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淮安信息职业技术学院单片机等精度频率计设计,毕业设计

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淮安信息职业技术学院 1 单片机等精度频率计设计 (江苏淮安信息职业技术学院 ) 摘要： 本设计利用 D 触发器控制两个计数器（ count1 和 count2）的同时启动与停止，首先保证了 count1 和 count2 的计数时间是一致的。同时 count1 和 count2 与单片机的定时器 T0 和 T1 构成两个 20 位的计数器，分别对标准频率脉冲和被测频率脉冲进行同时计数。利用单片机串行口运行输出显示，从而克服了 传统测频原理的频率计的测量精度随被测信号频率的下降而降低的局限性，提高了测量的精度。 关键词： 频率 计数器 单片机 等精 度 一 引言 利用单片机、 2 个计数器以及 D 触发器对被测信号脉冲与标准信号脉冲 ,同时计数，实现频率测量功能。在保证产品质量和提高产品功能的同时降低制作成本 , 对产品进行简化设计。 1.现 有技术背景 传统测频原理的频率计的测量精度，通常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。 2. 科学实用的应用价值 等精度频率计能够大幅提高频率的测量精度，从而更有利于科研和生产中的频率测试。 我们制作的频率测量计 , 合理利用单片机的各项性能 , 对被测信号、标准信号 进行脉冲计数。本产品能信号频率进行精确测量。 产品的产生 , 将极大程度上突出价格便宜 , 取材方便、就地 , 电路简易的广泛适用特点 , 值得推广 ! nts淮安信息职业技术学院 2 二 单片机用于频率测量设计 1. 本系统的功能与性能 本系统的功能主要有信号脉冲计数 , 数据处理 , 输出显示控制。它能对（ 50KHz2MHz）范围的频率进行精确的测量 , 同时八位 LED 显示器直接跟踪显示被测信号的频率值 , 准确度高 , 显示清晰 , 稳定可靠 , 使用方便。 (在具体的 设 计 编 程 , 调 试 过 程 中 为 了 调 试 的 方 便 , 编 程 把 频 率 范 围 设 在50KHz2MHz) 。 本系统的原理框图如下图所示 ,计数器部分对标准频率与被测频率进行同步开启计数与关闭计数。单片机部分对计数数据进行运算处理，显示电路对单片机输出数据进行直观显示。 2. 确定系统基本结构及硬件设计 基本组成： 1) 单片机选用 MCS-51 系统 89C51 首选 89C51 的理由是价格便宜 , 有开发环境。 nts淮安信息职业技术学院 3 2) D 触发器 利用 D 触发器控制两个计数器（ count1 和 count2）的同时启动与停止，从而保证了 count1 和 count2 的计数时间是一致的。 3原理图 的设计 原理图的设计要求符合以下几点要求 1) 原理图设计要符合项目的工作原理，连线正确。 2) 单片机最小系统正常工作。 3) D 触发器能同时开启与关闭计数器。 4) 计数器能准确的对两路信号（标准频率与被测频率）脉冲进行计数。 5) 同时注意电路的排版整齐 三 单元电路分析 1. 信号输入电路部分 两个外接计数器， Count1 与 Count2（ 74LS161），与单片机内部nts淮安信息职业技术学院 4 的定时器构成两个 20 位的计数器，分别用于对标准频率脉冲和被测频率脉冲进行计数。 D 触发器用于控制计数器同时启动和停止。 D触发器的 Q 端接到两个计数器的使能 端上， Q=1 时，两计数器同时启动， Q=0 时两计数器同时停止计数，保证两个计数器计数时间是一致的。 两个外接计数器既作为计数器，又能起到分频的作用，使加到T0 和 T1 的频率不能太高。保证 T0 和 T1 准确计数，增加两个计数器的位数可以扩大测频的范围。 2.单片机电路部分 单片机 89C51 用于控制整个系统的运行，计算由两个计数器送过来的脉冲计数数据，由单片机的数据运算处理功能计算出被测信号频nts淮安信息职业技术学院 5 率，输出串行数据，传送到串行译码显示电路，显示被测信号的精确频率值。 3.串行显示电路 利用 74LS164 移位寄存功能 （分频）对单片机输出的串行数据逐级分频，从第一级到最后一级总共分 8 次，这样就把单片机输出的串行数据转换为并行数据， RXD 输入数据信号， TXD 输入移位时钟脉冲信号，74LS164 的译码显示功能，对数据进行频段译码，分 8 段进行数码显示，直观明了。本电路设计简单，避免了并行输出线路复杂，不易布线的问题。 nts淮安信息职业技术学院 6 四 .程序流程 单片机等精度频率计的软件 软件流程并不复杂，按照测频原理一步步做如下即可。编写程序时，一定要先允许 T0 和 T1 计数，用指令设置 TR0 与 TR1，然后再使 D 触发器输入端置 1，允许外部计数器计数。在停 止计数器时恰好相反，应先停止外部计数器，然后再停 T0 和 T1 计数。计算被测信号的频率是按公式： Fv=FsNx/Ns 为了保证测试结果的准确，采用了多字乘除法。先是进行 Fs 与 Nx 相乘，编写 4 字节乘以 4 字节的程序，然后再除以Ns，这是 8 字节除以 4 字节的除法程序。以上计算程序经多次验证，在整数部分准确无误。 nts淮安信息职业技术学院 7 五 . 