簡易頻率計(jì)-單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

簡易頻率計(jì)—單片機(jī)課程設(shè)計(jì)簡易頻率計(jì)—單片機(jī)課程設(shè)計(jì)簡易頻率計(jì)—單片機(jī)課程設(shè)計(jì)簡易頻率計(jì)—單片機(jī)課程設(shè)計(jì)編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:課程名稱：單片機(jī)應(yīng)用課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：簡易頻率計(jì)的設(shè)計(jì)院系：電氣工程專業(yè)：年級：姓名：指導(dǎo)教師：年月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)姓名學(xué)號開題日期：年月日完成日期年月日題目簡易頻率計(jì)的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)的目的頻率計(jì)作為測量儀器的一種，它的基本功能是測量信號的頻率和周期頻率計(jì)的應(yīng)用范圍很廣，但是目前,市場上有各種多功能、高精度、高頻率的數(shù)字頻率計(jì),但價(jià)格不菲。為適應(yīng)工作的需要,可以用一種較小規(guī)模和單片機(jī)(AT89C51)相結(jié)合的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案,不但切實(shí)可行,而且體積小、設(shè)計(jì)簡單、成本低、精度高、可測頻帶寬，大大降低了設(shè)計(jì)成本和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，將外部的頻率脈沖信號通過單片機(jī)計(jì)數(shù)端輸入，由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0負(fù)責(zé)定時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1負(fù)責(zé)對被測信號計(jì)數(shù)，該頻率計(jì)的測量范圍為1Hz~65534Hz，被測脈沖信號的頻率可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，通過LCD液晶顯示模塊對被測信號的頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。該系統(tǒng)包括被測頻率脈沖信號、單片機(jī)晶振電路、以AT89C51單片機(jī)為核心的頻率測量模塊、LCD液晶顯示模塊。三、指導(dǎo)教師評語四、成績指導(dǎo)教師(簽章)年月日摘要在電子領(lǐng)域內(nèi),頻率是一種最基本的參數(shù),由于頻率信號抗干擾能力強(qiáng)、易于傳輸，可以獲得較高的測量精度。因此,頻率的測量就顯得尤為重要，測頻方法的研究越來越受到重視。

頻率計(jì)作為測量儀器的一種，常稱為電子計(jì)數(shù)器，它的基本功能是測量信號的頻率和周期頻率計(jì)的應(yīng)用范圍很廣,它不僅應(yīng)用于一般的簡單儀器測量,目前,市場上有各種多功能、高精度、高頻率的數(shù)字頻率計(jì),但價(jià)格不菲。

為適應(yīng)實(shí)際工作的需要,本次設(shè)計(jì)給出了一種設(shè)計(jì)方案,不但切實(shí)可行,而且體積小、設(shè)計(jì)簡單、成本低、精度高、可測頻帶寬，大大降低了設(shè)計(jì)成本和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。設(shè)計(jì)主要以AT89C51單片機(jī)為控制核心，將外部的頻率脈沖信號通過單片機(jī)計(jì)數(shù)端輸入，由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0負(fù)責(zé)定時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1負(fù)責(zé)對被測信號計(jì)數(shù)，該頻率計(jì)的測量范圍為1Hz~65534Hz，被測脈沖信號的頻率可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，通過LCD液晶顯示模塊對被測信號的頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。該系統(tǒng)包括被測頻率脈沖信號、單片機(jī)晶振電路、以AT89C51單片機(jī)為核心的頻率測量模塊、LCD液晶顯示模塊。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；AT89C51；脈沖信號；LCD顯示模塊目錄摘要 2第1章引言 3研究的目的和意義 3

