基于单片机的频率计设计单片机课程设计报告.doc

本科学生单片机课程设计报告题 目 基于单片机的频率计设计 姓 名 罗方佳 学 号 2007180326 院 （系） 职业技术学院 专业、年级 应用电子技术教育 2007级 指导教师 杨进宝 林海军 课程设计成绩评定表项目评分依据满分得分设计作品电路板焊接工艺10功能完整20性能指标10程序运行可靠20人机交互友好，操作方便10设计报告内容完整10写作规范10设计报告篇幅符合要求10实评总分 指导教师签名 目 录1 摘要2 设计要求3 硬件电路设计 3.1 芯片介绍 3.2 设计方案 3.3 工作原理 3.4 系统结构框图4 电路原理图5 总结参考文献附件一：程序清单3一、摘要频率测量仪器使用在生产和科研的各个部门,也是某些大型系统的重要组成部分，实现频率测量有专用的频率测量仪器,但不易用于特殊场合。本文介绍的用单片机实现的频率测量仪，利用分频和单片机的计数功能来实现频率的测量。该频率测量仪器可独立使用；也可方便的嵌入电路系统中；并且将降低产品的成本，有利于新产品的设计与研制。频率测量仪的设计思路主要是：对信号分频，测量一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频率的大小。用传统测频原理制作的频率计，其测量精度往往随被测信号频率的下降而降低，在实际应用过程中有很大的局限性。关键字：单片机；频率测量；分频器； 计数器；定时器。二、 设计要求1、设计任务 用单片机实现TTL或CMOS信号的频率测量。2、设计要求1、用LED数码管或LCD显示频率；2、测量频率范围：0.1Hz100KHz；3、频率测量精度：优于10-4；4、频率显示位数：5位；5、能根据输入频率自动换挡。3、设计报告要求1、说明设计作品的功能、特点、应用范围.2、方案对比，确定方案。3、电路设计、电路工作原理、技术指标测试.4、编程方法、程序框图及关键程序清单。5、课程设计总结。三、 硬件电路设计3.1 具体方案：方案一：1、先用555时基电路实现震荡电路的功能。2、用TL081实现电路的整形。3、用74LS163、74LS00、74LS74、CD4052实现数字频率计的分频。4、用74LS08、74LS160、74LS175、74LS47实现计数、译码、锁存与显示部分。方案二： 用VHDL语言编写程序，然后下载到CPLD芯片当中，以实现频率计的功能。方案三：采用汇编语言编写程序下载到单片机STC89C52中，利用单片机的数学运算和控制功能，来实现频率计的测量量程的自动切换以及满足频率的测量精度。在这里我选用的方案是三。方案一：采用分立元件做出来的作品稳定性较差且很难调试。其实方案二和方案三都是采用编程的方法来完成的且稳性能好但是采用方案二的成本较高加之本学期我们刚刚开设了单片机应用原理这一课程为了进一步巩固本学期所学知识，我决定采用方案三来完成我的设计任务。3.2 有关芯片介绍3.21 有关STC89C52单片机的介绍STC89C52是美国ATMEL公司生产的，兼容51系列（硬件引脚兼容，软件也兼容），所以使用方面与51系列基本相同，支持在线下载。STC89C52是用串口下载,只一条下载线就可以。STC89C52它有如下特点：加密性强、低功耗、超低价、高速、高可靠、强抗静电、强抗干扰等。有关STC89C52的引脚说明如下：STC89C52芯片 共40引脚:1-8脚: 通用I/O接口p1.0-p1.79脚: rst复位键10 -11脚:RXD串口输入 TXD串口输出12-19脚:I/O p3接口 (12,13脚： INT0中断0，INT1中断1。14,15脚 : 计数脉冲T0 T1。16,17脚: WR写控制 RD读控制输出端)18-19脚: 晶振谐振器 20 地线21-28脚： p2 接口 高8位地址总线29脚: psen 片外rom选通端。单片机对片外rom操作时 29脚(psen)输出低电平30脚:ALE/PROG 地址锁存器31脚:EA rom取指令控制器 高电平片内取 低电平片外取32-39脚:p0.0-p0.7(注意此接口的顺序与其他I/O接口不同 与引脚号的排列顺序相反)40脚:电源+5V3.22 有关MAX232的介绍如下：MAX232 一般说明： 该max220 - max249家庭的线路驱动器/接收器是打算为所有eia/tia-232e和v.28/v.24通信筹措接口，特别是应用 12V的是无法使用。这些零件是特别有用，在电池供电系统tems ，因为他们的低功耗停机模式，减少功耗要小于5瓦特该max225，max233，max235，max245/max246/max247使用无需外部元件，并建议应用- 阳离子如印刷电路板空间是至关重要的。MAX232 特征：1、优于双极2、经营从单一的5伏供电（5V和12v-max231/max239 ）3、低功耗接收模式，在关机（max223/max242 ）4、满足所有eia/tia-232e和v.28规格5、多个驱动器和接收器6、三态驱动器和接收器输出开放式在线检测（ max243 ）MAX引脚图以及电路图：STC单片机下载器连接图：3.23 LCD 液晶屏工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。