基于单片机数字频率计的设计

四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计四川大学锦城学院本科生课程设计题目基于单片机数字频率计的设计系别机械工程系专业机械电子工程学生姓名张何学号120930146年级12级指导教师黄晖2015年7月7日四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计基于单片机的数字频率计的设计专业：机械电子工程学生姓名：张何指导教师：黄晖摘要本方案主要以单片机为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分，设计以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。本设计以89C51单片机为核心，应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。系统简单可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。[关键词]单片机运算频率计LED数码管四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计AbstractTheprogrammainlymicrocontrollerasthecore,aredividedintotime-basecircuit,thelogiccontrolcircuit,amplifiershapingcircuit,thegatecircuit,thecountingcircuit,latchcircuit,decodingcircuitmostofthesevenshows,designamicrocontrollerasthecore,themeasuredsignalthefirstamplifiertoamplifytheincomingsignal,andthenwassenttothewaveformshapingcircuitsurgery,themeasuredsinewaveortrianglewaveshapingasasquarewave.Counterandtimermicrochipfeaturesofthesignalcount.WritethecorrespondingprogramcanautomaticallyadjustthemeasurementrangeofSCM,andthefrequencyofthemeasureddatatothedisplaycircuitdisplays.Thedesignofthe89C51microcontrollercore,microcontrollerapplicationsandcontrolfunctionsandarithmeticoperationswithLEDdigitaldisplaytubetothemeasuredfrequencyisdisplayed.Systemissimple,reliable,easytooperateandcanbasicallymeetthegeneralneeds.Bothtoensuretheaccuracyofthesystemfrequencymeasurement,butalsothesystemhasgoodreal-time.Thefrequencymeterdesignissimpleandeasytocarry,expansioncapability,wideapplication.[Keywords]：microcontrolleroperationfrequencymeterLEDdigitaltube四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计目录导论..............................................................11.课题背景.....................................................12.数字频率计设计的任务与要求..................................11数字频率计总体方案设计..........................................21.1方案比较...................................................21.2方案选择...................................................32数字频率计的硬件系统设计.........................................42.1数字频率计的硬件系统框架...................................42.2数字频率计的主机电路设计...................................42.3数字频率计的信号输入电路设计...............................72.4数字频率计显示电路的设计...................................82.5数字频率计的计数电路的设计................................102.6数字频率计电源模块的设计..................................123数字频率计软件系统设计..........................................133.1软件设计规划..............................................133.1.1信号处理............................................133.1.2中断控制............................................133.1.3定时器/计数器.......................................143.1.4定时工作方式0......................................153.2程序流程图设计............................................163.2.1主程序流程..........................................163.2.2中断流程...........................................17参考文献.........................................................19致谢............................................................20四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计1导论1.课题背景在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。2.数字频率计设计的任务与要求单片机控制的数字频率计1.测频范围：10Hz~10KHz。为保证测量精度分三个频段10Hz~100Hz，100Hz~1KHz，1KHz~10KHz，有超量程指示。2.输入波形：函数信号发生器输出方波，矩形波，幅度为5V，能产生所需频率的脉冲信号。3.测量误差：≤1。四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计21数字频率计总体方案设计1.1方案比较方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。其原理框图如图1-1所示：图1-1方案一原理框图方案二：本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分。其原理框图如图1-2所示：图1-2方案二原理框图逻辑控制电路时基电路放大整形电路闸门电路计数器锁存器译码显示器信号放大电路信号整形单片机AT89c51电路数字显示电路四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计31.2方案选择比较以上两种方案可以知道，方案一的核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，调试简单只要改变程序的设定值则可以实现不同频率范围的测试能自动选择测试的量程。与方案一相比较方案二则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。如要测量高频的信号还需要加上分频电路，价格相对高了点。基于上述比较，所以选择了方案一。四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计42数字频率计的硬件系统设计2.1数字频率计的硬件系统框架数字频率计是一个将被测频率显示出来的计数装置，它主要由单片机89C51控制、7407、LED显示器、电源等组成。该系统的功能是将信号输入P3.4口，通过单片机程序控制，对LED显示器进行段控和位控，实现动态显示。数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。在进行有关电子技术的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，会被经常使用到。图2-1为数字频率计方案框图。图2-1数字频率计方框图2.2数字频率计的主机电路设计ATC89C51[可以完成ISP在线编程功能，ATC89C51内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其它51单片机的，而且51单片机是主流大军。1．89C51芯片介绍许多由关硬件设计中都使用到单片机89C51，其功能[7]比以往的单片机强大的多。89C51引脚图如图2-2所示。信号处理输入AT89C51单片机7407缓冲器LED数码显示7407缓冲器四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计5图2-289C51引脚图芯片引脚功能：主电源引脚Vcc和Vss•Vcc（40脚）：接＋5V电压；•Vss（20脚）：接地。89C51晶振接法如图2-3。图2-389C51晶振接法图选用6MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为250kHz。电容的大小范围为20pF～40pF，本设计选用30pF电容。2．单片机复位状态单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟震荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠地复位，在设计复位电路时，通常使RST引脚保持10ms以上的高电平。只要保持高电平，则MCS-51单片机就循环复四川大学锦城学院本科课程设计基于单片机数字频率计的设计6位；当RST从高电平变为低电平以后，MCS-51单片机从0000H地址开始执行程序。在复位有效期间，ALE、引脚输出高电平。89C51上电复位电路图。图2-489C51上电复位电路图单片机复位状态表。表2-5单片机复位状态表专用寄存器复位状态专用寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR