单片机课程设计报告-设计并实现频率相位表.doc

武汉理工大学单片机原理与应用课程设计说明书1 课设题目及简要分析题目：设计并实现频率/相位表要求：输入两路方波信号，测量信号的频率和两信号的相位差，能显示频率值和相位差，精度：0.1hz，0.10。在满足精度的前提下分析和证实系统的测量范围。简要分析：题目要求测量两路同频率信号的频率和相位差，初步分析，测量频率有两种方法，定时计数法，测量周期求倒数的方法，可以根据具体情况选用不同的方法；测量相位差可以通过用领先的相位信号控制定时器开启，用落后的相位信号控制定时器停止，计算出两个信号的延时，然后除以信号的周期，再乘以3600就可以得到两个信号的相位差。2设计原理2.1 设计原理测量频率有两种方法，直接测量法和间接测量法。直接测量法即直接用计数器测出频率，将单片机的t1设置为计数方式，方波输入至单片机的计数器1的入口，对输入的方波计数，定时器0设置时长为1s。由于这种方法误差在1s计时到时，并非一定是整数个波形，而计数器计到的只能是整数个波形，所以有不大于一个波的误差存在，如果是高频信号，这个误差就非常小，但是如果是低频信号，就可能会导致误差较大。间接测量法即通过测周期来求出频率，可以通过外部中断来控制，当方波的第n个下升沿启动计时器，第n+1个下升沿关闭计时器，计数器所记录的时间即为方波的周期。在通过周期来计算出所求的频率。由于直接测量法对低频信号的误差较大，故此次课程设计采用间接测量法来测量。此次设计涉及到相位差，即两列波形异或得到的波形只需要测高电平，要用到gate信号，gate=1时，tr0=1，into=1才能启动计数器，而计数器0是通过外部中断into的下降沿开始触发的，计时器从0开始计时，计数器只能测高电平，因此测得的时间为半个周期。当计数器0计时溢出，执行m加1的操作。则测量时间为：t1=th0*256+tl0+m*65536 ，所求频率f=1000000/(2*t1) 测量两方波的相位差时,先将两方波信号异或，得到的新波形输入外部中断1的入口，在信号的第n个下跳沿时，进入外部中断的程序，开启计数器1。第n+1个下跳沿到来时，则关闭计数器1，当gate=1时，只有在int1=1 时，tr1=1时，计数器t1才开始计数，当计数器0计时溢出，执行m加1的操作,所以读的的时间只为高电平的持续时间，即为两方波的相隔时间t2，相位差可计算如下：t2=th1*256+tli+n*65536 ；则相位差p=t2/(2*t1)*3602.2 系统框图设计的频率/相位表的系统框图如下图1所示。图12.3资源分配表i/o口分配具体分配内容p0液晶的数据与命令传输口p1.0液晶数据/命令断p1.1液晶读/写端p1.2液晶使能端p3.2(外部中断0)方波1输入端p3.3（外部中断1）异或后方波输入端3 系统的硬件设计3.1 系统的硬件电路图系统的硬件电路图如下所示： 图23.2 系统的硬件资源（1）89c52单片机如图所示为89c52单片机的引脚图图3p0口：p0口为一个8位漏极开路双向i/o口，没脚可吸收8ttl门电路，当p1口的电路第一次写时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部数据存储器，它被定义数据/地址的第八位在flash编程时，p0口作为原码输入口，当flash进行校验时，p0口输出原码，此时p0口外部必须拉高。p2口在设计中，p2.0设置为lcd的寄存器rs控制端，p2.1设置为lcd的rw控制端，p2.2设置为lcd的使能e控制端。p3口管脚 备选功能p3.2 /int0(外部中断0)p3.3 /int1(外部中断1)p3.4 t0(计时器0外部输入)p3.5 t1(计时器1外部输入)p3.6 /wr(外部数据存储器写通道)p3.7 /rd(外部数据存储器读通道)（2）1602lcd显示器如图所示为1602显示器的引脚图图41602lcd通常有14条引脚线或16条引脚线的lcd，多出来的2条线是背光电源线。 表1 1602lcd引脚说明表引脚符号功能说明1vss一般接地2vdd接电源（+5v）3v0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度）。4rsrs为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5r/wr/w为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6ee(或en)端为使能(enable)端，下降沿使能。7db0低4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8db1低4位三态、 双向数据总线 1位9db2低4位三态、 双向数据总线 2位10db3低4位三态、 双向数据总线 3位11db4高4位三态、 双向数据总线 4位12db5高4位三态、 双向数据总线 5位13db6高4位三态、 双向数据总线 6位14db7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）15bla背光电源正极16blk背光 电源负极表2 寄存器选择控制表rsr/w操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（db7），以及读取位址计数器（db0db6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）12从数据寄存器读取数据（3）异或门异或门管脚图如下所示;图5其真值表如下：表3 异或门真值表4 