自适应频率计设计说明书.doc

自适应数字频率计设计说明书负责人：张赟颍队员：黄蜀宾、熊华竞目录1、项目介绍- 1 -2、制作流程图- 1 -2.1 项目制作流程如下：- 1 -2.2 项目时间进度安排如下：- 1 -3、系统功能分析- 2 -3.1 系统的功能模块框图- 2 -3.2 分频模块- 3 -4.选频模块:- 5 -5. 控制模块- 7 -6 数码管显示- 13 -7、软件设计- 13 -7.1 软件流程图- 13 -8.软件代码介绍- 14 -9、附件- 19 -9.1 系统的原理图- 19 -系统PCB图- 20 -1、项目介绍本设计为一个自适应频率计，可以自动判别输入周期频率信号频率为1Hz-9999KHz的特性。输入信号为方波，正向输入峰值5V。要求用4位数码显示，自动选择最佳频段使能显示最多有效数字并自动移动小数点使显示单位保持为“KHz、项目要求。2、制作流程图2.1 项目制作流程如下：分析题目，设计方案，分工设计电路图，制作板子编软件写文档调试，测试交作品2.2 项目时间进度安排如下：第一、二周第三、四周第五周最后一周设计方案，分工制作电路，编程，写文档链调，测试验收3、系统功能分析输入信号3.1 系统的功能模块框图74LS393CD4051单片机数码管显示3.2 分频模块如下图:图4.2分频电路运用了74LS393与CD4051进行,通过393对输入信号进行分频,再通过CD4051对分频数进行选择.由于单片机的计数频率上限较低12MHz晶振时约为500KHz所需要对高频被测信号进行硬件欲分频处理采用74LS393进行分频处理。74LS393有两套完全相同的4位二进制计数器因此一片393可实现2分频、4分频、8分频、直到256分频。其连接方法为CLK脚接需被分频的信号MR脚为清零信号高电平有效一般直接接地而Q0Q1Q2Q3脚分别为24816.分频输出脚。 74LS393芯片介绍 双四位二进制计数器异步清零异步清零端为高电平时不管时钟1A2A状态如何即可以完成清除功能。 当异步清零端为低电平时在1A、2A脉冲下降沿作用下进行计数操作。外接管脚如图:真值表对应原图4.选频模块: 设计采用74LS393进行分频处理后需要再用CD4051将输入信号送入核心控制器件单片机中完成运算、控制及其显示功能。CD4051就是一种单端8通道多路开关它带有三个输入端A,B,C和一个禁止输入端INH。从A,B,C输入的信号来选择8个通道中的一个。5. 控制模块 8位单片机是MSC-51系列产品升级版,有世界著名半导体公司ATMEL在购买MSC-51设计结构后,利用自身优势技术掉电不丢数据,闪存生产技术对旧技术进行改进和扩展,同时使用新的半导体生产工艺,最终得到成型产品。与此同时,世界上其他的著名公司也通过基本的51内核,结合公司自身技术进行改进生产,推广一批如51F020等高性能单片机。AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间,支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求,时钟频率可以设置在0-33M之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。同时,该单片机支持计算机并口下载,简单的数字芯片就可以制成下载线,仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销10年不衰.根据不同场合的要求,这款单片机提供了多种封装,本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况使用双列直插DIP-40的封装。复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种上电复位和手动复位.本次设计选用上电位.如图:高频率的时钟有利于程序更快的运行也有可以实现更高的信号采样率从而实现更多的功能。但是告诉对系统要求较高而且功耗大运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制并非高速信号采样处理所以选取合适的频率即可。合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处本次设计选取12MHz无源晶振接入XTAL1和XTAL2引脚。并联2个20pF陶瓷电容帮助起振。晶振电路:单片机:引脚功能说明VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（）。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见下表：在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。表XX P1.0和P1.1引脚复用功能引脚号功能特性P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（）。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：表XX P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。（29引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。特殊功能寄存器在STC89C52RC片内存储器中，80HFFH共128个单元位特殊功能寄存器（SFR），SFR的地址空间如下表1所示。并非所有的地址都被定义，从80HFFH共128个字节只有一部分被定义。还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。STC89C52RC除了有定时器/计数器0和定时器/计数器1之外，还增加了一个一个定时器/计数器2.定时器/计数器2的控制和状态位位于T2CON（见表2）和T2MOD（见表4）。