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4基本原理 4測頻原理 4頻率計(jì)的基本原理 5總體設(shè)計(jì)思路 6具體模塊 6第3章硬件電路設(shè)計(jì) 7AT89C51主控制器模塊 7主要特性 8管腳說明 8晶振電路 10頻率脈沖信號 10LCD液晶顯示模塊 11第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 11頻率測量模塊 11液晶顯示模塊 15第5章頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試與仿真 19KEIL中對程序的調(diào)試 19Protues中對系統(tǒng)的仿真 19附錄 23總結(jié) 28參考文獻(xiàn) 29第1章引言研究的目的和意義頻率測量是電子學(xué)測量中最為基本的測量之一。由于頻率信號抗干擾性強(qiáng)，易于傳輸，因此可以獲得較高的測量精度。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測量成為一項(xiàng)越來越普遍的工作，測頻原理和測量方法的研究正受到越來越多的關(guān)注。頻率計(jì)的主要功能是測量周期信號的頻率。其基本原理就是用閘門計(jì)數(shù)的方式測量脈沖個(gè)數(shù)。頻率計(jì)首先必須獲得相對穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測信號轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別的脈沖信號，然后通過計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在電子測量領(lǐng)域中，頻率測量的精確度是最高的，可達(dá)10—10E-13數(shù)量級。由于大規(guī)模和超大規(guī)模數(shù)字集成電路技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合，頻率計(jì)發(fā)展進(jìn)入了智能化和微型化的新階段。其功能進(jìn)一步擴(kuò)大，除了測量頻率、頻率比、周期、時(shí)間、相位、相位差等基本功能外，還具有自撿、自校、自診斷、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算方均根值、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)通信等功能。此外，還能測量電壓、電流、阻抗、功率和波形等。