以下是1602的16进制ASCII码表：读的时候，先读上面那列，再读左边那行，如：感叹号！的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制）。 显示地址1234567891011121314151600H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH40H41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH指令集1602通过D0-D7的8位数据端传输数据和指令。显示模式设置： (初始化)0011 0000 0x38 设置162显示，57点阵，8位数据接口；显示开关及光标设置： (初始化)0000 1DCB D显示(1有效)、C光标显示(1有效)、B光标闪烁(1有效)0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1)，N=0(读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1)，S=1 且 N=1 (当写一个字符后，整屏显示左移)s=0 当写一个字符后，整屏显示不移动数据指针设置：数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码(0-27H，40-67H)其他设置：01H(显示清屏，数据指针=0，所有显示=0)；02H(显示回车，数据指针=0)。通常推荐的初始化过程：23延时15ms写指令38H延时5ms写指令38H延时5ms写指令38H延时5ms（以上都不检测忙信号）（以下都要检测忙信号）写指令38H写指令08H 关闭显示写指令01H 显示清屏写指令06H 光标移动设置写指令0cH 显示开及光标设置Proteus仿真使用Proteus仿真1602-即LM016L-依照数据手册说明可能遇到困难，可以尝试采用以下方案解决：1、数据手册中可能介绍1602内部D0D7已有上拉，可以使用P0口直接驱动。在Proteus里LM016L内部可能没有,应该人为加上拉电阻。建议不要使用排阻，使用普通电阻一个一个拉应该可以解决问题；2、可能碰到不能检测忙信号的问题，尝试使用延时把忙信号拖过去。有关液晶屏的引脚说明如下：1602字符型LCD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VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中： 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底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1底4位三态、 双向数据总线 1位9DB2底4位三态、 双向数据总线 2位10DB3底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）11从数据寄存器读取数据3.3 工作原理单片机当C/ T = 1 时为计数方式，多路开关与定时器的外部引脚连通，外部计数脉冲由T0 引脚输入。 当外部信号由1 至0 跳变时，计数器加1，此时T0 成为外部事件的计数器。 由于确认一次由1 至0 的跳变要用24 个振荡器周期，所以计数器的计数频率为单片机内部计数器频率的1/ 24。当C/ T = 0 时为定时方式，对单片机内部计数器进行m2 分频后，计数器的实际计数频率f o 为单片机内部频率f osc的1/ m2。即：f x = m1 f osc/ m2 N 。当GATE = 0 时，反相器输出为1，或门输出为1，打开与门，使定时器的启动仅受TRO 端信号电平的控制。在此种情况下， INT0 引脚的电平变化对或门不起作用。 TRO = 1 时接通控制开关，计数脉冲加到计数器上，每来一个计数脉冲，计数器加1，只有当TRO = 0 时，控制开关断开，计数器停止计数。当GATA = 0 时，若TRO = 1，或门、与门全部打开，外部信号电平通过INTO 引脚直接控制定时器的启动和关闭。输入高电平时允许计数，否则停止计数。根据定时器T0 的结构原理，若我们将GATE 位、TR0 均设为1，INT0 端输入被测频率信号，当被测信号的高电平到来时，开始计数；当被测信号的低电平到来时，计数器停止计数，此时TL0 、TH0 的数据就是相应的N 值。3.4 系统结构框图四、 电路原理图五、总结通过这一次的课程设计，加深了我对单片机的理论知识的理解，以及动手能力的提高。使我深刻的意识到，做好一次课程设计是十分不容易的，我从实践当中锻练了自己。虽然刚开始不太懂，但是通过上图书馆找资料，我慢慢的了解了频率计这方面的知识。由于以前接触这方面不是很多，印制板制作好了后，调试花了很多时间才顺利通过。所以也让我总结出来：在调试过程中，最好先测试各单元电路，保证各部份电路能够正常工作，检查问题时采取逐步缩小故障范围，最后定位，再对相应的位置做检查，解决问题。