jì)數(shù)頻率為0.5mHz。對(duì)于頻率的概念就是在一秒只數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，即為頻率值。所以T0工

6、作在定時(shí)狀態(tài)下，每定時(shí)1秒中到，就停止T0的計(jì)數(shù)，而從T0的計(jì)數(shù)單元中讀取計(jì)數(shù)的數(shù)值，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。送到數(shù)碼管顯示出來(lái)?？傮w方框圖 課題設(shè)計(jì)的是一種以單片機(jī)為主控制的頻率計(jì)。數(shù)字頻率計(jì)主要由以下幾部分組成：定時(shí)計(jì)數(shù)、采集數(shù)據(jù)、進(jìn)制轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示。 本課題主要是以單片機(jī)AT89C51為核心, 通過(guò)計(jì)數(shù)電路, 以及軟件程序的編寫(xiě), 實(shí)現(xiàn)脈沖頻率的顯示。頻率計(jì)系統(tǒng)總體框圖如下：外部脈沖信號(hào)關(guān)閉中斷 1s定時(shí) 同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)AT89C51單片機(jī)中斷響應(yīng)段選頻率數(shù)據(jù)采集進(jìn)制轉(zhuǎn)換數(shù)碼管顯示74LS138譯碼電路位選 圖1頻率計(jì)系統(tǒng)總體框圖 第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 此次設(shè)計(jì)要求制作一頻率計(jì)系統(tǒng)，需要使用的硬

7、件主要包括51單片機(jī)芯片，74LS138譯碼器和數(shù)碼管。另外還是用到排線若干，下載線及電源線。2.1 各部分方案選定、功能單片機(jī)部分 本次設(shè)計(jì)采用了AT89C51單片機(jī), AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。如圖2所示： 圖2 AT89C52引腳圖AT89C51擁有五個(gè)中斷源，當(dāng)有外部脈沖到來(lái)時(shí)可實(shí)現(xiàn)中斷的響應(yīng)，另外AT89C51擁有定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器（T0、T1），可實(shí)現(xiàn)定時(shí)與計(jì)數(shù)的功能。單片機(jī)AT89C51的P0、P2的4個(gè)8位并行I/O口可進(jìn)行外部存儲(chǔ)設(shè)備擴(kuò)展。 狀態(tài)譯碼器（74LS138） 圖3 74LS138譯碼器 74LS138

8、譯碼器輸出的狀態(tài)控制數(shù)碼管的亮與滅，它有6個(gè)狀態(tài)，連接到數(shù)碼管的位選，達(dá)到點(diǎn)亮數(shù)碼管點(diǎn)亮的要求。數(shù)據(jù)顯示電路圖4 顯示電路圖 數(shù)據(jù)顯示電路由限流電路和7段數(shù)碼管組成,采用器件LED 顯示器。本設(shè)計(jì)中采用了六個(gè)七段數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示, 將五個(gè)數(shù)碼管串接起來(lái)進(jìn)行顯示, 顯示數(shù)據(jù)即是對(duì)頻率計(jì)的測(cè)量結(jié)果。系統(tǒng)板上硬件連線：（1） 把“單片機(jī)系統(tǒng)”中的P0.0P0.7口連接動(dòng)態(tài)數(shù)碼的段選ABCDEFGH端口。（2） 把“單片機(jī)系統(tǒng)”中的P2.0P2.2與譯碼器74LS138的A、B、C、引腳相連，再把譯碼器經(jīng)“非門(mén)”與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的1、2、3、4、5、6端口用6芯排線連接 。（3） 把“單片機(jī)

9、系統(tǒng)”中的P3.5（T1）端子用導(dǎo)線連接到“頻率源”的端子上。 (4) 把P3.2（/INT1）與按鍵連接。 第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)3.1.1 1s定時(shí)采用T0定時(shí)50，連續(xù)循環(huán)定時(shí)20次即可完成1定時(shí)，用一個(gè)計(jì)數(shù)單元20H存放循環(huán)的次數(shù)，每一次循環(huán)20H單元自減1，當(dāng)20H單元為零時(shí)則1定時(shí)到時(shí)。其程序流程圖如圖5所示。 開(kāi)始初始化T0是否啟動(dòng)定時(shí)器等待中斷NY啟動(dòng)定時(shí)器產(chǎn)生中斷N20H-1=0？-重裝初值Y關(guān)閉中斷 結(jié)束 圖5 1s定時(shí)流程圖 T1計(jì)數(shù)程序 設(shè)計(jì)中T1采用計(jì)數(shù)功能，思路是除了計(jì)數(shù)器T1的TH1和TL1用于計(jì)數(shù)外，再選用一個(gè)計(jì)數(shù)單元23H，每當(dāng)計(jì)數(shù)器T1

10、溢出回零時(shí)產(chǎn)生中斷，中斷程序執(zhí)行23H單元自增1，這樣，當(dāng)一秒到時(shí)時(shí)采集的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，23H單元存放的是數(shù)據(jù)的最高位，TH1存放的是數(shù)據(jù)的次高位，TL1存放的是數(shù)據(jù)的最低位。當(dāng)然，這里所說(shuō)的“最高位”“次高位”以及“最低位”都是針對(duì)十六進(jìn)制而言的。T1計(jì)數(shù)程序的流程圖如圖6所示。 圖6 T1計(jì)數(shù)流程圖 進(jìn)制轉(zhuǎn)換算法的基本思路是：第一步將最高位的高半字節(jié)提出來(lái)，除以10，把商存儲(chǔ)起來(lái)，余數(shù)與最高位的低半字節(jié)組合成一個(gè)字節(jié)，再除以10，再存儲(chǔ)商，余數(shù)以此類(lèi)推，直到最后一次計(jì)算得到的余數(shù)即為十進(jìn)制數(shù)的個(gè)位；第二步把第一步存儲(chǔ)的商組合成一個(gè)字節(jié)，依次除以10，仍然把每次得到的商存儲(chǔ)起來(lái)，以此類(lèi)推最后一次

11、得到的余數(shù)即為十進(jìn)制數(shù)的十位；以后也是以此類(lèi)推得到十進(jìn)制數(shù)的百位、千位以上算法必須要注意的一個(gè)為題是，每次得到的余數(shù)與低位的半字節(jié)組合成一個(gè)字節(jié)時(shí)，余數(shù)必須放在該字節(jié)的高半字節(jié)，否則計(jì)算錯(cuò)誤。該本次頻率計(jì)系待測(cè)的時(shí)鐘信號(hào)的最高頻率為460800Hz，對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)為70800H，這里就以70800H轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)為例來(lái)說(shuō)明這種算法。第一步：用7H除以10，商0H余7H，把商0存儲(chǔ)在24H單元，余數(shù)7H與下一個(gè)字節(jié)08H的高半字節(jié)0H組合成一個(gè)字節(jié)70H。70H除以10，商BH余2H，把商BH存儲(chǔ)在25H單元，余數(shù)2H與8H組合成一個(gè)字節(jié)28H。28H除以10，商4H余0H，把商4H存儲(chǔ)在26

12、H單元，余數(shù)0H與0H組合成一個(gè)字節(jié)00H。00H除以10，商0H余0H，把商0H存儲(chǔ)在27H單元，余數(shù)0H與0H組合成一個(gè)字節(jié)00H。00H除以10，商0H余0H，把商0H存儲(chǔ)在28H單元，余數(shù)0即為所需十進(jìn)制數(shù)的個(gè)位。第二步：把存儲(chǔ)在24H與25H單元的商組合成一個(gè)字節(jié)0BH。0BH除以10，同第一步，存儲(chǔ)商，余數(shù)與下一個(gè)商組合成一個(gè)字節(jié)，再除以10，一次類(lèi)推得到十進(jìn)制數(shù)的十位0。第三步：方法同第二步，得到十進(jìn)制數(shù)的百位8。第四步：方法同第三步，得到十進(jìn)制數(shù)的千位0。第五步：方法同第四步，得到十進(jìn)制數(shù)的萬(wàn)位6和十萬(wàn)位4。最后得到了十進(jìn)制數(shù)460800。3.1.4 數(shù)碼顯示將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為相

13、應(yīng)的LED顯示的代碼，最容易實(shí)現(xiàn)的編程方法就是查表，因數(shù)碼管最多只需要顯示六位，只需要查六次表就可以了，圖7是將十進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的LED顯示代碼存入以60H為首單元的流程圖。圖7十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為顯示代碼流程圖3.2 程序的調(diào)試編寫(xiě)的頻率計(jì)總體程序編譯成HEX文件，寫(xiě)入51單片機(jī)內(nèi)，在觀察數(shù)碼管顯示的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)高位的“0”仍然能夠顯示，而通常十進(jìn)制的高位的“0”通常是省略的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要另外添加一段屏蔽高位的“0”的程序。具體程序編寫(xiě)如下：PINGBI: MOV 20H,#06H MOV R1,#55HPANDUAN:MOV A,R1 JNZ SCANNUM DEC R1 DEC 20H A