系统的软件设计4.1程序流程图图64.2设计源程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*/sbit pin_rs = p20;sbit pin_rw = p21;sbit pin_e = p22;#define pin_data p0/*/char m=0,n=0;char u,v;float t0,t1,f,p;uint a=48,48,48,48,48,46,48,48; /频率数据结果保存uint b=48,48,48,46,48,48; /相位数据结果保存uint i,j;uint x,y;uint c,d;void lcd_reset();void display(uint x, uint y, uint data1);void shortdelay(uchar i);void longdelay(uint i);void set_rs(bit i);void set_rw(bit i);void set_e(bit i);void sc_p0(bit i);void write_instruc(uintinstruc);void write_data(uint data1);void display(uint x, uint y, uint data1);uint read_bf_ac(void);uint read_data(void);bit lcd_busy();#define clearscreen()write_instruc(0x01)#define cursorreturn()write_instruc(0x02)#define inputmode(temp)write_instruc(temp)#define dispcontrol(temp)write_instruc(temp)#define functionset(temp)write_instruc(temp)#define dispshift(temp)write_instruc(temp)#define setcgram_add(address)write_instruc(0x40 | address)#define setddram_add(address)write_instruc(0x80 | address)/* lcd初始化 */void lcd_init()lcd_reset();inputmode(0x06); /增量方式，不移位dispcontrol(0x0c);/显示开，光标关，闪烁关functionset(0x38);/8位，2行，57/定时计数器初始化void ct_init()tmod=0x99; /gate=1,t1、t0工作在方式1，定时方式th0=0; /定时计数器初值清零tl0=0;th1=0;tl1=0;tr0=1; /tr0,tr1置位，此时定时计数器的启动有int0,int1引脚电平决定tr1=1;et0=1; /开中断et1=1;/外部中断0服务程序void itc0() interrupt 0 u=m; /读定时计数器0溢出次数m=0; /溢出次数清零x=th0*256+tl0; /读定时计数器0当前值th0=0; /定时计数器0清零tl0=0;/定时计数器0溢出中断void time0() interrupt 1 m+; /溢出次数加1/外部中断1服务程序void itc1() interrupt 2 v=n; /读定时计数器1溢出次数n=0; /溢出次数清零y=th1*256+tl1; /读定时计数器1当前值th1=0; /定时计数器1清零tl1=0;/定时计数器1溢出中断void time1() interrupt 3 n+; /溢出次数加1/* 主函数 */ void main()lcd_init(); /液晶显示初始化ct_init(); /定时计数器初始化ea=1; /开总中断ex0=1; /允许外部中断ex1=1;it0=1; /设置外部中断方式为下降沿触发it1=1;p3=0xff;while(1)t0=u*65536+x; /计算脉冲时间宽度f=1000000/(2*t0); /计算频率c=f*100; /计算结果逐位保存a7=c%10+48;a6=(c/10)%10+48;c=f;a4=c%10+48;a3=(c/10)%10+48;a2=(c/100)%10+48;a1=(c/1000)%10+48;a0=(c/10000)%10+48;display(0,1,f); /将显示单元数据送液晶屏显示display(0,3,=);for(i=0,j=5;i=7;i+,j+)display(0,j,ai);display(0,14,h);display(0,15,z);t1=v*65536+y; /计算脉冲宽度p=(t1/(2*t0)*360; /计算相位差d=p*100; /将计算结果逐位保存b5=d%10+48;b4=(d/10)%10+48;d=p;b2=d%10+48;b1=(d/10)%10+48;b0=(d/100)%10+48;display(1,1,p); /将显示数据送液晶屏显示display(1,3,=);for(i=0,j=5;i0;i-) ;/长延时函数：longdelay()void longdelay(uint i)uint j;for(;i0;i-) for(j=1000;j0;j-);/寄存器选择信号：set_rs()void set_rs(bit i)if(i=1) pin_rs = 1;else pin_rs = 0;/读写操作控制信号：set_rw()void set_rw(bit