在这一次课程设计当中，不仅让我学到了许多课本知识，同时也让我意识到：一个程序写完之后并不是马上就完工了，需要很多次的修改优化才能达到设计要求。同时我也感受到了团队合作的重要性，我们组的成员之间相互配合的很好，充分发挥了自己的所长，这是我们组为什么能够在限定的时间内完成任务的一个原因。当然能够完成任务，首先肯定还是离不开老师们的指导，在此我忠心的感谢林老师和杨老师，以及帮助我们完成课程设计的同学们。但在本次设计当中，仍然存在很多的不足，比如说：作品的精度不是很高，作品受到频率范围的限制等等。以及自身也有很多的不足。但是我会不断的勉励自己，让自己不断的进步！参考文献1、 梁文海 单片机AT89C2051 构成的智能型频率计J 现代电子技术 2002年2、 曹巧媛 单片机原理及应用M北京:电子工业出版社 1997年 3、 程远楚 单片机智能频率信号装置J 自动化与仪器仪表 2001年 4、 吴慎山 压电超声直线马达驱动电路的研究J 河南师范大学学报(自然科学版) 1994年 5、 谢自美 电子线路设计 华中科技大学出版社元件列表名称规格数量LCD16021单片机STC89C521芯片MAX232124M 晶振110K排阻1电容、电阻不同型号若干万能板1导线若干排针、排孔若干附件一：程序清单RS BIT P2.0RW BIT P2.1EN BIT P2.2COM EQU 30HDAT EQU 31HFREQ1 EQU 32HFREQ2 EQU 33HFREQ3 EQU 34HFREQ4 EQU 35HFREQ5 EQU 36HFREQ6 EQU 37HJISHU EQU 38HJISHU1 EQU 39HJISHU2 EQU 3AHJISHU3 EQU 3BHTIMEB EQU 3CHTIMEH EQU 3DHTIMEM EQU 3EHTIMEL EQU 3FHPANDUAN EQU 40HBEICHUB EQU 41HBEICHUH EQU 42HBEICHUM EQU 43HBEICHUL EQU 44HZANCUNB EQU 45HZANCUNH EQU 46HZANCUNM EQU 47HZANCUNL EQU 48HRESULT1 EQU 49HRESULT2 EQU 4AH RESULT3 EQU 4BH RESULT4 EQU 4CH RESULT5 EQU 4DH RESULT6 EQU 4EH XIAOSHU EQU 4FH CUNCHU EQU 50H FLAG1 BIT 20H FLAG2 BIT 21H FLAG3 BIT 22H ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP OUTINT0 ORG 000BH LJMP TIMINT0 ORG 001BH LJMP TIMINT1 ORG 0100HSTART :MOV SP,#60H LCALL LCDINIT LCALL DISPLAI LCALL VARINIT SETB FLAG3KEYLOOP:JNB FLAG3,KEYDOWN LCALL FIJUDGEKEYDOWN:LCALL DISPLAY JNB FLAG1,GOBACK LCALL CALCULAGOBACK: SJMP KEYLOOPLCDINIT:MOV COM,#38H LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 MOV COM,#08H LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 MOV COM,#01H LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 MOV COM,#06H LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 MOV COM,#0CH LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 RETVARINIT:MOV XIAOSHU,#1 MOV ZANCUNB,#0 MOV ZANCUNH,#10H MOV ZANCUNM,#84H MOV ZANCUNL,#80H MOV RESULT1,#0 MOV RESULT2,#0 MOV RESULT3,#0 MOV RESULT4,#0 MOV RESULT5,#0 MOV RESULT6,#0 MOV R0,#30H MOV R1,#15CLEAR:MOV R0,#0 INC R0 DJNZ R1,CLEAR RETFIJUDGE:CLR FLAG1 CLR FLAG3 MOV ZANCUNB,#0 MOV ZANCUNH,#1EH MOV ZANCUNM,#84H MOV ZANCUNL,#80H MOV R0,#30H MOV R1,#16CLEAR1 :MOV R0,#0 INC R0 DJNZ R1,CLEAR1 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV TH1,#0H MOV TL1,#0H MOV TMOD,#11H MOV TCON,#11H MOV