基于單片機的數(shù)字頻率計

1、摘要摘要 本論文主要從AT89C51單片機為核心設計的一種頻率計。被測的信號送入單片機的定時計數(shù)器里進行計數(shù)，獲得頻率值；最后，把測得的頻率值送至LCD1602顯示屏顯示。利用單片機設計的數(shù)字頻率計，實現(xiàn)了測得正弦波、鋸齒波、三角波的頻率。 關(guān)鍵詞：單片機（關(guān)鍵詞：單片機（AT89C51） 、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理 、LCD16021 緒論緒論 在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。 2 數(shù)字頻率計的硬件設計數(shù)字頻率計的硬件設計 本頻率計有AT89C51負責數(shù)據(jù)的采集，且完成對待測信號頻率的計數(shù)、計數(shù)處理、結(jié)果顯

2、示等功能，外部還要有信號處理、LCD顯示器等器件。2.1 單片機控制模塊單片機控制模塊 AT89C51單片機為控制核心，對被測信號進行處理。利用其內(nèi)部的定時計數(shù)器完成待測信號周期頻率的測量頻率。各個引腳功能 1、VCC（40）：接5V電源； 2：GND（20）：接地線； 3：XTAL1（19腳）XTAL2（20腳）：外接晶振（18腳輸出，19腳輸入）； 單片機是一種時序的工作方式，必須跟隨著脈沖信號的高低電平才能工作。因此它的內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生電路，其實是在單片機的內(nèi)部有一個非門，外部接入電容和晶振就可以振蕩，也可以應用外部的時鐘信號來驅(qū)動單片機，外部信號由XTAL1輸入，XTAL2懸空不用。

3、 時鐘產(chǎn)生的近似正弦波，經(jīng)過內(nèi)部整形電路整成方波供整個單片機工作。 4、PSEN（29腳）：片外ROM選通信號，低電平有效； 5、ALE/PROG（30腳）：地址鎖存信號輸入端/EPROM編程脈沖輸入端； 6、RESET/VPD（9腳）：復位信號輸入端/備用電源輸入端； 單片機執(zhí)行程序都是從地址0000H開始的，所以在進入系統(tǒng)時必須對CPU進行復位，有時候程序運行錯誤或操作錯誤，系統(tǒng)會處于鎖死的狀態(tài)為了擺脫這樣的狀態(tài)也必須對單片機進行復位。 復位的方法比較簡單：只要在RESET腳上加一個持續(xù)時間為24個振蕩周期（兩個機器周期）的高電平就可以了。 7、EA/VPP（31腳）：內(nèi)/外部ROM選擇端

4、； 8、P0口（39-32腳）：雙向IO口P00-P07（P0口無上拉電阻，作輸出用需要接上拉電阻）； 9、P1口（1-8腳）：準雙向通用IO口； 10、P2口（21-28腳）：準雙向通用IO口； 11、P3口（10-17腳）：準雙向通用IO口； P3口的第二功能： 其中P3.4為定時器/計數(shù)器T0外部計數(shù)脈沖輸入端； P3.5為定時器/計數(shù)器T1外部計數(shù)脈沖輸入端； 2.2 分頻模塊分頻模塊 所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間（1s）內(nèi)重復變化的次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期性信號的重復變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T。 本論文單片機設計頻率計采用單片機自帶的計數(shù)器對輸入脈

5、沖進行計數(shù)，當計數(shù)器工作在計數(shù)方式時，通過外部計數(shù)輸入引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）對外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。當檢測到脈沖信號有高電平跳變到低電平時，計數(shù)器加1。但于檢測一個由“1”到“0”的跳變需要兩個機器周期，前一個機器周期測出“1”，后一個周期測出“0”。故輸入時鐘信號的最高頻率不得超過單片機晶振頻率的二十四分之一。若晶振頻率為12MHZ，則最高計數(shù)頻率為0.5MHZ，因此輸入的時鐘信號最高頻率不得高于0.5MHZ。2.3 顯示模塊顯示模塊 2.3.1 LCD1602簡介簡介 LCD1602是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，它由若干個5X7或

6、者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。LCD1602是=顯示的內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊。2.3.2 LCD1602與與51單片機的接法單片機的接法2.3.3 LCD1602管腳功能管腳功能 第1腳：VSS為電源地 第2腳：VDD接5V電源正極 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平(1)時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平(0)

7、時選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。2.3.4 LCD1602基本指令基本指令 下表是LCD1602的內(nèi)部顯示地址 比如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1,所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該40H+80H=C0H3 數(shù)字頻率計的軟件設計數(shù)字頻率計的軟件設計 3.1 T1的的1

8、s定時定時 本次設計選用定時器T1完成定時功能，選用方式2時最多也只能定時： （256-0）*12/12MHZ=256s 顯然不能滿足定時1 S的要求，可以采用T2定時250s，連續(xù)循環(huán)定時4000次即可完成1s的定時，用一個計數(shù)單元N存放循環(huán)的次數(shù)，每一次循環(huán)單元自加1，當加到4000次時則1s定時到。其程序流程圖如下圖所示。開始 T1初始化定時250S啟動定時器T1定時到產(chǎn)生中斷循環(huán)次數(shù)N+ N=4000NY1S定時到采集數(shù)據(jù)結(jié)束 3.2 T0的計數(shù)原理的計數(shù)原理 本次設計選用計數(shù)器T0完成計數(shù)功能，每當?shù)街袛鄷r，判斷定時器T0的計數(shù)單元是否等于4000。若是，則采集數(shù)據(jù)；若否，繼續(xù)計數(shù)。其程序流程圖如下圖所示。開始 T0初始化置初值為0計數(shù)開始計數(shù)產(chǎn)生中斷 1s定時是否到N1S定時到采集數(shù)據(jù)結(jié)束 3.3 軟件工作原理軟件工作原理 將輸入的波形送至單片機的T0計數(shù)器輸入口，打開定時器1，初始化定時器1，將單片機的內(nèi)部定時器T1定時為1S，此時T0輸入口在1s內(nèi)所計數(shù)到的脈沖個數(shù)即為該信號的頻率。最后將該計數(shù)脈沖個數(shù)經(jīng)單片機處理送至LCD顯示。4 測試測試 實驗數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)(輸入波形為正弦波輸入波形為正弦波) 波形發(fā)生器輸出頻率（HZ） 1050100 500 1000 5000 10000 30000頻率計測量值（Hz） 105010