國際國內(nèi)通用數(shù)字頻率計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)：1、足夠?qū)挼臏y量范圍。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，特別是高速芯片技術(shù)的發(fā)展，有些頻率計(jì)數(shù)器能夠直接測量。2、高精度和高分辨率。精度是指測量的準(zhǔn)確程度，即儀器的讀數(shù)接近實(shí)際信號頻率的程度，精度越高測量越準(zhǔn)確。3、晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度，是決定頻率計(jì)測量誤差的一個(gè)重要指標(biāo)。4、輸入靈敏度。輸入靈敏度是指在側(cè)頻范圍內(nèi)能保證正常工作的最小輸入電壓第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)基本原理測頻原理所謂“頻率”就是周期性信號在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)，就是“在單位時(shí)間內(nèi)對被測信號進(jìn)行計(jì)數(shù)”。我們將被測的頻率脈沖信號直接送到單片機(jī)的計(jì)數(shù)輸入端，由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0負(fù)責(zé)定時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1負(fù)責(zé)對被測信號計(jì)數(shù)，一旦T0定時(shí)時(shí)間到，立刻終止T1的計(jì)數(shù)，此時(shí)T1的計(jì)數(shù)值便是單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測得這個(gè)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。我們將T0的定時(shí)時(shí)間設(shè)為1s，當(dāng)T0定時(shí)滿1s后，立即停止T1計(jì)數(shù)，此時(shí)T1的計(jì)數(shù)值即為被測信號的頻率。定時(shí)待測信號丟失 <T丟失圖2-1頻率測量原理圖在計(jì)數(shù)時(shí)會出現(xiàn)圖2-1所示的丟失脈沖的情況。第一個(gè)丟失的脈沖是由于開始檢測時(shí)脈沖寬度已小于機(jī)器周期T；第二個(gè)丟失的脈沖的負(fù)跳變在定時(shí)之外。定時(shí)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)脈沖丟失，將引起測量精度降低。脈沖頻率越低，這種誤差越大。顯然對于較低頻率的脈沖測量不適合采用測量頻率法。而我們本次設(shè)計(jì)就是采用這種測量頻率法對被測脈沖信號進(jìn)行頻率測量，為解決圖一中脈沖的丟失這個(gè)問題，我們在程序設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)開始與脈沖上升沿的同步控制。頻率計(jì)的基本原理頻率計(jì)最基本的工作原理為：當(dāng)被測信號在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測信號的頻率f=N/T。在一個(gè)測量周期過程中，被測周期信號在輸入電路中經(jīng)過放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門的一個(gè)輸入端。主門另外一個(gè)輸入端為時(shí)基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門的期間，特定周期的窄脈沖才能通過主門，從而進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的顯示電路則用來顯示被測信號的頻率值，內(nèi)部控制電路則用來完成各種測量功能之間的切換并實(shí)現(xiàn)測量設(shè)置.圖2-2頻率計(jì)原理圖總體設(shè)計(jì)思路頻率計(jì)是一種專門對被測信號頻率進(jìn)行測量的電子測量儀器，是我們經(jīng)常會用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一，頻率的測量實(shí)際上就是在單位時(shí)間內(nèi)對脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值就是信號頻率。本文介紹了一種基于單片機(jī)的電子頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法,此電子頻率以AT89C51單片機(jī)為控制核心，可將外部的頻率脈沖信號通過單片機(jī)計(jì)數(shù)端輸入，由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0負(fù)責(zé)定時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1負(fù)責(zé)對被測信號計(jì)數(shù)，一旦T0定時(shí)時(shí)間到，立刻終止T1的計(jì)數(shù)，此時(shí)T1的計(jì)數(shù)值便是單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，我們將T0的定時(shí)時(shí)間設(shè)為1s，當(dāng)T0定時(shí)滿1s后，立即停止T1計(jì)數(shù)，此時(shí)T1的計(jì)數(shù)值即為被測信號的頻率。該頻率計(jì)的測量范圍為1Hz~65534Hz，被測脈沖信號的頻率可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，通過LCD液晶顯示模塊對被測信號的頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。具體模塊根據(jù)上述系統(tǒng)分析，該系統(tǒng)包括被測頻率脈沖信號、單片機(jī)晶振電路、以AT89C51單片機(jī)為核心的頻率測量模塊、LCD液晶顯示模塊。各模塊作用如下：1.脈沖信號：就是被測信號，可以隨時(shí)調(diào)整其頻率，以便于單片機(jī)測量。2.單片機(jī)晶振電路：由于單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘方式是用芯片內(nèi)部振蕩電路，精度不高，溫飄也較大，外部時(shí)鐘，分RC振蕩和石英晶振，RC精度不高，成本低，石英晶振，精度高，穩(wěn)定性好，故我們采用單片機(jī)的晶振電路提供時(shí)鐘信號。頻率測量模塊：主要負(fù)責(zé)對脈沖信號的計(jì)數(shù)，并且驅(qū)動LCD顯示模塊實(shí)時(shí)顯示測量值。液晶顯示模塊：對單片機(jī)測量的頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。綜上所述頻率計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)由被測頻率脈沖信號、單片機(jī)晶振電路、以AT89C51單片機(jī)為核心的頻率測量模塊、LCD液晶顯示模塊等組成，頻率計(jì)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2-3所示。圖2-3頻率計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖第3章硬件電路設(shè)計(jì)AT89C51主控制器模塊電子頻率計(jì)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，可將外部的頻率脈沖信號通過單片機(jī)計(jì)數(shù)端輸入，由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0負(fù)責(zé)定時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1（）負(fù)責(zé)對被測信號計(jì)數(shù)，一旦T0定時(shí)時(shí)間到，立刻終止T1的計(jì)數(shù)，此時(shí)T1的計(jì)數(shù)值便是單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，我們將T0的定時(shí)時(shí)間設(shè)為1s，當(dāng)T0定時(shí)滿1s后，立即停止T1計(jì)數(shù)，此時(shí)T1的計(jì)數(shù)值即為被測信號的頻率。圖3-1AT89C51主控模塊主要特性AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位的漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。晶振電路由于單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘方式是用芯片內(nèi)部振蕩電路，精度不高，溫漂也較大，外部時(shí)鐘，分RC振蕩和石英晶振，RC精度不高，成本低，石英晶振，精度高，穩(wěn)定性好，故我們采用單片機(jī)的晶振電路提供時(shí)鐘信號。圖3-2晶振電路頻率脈沖信號頻率脈沖信號就是被測信號，可以隨時(shí)調(diào)整其頻率，以便于單片機(jī)測量，直接在protues左側(cè)工具條內(nèi)的一個(gè)GeneratorMode工具中選擇DCLOCK放置頻率脈沖信號（如圖3-3）。圖3-3頻率脈沖信號LCD液晶顯示模塊LCD液晶顯示器是一種被動式的顯示器，與LED不同，液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶在電壓作用下，能改變光線通過方向的特性而達(dá)到顯示白底黑字或黑底白字的目的。液晶顯示器具有微功耗、體積小、重量輕、超薄型等諸多其他顯示器件所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗系統(tǒng)中，得到越來越廣泛的應(yīng)用，目前市場上液晶顯示器種類繁多，按排列形狀可分為字段型、點(diǎn)陣字符型、點(diǎn)陣圖形型，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用點(diǎn)陣字符型LCD顯示器。字符型液晶顯示模塊組件內(nèi)部主要由LCD顯示屏（LCDPanel