IE,#83H MOV IP,#02H RETDISPLAI:MOV DPTR,#TABLE MOV R0,#16 MOV R1,#0 MOV R2,#80HBACKDIS:MOV COM,R2 LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 INC R2 MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR MOV DAT,A LCALL SENDDAT INC R1 LCALL DELAY5 DJNZ R0,BACKDIS MOV DPTR,#TABLE1 MOV R0,#16 MOV R1,#0 MOV R2,#0C0HBACKDI2:MOV COM,R2 LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 INC R2 MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR MOV DAT,A LCALL SENDDAT INC R1 LCALL DELAY5 DJNZ R0,BACKDI2 RETDISPLAY:MOV A,XIAOSHU ADD A,#0C9H MOV COM,A LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 MOV DAT,#2EH LCALL SENDDAT LCALL DELAY5 MOV R0,#49H MOV R1,#6SHUCHUD:MOV A,#49H ADD A,XIAOSHU MOV B,A MOV A,R0 SUBB A,B JNC GODISPL MOV A,#80H ADD A,R0 SJMP GODISPPGODISPL:MOV A,#81H ADD A,R0GODISPP:MOV COM,A LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 MOV A,#30H ADD A,R0 MOV DAT,A LCALL SENDDAT LCALL DELAY5 INC R0 DJNZ R1,SHUCHUD RETCALCULA:MOV RESULT1,#0 MOV RESULT2,#0 MOV RESULT3,#0 MOV RESULT4,#0 MOV RESULT5,#0 MOV RESULT6,#0 MOV A,JISHU3 CLR C SUBB A,#1 JC GODOWN1 MOV A,JISHU3 MOV B,#10 DIV AB MOV RESULT1,A MOV RESULT2,B MOV A,JISHU2 MOV B,#10 DIV AB MOV RESULT3,A MOV RESULT4,B MOV A,JISHU1 MOV B,#10 DIV AB MOV RESULT5,A MOV RESULT6,B LJMP GOUTCALGODOWN1:MOV A,JISHU2 CLR C SUBB A,#10 JC GODOWN2 MOV JISHU1,#0FDH MOV JISHU2,#01H MOV JISHU3,#0 MOV PANDUAN,#9 LJMP GODOWN5GODOWN2:MOV A,JISHU2 CLR C SUBB A,#1 JC GODOWN3 MOV JISHU1,#0FEH MOV JISHU2,#0 MOV JISHU3,#0 MOV PANDUAN,#8 LJMP GODOWN5GODOWN3:MOV A,JISHU1 CLR C SUBB A,#10 JC GODOWN4 MOV JISHU1,#16 MOV JISHU2,#0 MOV JISHU3,#0 MOV PANDUAN,#4 LJMP GODOWN5GODOWN4:MOV JISHU1,#1 MOV JISHU2,#0 MOV JISHU3,#0 MOV PANDUAN,#0GODOWN5:MOV IP,#01H CLR TR1 CLR EX0 MOV TH1,#0 MOV TL1,#0 MOV TIMEH,#0 MOV TIMEB,#0 MOV IE,#89H MOV CUNCHU,#0 JB FLAG1,$ LCALL DIVIDE SJMP GOOUTCAGOUTCAL:MOV XIAOSHU,#6 SETB FLAG3GOOUTCA:RETDIVIDE :MOV R0,PANDUAN CJNE R0,#0,BACKDIV SJMP NEXTTHIBACKDIV:CLR C MOV A,TIMEB RRC A MOV TIMEB,A MOV A,TIMEH RRC A MOV TIMEH,A MOV A,TIMEM RRC A MOV TIMEM,A MOV A,TIMEL RRC A MOV TIMEL,A DJNZ R0,BACKDIVNEXTTHI:LCALL MDIVIDE RETMDIVIDE:CLR C MOV RESULT6,#0FFHMIAGAIN:INC RESULT6 MOV A,RESULT6 CJNE A,#10,GODIVID