14、JMP PANDUAN 程序經(jīng)過(guò)調(diào)試以后，數(shù)碼管從高位第一位不為“0”的數(shù)開(kāi)始顯示。 參考文獻(xiàn)1、 單片機(jī)原理與應(yīng)用 王迎旭等編 機(jī)械工業(yè)出版社2、 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例 樓然苗等編 北京航空航天大學(xué)出版社3、 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教程 黃勤等編 重慶大學(xué)出版社4、微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用 劉樂(lè)善主編 華中科技大學(xué)出版社5、單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)陳光東等 華中科技大學(xué)出版社附錄1源程序清單：ADD A,25HMOV B,#0AHDIV ABMOV 24H,A ;存儲(chǔ)第一位商MOV A,BM EQU 15N EQU 5ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP CN

15、INT0ORG 000BHAJMP T0INTORG 001BHAJMP T1INTORG 0030HMAIN:MOV SP,#70H MOV IE,#8BH ;開(kāi)放EA、T1、T0中斷 MOV TMOD,#51H;初始化程序 MOV TH0,#3DH MOV TL0,#71H MOV 20H,#20 MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H MOV 21H,#00H MOV 22H,#00H MOV 23H,#00H SETB IT0 SJMP $CNINT0:SETB TR0 SETB TR1 RETIT0INT:DJNZ 20H,NEXT1;定時(shí)中斷服務(wù)程序 CLR TR1 C

16、LR TR0 MOV 22H,TH1 MOV 21H,TL1 AJMP TRANSBDNEXT1:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0HEXIT:RETIT1INT:INC 23H;計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序 RETITRANSBD:MOV SP,#70H;將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)MOV A,23HMOV B,#0AHDIV ABMOV 24H,A ;存儲(chǔ)第一位商MOV A,BMOV 30H,22HANL 30H,#0F0HADD A,30HSWAP AMOV B,#0AHDIV ABMOV 25H,A ;存儲(chǔ)第二位商MOV A,BSWAP AANL 22H,#0FHADD A,22HM

17、OV B,#0AHDIV ABMOV 26H,A ;存儲(chǔ)第三位商MOV A,BMOV 30H,21HANL 30H,#0F0HADD A,30HSWAP AMOV B,#0AHDIV ABMOV 27H,A ;存儲(chǔ)第四位商MOV A,BSWAP AANL 21H,#0FHADD A,21HMOV B,#0AHDIV ABMOV 28H,A ;存儲(chǔ)第五位商MOV 50H,B ;存儲(chǔ)十進(jìn)制數(shù)個(gè)位MOV A,24HSWAP ASWAP AADD A,26HMOV B,#0AHDIV ABMOV 25H,A ;存儲(chǔ)第二位商MOV A,BSWAP AADD A,27HMOV B,#0AHDIV ABMO

18、V 26H,A ;存儲(chǔ)第三位商MOV A,BSWAP AADD A,28HMOV B,#0AHDIV ABMOV 27H,A ;存儲(chǔ)第四位商MOV 51H,B ;存儲(chǔ)十進(jìn)制數(shù)十位MOV A,24HSWAP AADD A,25HMOV B,#0AHDIV ABMOV 24H,A ;存儲(chǔ)第一位商MOV A,BSWAP AADD A,26HMOV B,#0AHDIV ABMOV 25H,A ;存儲(chǔ)第二位商MOV A,BSWAP AADD A,27HMOV B,#0AHDIV ABMOV 26H,A ;存儲(chǔ)第三位商MOV 52H,B ;存儲(chǔ)十進(jìn)制數(shù)百位MOV A,24HSWAP AADD A,25HM

19、OV B,#0AHDIV ABMOV 24H,A ;存儲(chǔ)第一位商MOV A,BSWAP AADD A,26HMOV B,#0AHDIV ABMOV 25H,A ;存儲(chǔ)第二位商MOV 53H,B ;存儲(chǔ)十進(jìn)制數(shù)千位MOV A,24HSWAP AADD A,25HMOV B,#0AHDIV ABMOV 54H,B ;存儲(chǔ)十進(jìn)制數(shù)萬(wàn)位MOV 55H,A ;存儲(chǔ)十進(jìn)制數(shù)十萬(wàn)位DISPLAY:MOV R0,#60H;對(duì)60H-65H清零 MOV R1,#06HNEXT2: MOV R0,#00H INC R0DJNZ R1,NEXT2MOV R0,#50H;將數(shù)碼管要顯示的頻率送到60H開(kāi)頭的內(nèi)存MOV R1,#5FHMOV R2,#06HMOV DPTR,#TABNEXT3: MOV A,R0 MOVC A,A+DPTRINC R0INC R1MOV R1,ADJNZ R2,NEXT3PIN