單片機簡易頻率計課程設(shè)計

TOC\o"1-3"\h\u前言 2一、總體設(shè)計 3二、硬件設(shè)計 5AT89C51單片機及其引腳說明： 5顯示原理 7技術(shù)參數(shù) 8電參數(shù)表 8時序特性表 9模塊引腳功能表 9三、軟件設(shè)計 10四、調(diào)試說明 11五、使用說明 13結(jié)論 13參考文獻 13附錄 14Ⅰ、系統(tǒng)電路圖 14Ⅱ、程序清單 15前言單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用在生活中至關(guān)重要。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，信號頻率的測量在科技研究和實際應(yīng)用中的作用日益重要。傳統(tǒng)的頻率計通常是用很多的邏輯電路和時序電路來實現(xiàn)的，這種電路一般運行緩慢，而且測量頻率的范圍比較小?？紤]到上述問題，本論文設(shè)計一個基于單片機技術(shù)的數(shù)字頻率計。首先，我們把待測信號經(jīng)過放大整形；然后把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；最后把測得的頻率數(shù)值送入顯示電路里進行顯示。本文從頻率計的原理出發(fā)，介紹了基于單片機的數(shù)字頻率計的設(shè)計方案，選擇了實現(xiàn)系統(tǒng)得各種電路元器件，并對硬件電路進行了仿真。部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時會輸出一個低電流（IIL）?！2口：P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P2口的輸出緩沖能驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。當(dāng)向P2口寫1時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（IIL）?！2口在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如MOVX＠DPTR）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，P2口使用強大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出1時。當(dāng)利用8位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時（例MOVX＠R1）,P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)EPROM編程或校驗時，P2口同時接收高8位地址和一些控制信號?！3口：P3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P3口的輸出緩沖能驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。當(dāng)向P3口寫1時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（IIL）。P3口同時具有AT89C51的多種特殊功能，具體如下表1所示:端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INT0(外部中斷0)P3.3INT1(外部中斷1)P3.4T0(定時器0)P3.5T1(定時器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通道)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器都選通道)表1·RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位?！A/VPP:外部訪問允許。為了使單片機能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲器從0000H到FFFH單元的指令，EA必須同GND相連接。需要主要的是，如果加密位1被編程，復(fù)位時EA端會自動內(nèi)部鎖存?！LE/RPOG:當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低8位字節(jié)。當(dāng)在Flash編程時還可以作為編程脈沖輸出（RPOG）。一般情況下，ALE是以晶振頻率的1/6輸出，可以用作外部時鐘或定時目的。但也要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖?！SEN：程序存儲允許時外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)AT89C52執(zhí)行外部程序存儲器的指令時，每個機器周期PSEN兩次有效，除了當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將跳過兩個信號。顯示原理我們測量的頻率最終要顯示出來。八段LED數(shù)碼管顯示器基本電路如圖4所示。圖4八段LED數(shù)碼管顯示器由8個發(fā)光二極管組成?；?個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光管在數(shù)碼管顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。LED數(shù)碼管顯示器有兩種形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED數(shù)碼管顯示器；另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED數(shù)碼管顯示器。如下圖所示。共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED數(shù)碼管顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，對應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個筆劃段hgfedcba對應(yīng)于一個字節(jié)（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，于是用8位二進制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼。技術(shù)參數(shù) 名稱符號標(biāo)準(zhǔn)值單位MINTYPEMAX電路電源VDD-VSS-0.37.0VLCD驅(qū)動電壓VDD-VEEVDD-13.5VDD+0.3V輸入電壓VIN-0.3VDD+0.3V靜電電壓--100V工作溫度-20+70°C儲存溫度-30+80°C表2極限參數(shù)表電參數(shù)表名稱符號測試條件標(biāo)準(zhǔn)值單位MINTYPEMAX輸入高電平VIH-2.2VDDV輸入低電平VIL--0.30.6V輸出高電平VOHIOH=0.2mA2.4-V輸出低電平VOLIOL=1.2mA-0.4V工作電流IDDVDD=5.0V2.0mA液晶驅(qū)動電壓VDD-VEETa=0°C4.9VTa=25°C4.7Ta=50°C4.5表3電參數(shù)表時序特性表項目符號測試條件標(biāo)準(zhǔn)值單位MINTYPEMAX允許時間周期TCYCE5.1a5.1b1000ns允許脈沖寬度,高電平PWEH450ns允許上升和下降時間tErtEf25ns地址建立時間tAS140ns數(shù)據(jù)延遲時間tDDR320ns數(shù)據(jù)建立時間tDSW195ns數(shù)據(jù)保持時間tH10nsDATAHOLDTIMEtDHR20ns地址保持時間tAH10ns表4時序特性表模塊引腳功能表引線號符號名稱功能1Vss接地0V2VDD電路電源5V±10%3VEE液晶驅(qū)動電壓保證VDD-VEE=4.5∽5V電壓差4RS寄存器選擇信號H:數(shù)據(jù)寄存器L:指令寄存器5R/W讀/寫信號H:讀L:寫6E片選信號下降沿觸發(fā),鎖存數(shù)據(jù)7|14DB0|DB7數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)傳輸表5模塊引腳功能表軟件設(shè)計測頻軟件的實現(xiàn)是基于電路系統(tǒng)來進行設(shè)計的。本次設(shè)計采用的是脈沖定時測頻法，所以在軟件實現(xiàn)上基本遵照系統(tǒng)的設(shè)計原理，進行測頻。本次軟件設(shè)計語言采用C語言，在電腦上編譯通過后即可下載到電路上的實際電路中，即可實現(xiàn)頻率的測量。開始開始初始化初始化P2=0xf,status_F=0初始化初始化T0,T1開定時器開定時器T1，計數(shù)器T0aa=19?aa=19? NOaa=0,status_F=0aa=0,status_F=0關(guān)閉關(guān)閉T1定時器，定時1S 延時矯正誤差延時矯正誤差delay(46) 關(guān)閉關(guān)閉T0計數(shù)器結(jié)束顯示所測得頻率結(jié)束顯示所測得頻率display結(jié)束 結(jié)束調(diào)試說明當(dāng)輸入頻率為1HZ時，測得頻率為1HZ.當(dāng)輸入頻率為987HZ時，測得頻率為987HZ。但是當(dāng)輸入頻率為5KHZ時，測得頻率為5001HZ。誤差為0.02%。當(dāng)輸入頻率大到100kHZ時，測得頻率為10015HZ，誤差為0.15%。誤差分析：因為定時和計數(shù)都是由單片機本身來完成的，在計數(shù)的時候會產(chǎn)生誤差。這個誤差的大小是用單片機的內(nèi)部時鐘決定的，采用高頻率的晶振來為單片機提供內(nèi)部時鐘，則能減少此誤差。本次設(shè)計我們用的是12MHz的晶振，而測頻的范圍是1Hz~1MHz。所以定時計數(shù)的誤差在本系統(tǒng)基本可以忽略不計。使用說明該設(shè)計主要是能夠測量外部周期信號的頻率值，并且通過數(shù)碼管進行顯示。把編譯好得到的hex程序文件載入到單片機里，就可以對整體電路進行仿真了。經(jīng)過對上述電路的仿真，我們可以看出，電路所要完成的功能都能基本實現(xiàn)。結(jié)論基于單片機的頻率計的設(shè)計涉及到計算機的硬軟件知識，通過對系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試，本次設(shè)計主要完成了以下工作：提出基于單片機的數(shù)字頻率計設(shè)計的基本方案；完成了電路設(shè)計；編譯了軟件程序；對硬件電路進行了仿真，進行了誤差分析。參考文獻[1]李雷等編.集成電路應(yīng)用實驗.國防工業(yè)出版社2003[2]李雷等編.電子技術(shù)應(yīng)用實驗教程.電子科技大學(xué)出版社,2006[3]朱紅等編.電子技術(shù)綜合實驗.電子科技大學(xué)出版社,2005[4]馮熙昌編.電子電話機集成電路手冊.人民郵電出版社,1996[5]李華等編.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，1993[6]徐惠民，安德寧等編.單片微型計算機原理接口及應(yīng)用.北京郵電大學(xué)出版社,2000[7]張毅坤，陳善久,單片微型計算機原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[8]張友德，趙志英，徐時亮.單片微機原理應(yīng)用與實驗.復(fù)旦大學(xué)出版社，2000.附錄Ⅰ、系統(tǒng)電路圖Ⅱ、程序清單#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsfr16DPTR=0x82;bitstatus_F=1;uintaa,qian,bai,shi,ge,bb,wan,shiwan;ucharcout;unsignedlongtemp;ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff};voiddelay(uintz);voidinit();voiddisplay(uintshiwan,uintwan,uintqian,uintbai,uintshi,uintge);voidxtimer0();voidxtimer1();voidmain(){ P0=0XFF; init(); while(1) { if(aa==19) { aa=0; status_F=1; TR1=0; delay(46); TR0=0; DPL=TL0; DPH=TH0; temp=DPTR+cout*65535; shiwan=temp%1000000/100000; wan=temp%100000/10000; qian=temp%10000/1000; bai=temp%1000/100; shi=temp%100/10; ge=temp%10; if(shiwan==0) { shiwan=10; if(wan==0) { wan=10; if(qian==0) { qian=10; if(bai==0) { bai=10; if(shi==0) shi=10; }}}} } display(shiwan,wan,qian,bai,shi,ge); }}voidinit(){ temp=0; aa=0; cout=0; IE=0X8A; TMOD=0x15; TH1=0x3c; TL1=0xb0; TH0=0; TL0=0; TR1=1； TR0=1;}voiddisplay(uintshiwan,uintwan,uintqian,uintbai,uintshi,uintge){ P0=0x20; P2=table[shiwan]； delay(5); P0=0x10; P2=table[wan]; delay(3); P0=0x08; P2=table[qian]; delay(3); P0