MOV RESULT6,#0 INC RESULT5 MOV A,RESULT5 CJNE A,#10,GODIVID MOV RESULT5,#0 INC RESULT4 MOV A,RESULT4 CJNE A,#10,GODIVID MOV RESULT4,#0 INC RESULT3 MOV A,RESULT3 CJNE A,#10,GODIVID MOV RESULT3,#0 INC RESULT2GODIVID:MOV BEICHUL,ZANCUNL MOV BEICHUM,ZANCUNM MOV BEICHUH,ZANCUNH MOV BEICHUB,ZANCUNB MOV A,BEICHUL CLR C SUBB A,TIMEL MOV ZANCUNL,A MOV A,BEICHUM SUBB A,TIMEM MOV ZANCUNM,A MOV A,BEICHUH SUBB A,TIMEH MOV ZANCUNH,A MOV A,BEICHUB SUBB A,TIMEB MOV ZANCUNB,A JNC MIAGAIN MOV A,RESULT2 JZ PANXIA1 MOV XIAOSHU,#5 MOV RESULT1,RESULT2 MOV RESULT2,RESULT3 MOV RESULT3,RESULT4 MOV RESULT4,RESULT5 MOV RESULT5,RESULT6 MOV RESULT6,#0FFH LCALL CALXIAO LJMP ENDXIAOPANXIA1:MOV A,RESULT3 JZ PANXIA2 MOV XIAOSHU,#4 MOV RESULT1,RESULT3 MOV RESULT2,RESULT4 MOV RESULT3,RESULT5 MOV RESULT4,RESULT6 MOV RESULT5,#0FFH MOV RESULT6,#0FFH LCALL CALXIAO LJMP ENDXIAOPANXIA2:MOV A,RESULT4 JZ PANXIA3 MOV XIAOSHU,#3 MOV RESULT1,RESULT4 MOV RESULT2,RESULT5 MOV RESULT3,RESULT6 MOV RESULT4,#0FFH MOV RESULT5,#0FFH MOV RESULT6,#0FFH LCALL CALXIAO LJMP ENDXIAOPANXIA3:MOV A,RESULT5 JZ PANXIA4 MOV XIAOSHU,#2 MOV RESULT1,RESULT5 MOV RESULT2,RESULT6 MOV RESULT3,#0FFH MOV RESULT4,#0FFH MOV RESULT5,#0FFH MOV RESULT6,#0FFH LCALL CALXIAO LJMP ENDXIAOPANXIA4:MOV A,RESULT6 JZ PANXIA5 MOV XIAOSHU,#1 MOV RESULT1,RESULT6 MOV RESULT2,#0FFH MOV RESULT3,#0FFH MOV RESULT4,#0FFH MOV RESULT5,#0FFH MOV RESULT6,#0FFH LCALL CALXIAO LJMP ENDXIAOPANXIA5:MOV XIAOSHU,#1 MOV RESULT1,#0 MOV RESULT2,#0FFH MOV RESULT3,#0FFH MOV RESULT4,#0FFH MOV RESULT5,#0FFH MOV RESULT6,#0FFH LCALL CALXIAOENDXIAO:RETCALXIAO:MOV A,#6 CLR C SUBB A,XIAOSHU MOV R7,ACALXIAI:MOV A,BEICHUL MOV B,#10 MUL AB MOV ZANCUNL,B MOV BEICHUL,A MOV A,BEICHUM MOV B,#10 MUL AB MOV ZANCUNM,B MOV BEICHUM,A MOV A,BEICHUH MOV B,#10 MUL AB MOV ZANCUNH,B MOV BEICHUH,A MOV A,BEICHUB MOV B,#10 MUL AB MOV BEICHUB,A MOV A,BEICHUM ADD A,ZANCUNL MOV BEICHUM,A MOV A,BEICHUH ADDC A,ZANCUNM MOV BEICHUH,A MOV A,BEICHUB ADDC A,ZANCUNH MOV BEICHUB,A MOV ZANCUNB,#0 CLR C MOV A,#49H ADD A,#6 SUBB A,R7 MOV R0,A MOV ZANCUNL,BEICHUL MOV ZANCUNM,BEICHUM MOV ZANCUNH,BEICHUH MOV ZANCUNB,BEICHUBMUAGAIN:INC R0 MOV BEICHUL,ZANCUNL MOV BEICHUM,ZANCUNM MOV BEICHUH,ZANCUNH MOV BEICHUB,ZANCUNB MOV A,BEICHUL CLR C SUBB