定时器2是一个16位定时/计数器。通过设置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可将其作为定时器或计数器（特殊功能寄存器T2CON的描述如表2所列）。定时器2有3种操作模式：捕获、自动重新装载（递增或递减计数）和波特率发生器，这3种模式由T2CON中的位进行选择（如表2所列）表1 STC89C52RC的特殊功能寄存器表2特殊功能寄存器T2CON的描述6 数码管显示数码管显示电路如下图4.6：图4.6该数码管为四位八段共阴数码管，段码端通过一排1K的上拉电阻驱动，阴极直接接到单片机的IO口上，当单片机对应的段码控制端口输出高电平，对应的位码输出低电平时点亮对应数码管上的某段。段码端口和位码端口可根据自己的需要连接到单片机的IO口，本系统中段码端口连接到P0口，从adp依次对应单片机的P0.7P0.0，位码cs1cs4分别对应单片机上的P1.0P.4。7、软件设计7.1 软件流程图开始初始化初始化初始化初始化初始化初始化初始化初始化计算分频void Init(void)P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能void Init(void)P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能计算分频void Init(void)P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能void Init(void)P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能计算分频void Init(void)P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能void Init(void)P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能选择分频P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能void Init(void)P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能显示P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能void Init(void)P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口 分频为2的1次方TMOD=0x51; /T0 计时16位， T1 计数16位TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TH1=0;/ 计数TL1=0; ET0=1;/溢出中断允许ET1=1;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行EA=1;/总中断使能8.软件代码介绍/ 简单频率计， T0定时， T1计数 ，计数范围 0 255 ，显示值 0 999 ，能够测量和显示频率范围 0/12M晶振 1us 1000=1ms 1s=1000ms 定50000=50ms 20次为1s#include char i,m,n;code unsigned char acLedSegCode = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /码表code unsigned char LedPosit = 0x7f,0xbf,0xdf,0xef; /段选 unsigned int count;/ 定时 50ms 中断计数次数 ,20 次为 1sunsigned char DispBuf4,num_div,dispflag=0;unsigned int overflow_num;void Init_Reset(void) /重新初始化TL1=0;TH1=0;TL0=-50000; / 定时 50ms 赋初值TH0=(-50000)8;TR0=1;/T0定时运行TR1=1;/T1计数运行void display() /显示for(i=0;i4;i+)P2=LedPositi;m=DispBufi;P0=acLedSegCodem;P0=0X00;/影消switch(dispflag)case 0:for(i=0;i4;i+)P2=LedPositi;m=DispBufi;P0=acLedSegCodem;if(i=3)P0|=0X80; /显示小数点P0=0X00;break;case 1:for(i=0;i4;i+)P2=LedPositi;m=DispBufi;P0=acLedSegCodem;if(i=2)P0|=0X80;P0=0X00;break;case 2:for(i=0;i4;i+)P2=LedPositi;m=DispBufi;P0=acLedSegCodem;if(i=1)P0|=0X80;P0=0X00;break;case 3:for(i=0;i4;i+)P2=LedPositi;m=DispBufi;P0=acLedSegCodem;if(i=0)P0|=0X80; P0=0X00;break;void HextoBCD(unsigned char x,unsigned char y)long int z;z=(x 1000000)/选择分频z = z / 1000;dispflag= 3;P1=0x07;/打开CD4051 X7口 num_div=7;/CD4051 X7口 分频为2的7次方else if (z 100000)z = z / 100;dispflag= 2;P1=0x01;/打开CD4051 X1口 num_div=1;/CD4051 X1口77 else if (z 10000)z = z / 10;dispflag= 1;P1=0x01;/打