今后改进与提高 等精度频率计的测频范围很宽，可以测 0.1Hz 到几十 MHz 的信号。但随着所测频率高低的不同，测试方法也不一样。在高频段采用测脉冲个数来进行测频。但在低频段是采用测信号正负脉冲的脉 宽求得周期计算频率的方法，但都能保证测量的精度。目前由于时间的关系，我们只做高频段的测试。在此基础上应完善低频段的测试功能，使等精度测频功能完善起来。在条件允许的情况下，应采用 EDA 方法进一步提高测频范围。 源程序 : ORG 0000H SFNUM EQU 20H FTCLK EQU 24H FSCLK EQU 28H FNUMB EQU 30H BCUS EQU 48H CHUS EQU 28H SANG EQU 40H BCUB EQU 08H CUSB EQU 04H CESB EQU 04H START: NOP nts淮安信息职业技术学院 8 MOV R3,#40H MOV A,#00H MOV R0,#00H LOOPJ: MOV R0,A INC R0 DJNZ R3,LOOPJ CALL DISPLY STAR: MOV IE,#00H MOV P1,#0FFH CLR P2.4 CLR P2.0 MOV R3,#04H MOV R1,#00H MOV DPTR,#SFCTA2 MOV R0,#SFNUM LOOPS: MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R0 INC R1 DJNZ R3,LOOPS SJMP LOOPR LOOPY: SJMP STAR nts淮安信息职业技术学院 9 LOOPR: SETB P2.0 MOV P1,#0FFH MOV TMOD,#55H MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H SETB TR0 SETB TR1 SETB P2.4 MOV R2,#00H DELAY2: MOV R1,#0F4H DELAY3: NOP ;NOP ;NOP ;NOP NOP NOP DJNZ R1,DELAY3 DJNZ R2,DELAY2 CLR P2.4 CLR TR0 CLR TR1 nts淮安信息职业技术学院 10 MOV R0,#FTCLK+03H MOV A,#00H MOV R0,A DEC R0 MOV A,TH1 MOV R0,A DEC R0 MOV A,TL1 MOV R0,A MOV R0,#FSCLK+03H MOV A,#00H MOV R0,A DEC R0 MOV A,TH0 MOV R0,A DEC R0 MOV A,TL0 MOV R0,A TT: MOV P1,#0FFH MOV A,P1 MOV P1,#0FFH SETB P2.2 MOV R4,A nts淮安信息职业技术学院 11 ANL A,#0F0H DEC R0 MOV R0,A MOV A,R4 SWAP A ANL A,#0F0H MOV FTCLK,A MOV A,#FTCLK+03H CALL RSHIF MOV A,#FSCLK+03H CALL RSHIF MOV R3,#04H MOV R0,#FTCLK+01H MOV A,R0 INC R0 ORL A,R0 JZ LOOPY MOV R0,#FSCLK+01H MOV A,R0 INC R0 ORL A,R0 JZ LOOPY MOV R1,#SANG+04H nts淮安信息职业技术学院 12 MOV R0,#FTCLK LOOPH: MOV A,R0 MOV R1,A INC R0 INC R1 DJNZ R3,LOOPH CALL NIMUL LOOPE: MOV R3,#BCUB MOV R0,#SANG MOV R1,#SANG+08H LOOPK: MOV A,R0 MOV R1,A INC R0 INC R1 DJNZ R3,LOOPK CALL P8DIV4 CALL NIBTB CALL BCDTB CALL DISPLY DELA: MOV R3,#08H DELAY: MOV R2,#00H DELAY4: MOV R1,#00H DELAY5: NOP nts淮安信息职业技术学院 13 NOP DJNZ R1,DELAY5 DJNZ R2,DELAY4 DJNZ R3,DELAY LJMP STAR DISPLY: MOV R3,#08H ;DISPLY LED MOV R0,#FNUMB MOV DPTR,#LEDTBL MOV SCON,#00H ;MODE-0 LOOPD: MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A CLR TI JNB TI,$ INC R0 DJNZ R3,LOOPD CLR TI RET RSHIF: MOV R2,#04H MOV R4,A RSHI1: MOV R3,#04H MOV A,R4 MOV R0,A nts淮安信息职业技术学院 14 CLR C RSHI0: MOV A,R0 RRC A MOV R0,A DEC R0 DJNZ R3,RSHI0 DJNZ R2,RSHI1 RET NIMUL: MOV R0,#SFNUM MOV R1,#SANG+04H MOV R3,#CESB MOV A,R0 MOV R4,A MOV A,R3 MOV