i)if(i=1) pin_rw = 1;else pin_rw = 0;/使能信号：set_e()void set_e(bit i)if(i=1) pin_e = 1;else pin_e = 0;/io输入输出控制void sc_p0(bit i) if(i=1) p0 = 0xff;else p0 = 0x00; /写指令函数：write_instruc()void write_instruc(uintinstruc)while(lcd_busy();sc_p0(0);set_rs(0);set_rw(0);/shortdelay(1);set_e(0);pin_data = instruc;/shortdelay(1);set_e(1);shortdelay(10);set_e(0);/shortdelay(1);set_rw(1);set_rs(1);/读bf以及ac的值函数：read_bf_ac()uint read_bf_ac()uint temp;sc_p0(1);set_rs(0);set_rw(1);/shortdelay(1);set_e(0);/shortdelay(1);set_e(1);shortdelay(1);temp = pin_data;shortdelay(10);set_e(0);/shortdelay(1);set_rw(0);set_rs(1);return(temp);/写数据到ram函数：write_data()void write_data(uint data1)sc_p0(0);set_rs(1);set_rw(0);/shortdelay(1);set_e(0);pin_data = data1;/shortdelay(1);set_e(1);shortdelay(10);set_e(0);/shortdelay(1);set_rw(1);set_rs(0);/从ram读数据函数：read_data()uint read_data(void)uint temp;sc_p0(1);set_rs(1);set_rw(1);/shortdelay(1);set_e(0);/shortdelay(1);set_e(1);shortdelay(1);temp = pin_data;shortdelay(10);set_e(0);/shortdelay(1);set_rw(0);set_rs(0);return(temp);/检测lcd控制器状态函数：lcd_busy()/返回一bit数：1 忙；0 闲bit lcd_busy()return(bit)(read_bf_ac() & 0x80);/在指定位置显示字符函数: display()/ x为行号，y为列号，/ data为显示字符的码字数据void display(uint x, uint y, uint data1)uint temp; while(lcd_busy(); /若lcd控制器忙，则等待temp = y & 0x0f;x&= 0x01;if(x) temp |= 0x40;setddram_add(temp); /设置显示位置write_data(data1);/lcd复位函数：lcd_reset()void lcd_reset()clearscreen();cursorreturn();5 电路仿真设计仿真电路总图：图7电路输入方波信号：图8分别输入两路的方波的信号，通过异或门控制相位差。单片机中断控制：图9int0和int1分别输入两路的方波的信号，有相位差lcd显示：图10利用p0口输出数据，而p2.0、p2.1、p2.2控制lcd显示器，从而得到频率及相位差的显示结果。6仿真结果分析仿真测试分析:(1) 输入信号频率：图11仿真时输入信号频率可调，并可通过数码管测试得到输入信号的频率，通过异或门控制两个输入信号的相位差。(2) 输入信号波形两个输入信号的波形及相位差如图所示。图12(3) 输出信号频率及相位差图137性能分析将测量的频率和相位差列成表格，如下图5-1所示实际频率（hz）时间差(ms)测量频率(hz)测量相位()频率误差(hz)相位误差()10.52000.436.00.1025204.935.90.10.1350250.036.00041001100.036.00055000.2500.036.00068000.125800.636.00.60710000.11000.636.00.60820000.052000.936.00.90949000.024901.435.21.40.6 图5-1如图所示，当方波信号频率在0.5-5hz时，频率误差大约0.1hz,相位误差大约0.1”；频率在5-500hz时，频率和相位误差大约为0；当频率大于500hz,频率误差较大，随着频率的升高，误差也越大，相位误差相对比较稳定，一直比较小。由此可以得到如下结论：本次所设计的频率/相位表适合测低频信号，最佳频率范围为5-500hz。8心得体会为期一周的单片机课程设计就要结束了，在这一周内，我遇到了很多问题，也学到了很多东西。课程设计开始时，由于没有经验，不知如何下手，所以就去图书管找了一些书看，尽管有许多的设计方案，可是总感觉自己还是有许多的东西弄不太清楚，于是就请教同学。他常做一些设计，有一些经验。大概知道设计的方向后，就自己上网查资料，到图书馆借阅一些相关书籍，然后自己就开始编写程序进行设计了。开始编写程序的时候，最主要的就是要头脑清醒，并且要对大概程序的布局，和每个功能的实现方法要有个逻辑。这样在遇到没有办法实现的功能的时候，才能快速的解决问题。我设计的是频率/相位表，设计要求：输入两路方波信号，测量