R7,A MOV A,R1 MOV R5,A SE20: CLR C SUBB A,R7 MOV R6,A MOV R1,A ACALL SUBD4 MOV A,R7 nts淮安信息职业技术学院 15 ADD A,R7 MOV R2,A MOV B,#04H MUL AB SE201: PUSH A MOV A,R6 MOV R1,A MOV A,R2 MOV R3,A ACALL SUBE4 JNC SE203 MOV A,R7 MOV R3,A MOV A,R6 MOV R1,A MOV A,R4 MOV R0,A CLR C SE202: MOV A,R0 ADDC A,R1 MOV R1,A INC R0 INC R1 nts淮安信息职业技术学院 16 DJNZ R3,SE202 JNC SE203 MOV A,R5 MOV R1,A MOV A,R7 MOV R3,A SE204: MOV A,R1 ADDC A,00H MOV R1,A JNC SE203 INC R1 DJNZ R3,SE204 SE203: POP A DEC A JNZ SE201 RET P8DIV4: MOV A,#SANG MOV R1,A MOV A,#BCUB MOV R3,A ACALL SUBD4 MOV A,#BCUB MOV B,#08H nts淮安信息职业技术学院 17 MUL AB SA401: PUSH A CLR C MOV A,#SANG MOV R1,A MOV A,#BCUB*02H MOV R3,A ACALL SUBE4 MOV A,#BCUS+CUSB MOV R0,A MOV A,#CHUS MOV R1,A MOV A,#CUSB MOV R3,A CLR C SA402: MOV A,R0 SUBB A,R1 PUSH A INC R0 INC R1 DJNZ R3,SA402 MOV A,#CUSB MOV R3,A nts淮安信息职业技术学院 18 JC SA403 MOV A,#SANG MOV R0,A INC R0 MOV A,#BCUS+BCUB DEC A MOV R0,A SA404: POP A MOV R0,A DEC R0 DJNZ R3,SA404 SJMP SA405 SA403: POP A DJNZ R3,SA403 SA405: POP A DEC A JNZ SA401 MOV A,#BCUS+BCUB DEC A MOV R0,A MOV A,R0 RLC A JNC SA409 nts淮安信息职业技术学院 19 SA407: MOV A,#SANG MOV R1,A MOV A,#BCUB MOV R3,A SA408: MOV A,R1 ADD A,#01H MOV R1,A JNC SA409 INC R1 DJNZ R3,SA408 SA409: RET SUBD4: CLR A SD40: MOV R1,A INC R1 DJNZ R3,SD40 RET SUBE4: CLR C SE40: MOV A,R1 RLC A MOV R1,A INC R1 DJNZ R3,SE40 RET nts淮安信息职业技术学院 20 NIBTB: MOV R0,#44H MOV R1,#48H MOV R7,#03H NIBTB1: MOV A,R0 MOV R5,A MOV A,R1 MOV R6,A MOV A,R7 INC A MOV R3,A CLR A NBD0: MOV R1,A INC R1 DJNZ R3,NBD0 MOV A,R7 MOV B,#08H MUL AB MOV R3,A NBD4: MOV A,R5 MOV R0,A MOV A,R7 MOV R2,A CLR C nts淮安信息职业技术学院 21 NBD1: MOV A,R0 RLC A MOV R0,A INC R0 DJNZ R2,NBD1 MOV A,R6 MOV R1,A MOV A,R7 MOV R2,A INC R2 NBD3: MOV A,R1 ADDC A,R1 DA A MOV R1,A INC R1 DJNZ R2,NBD3 DJNZ R3,NBD4 RET BCDTB: MOV R3,#04H MOV R0,#48H MOV R1,#FNUMB;R1=30H LOOPT: MOV A,R0 MOV R4,A nts淮安信息职业技术学院 22 ANL A,#0FH MOV R1,A INC R1 MOV A,R4 SWAP A ANL A,#0FH MOV R1,A INC R1 INC R0 DJNZ R3,LOOPT RET LEDTBL: DB 03H,9FH,25H,0DH,99H,49H DB 41H,01FH,01H,09H SFCTA1: DB 40H,42H,0FH,00H SFCTA3: DB 60H,0E3H,16H,00H SFCTA2: DB 80H,84H,1EH,00H END nts单片机等精度频率 测量计 淮安信息职业技术学院 信息与通信工程系 nts课题简介 基于传统的测频原理设计的频率计，测量精度将随被测频率的下降而降低，测量频率精度不稳定，因此在实际的应用中具有较大的局限性。而等精度频率测量计能很好地解决这个问题。等精度测频原理是将被测频率和一个标准的已知频率在相等的一段时间 (Ts=Tx)内进行二个脉冲的计数，然后求其被测