51单片机_频率计_1602.docx

广东海洋大学单片机课程设计说明书电子产品设计与开发结 课 论 文题目： 其于51单片机的频率计设计与仿真 班级： 电子1104班 姓名： 陈* （组员） 学号：03 电话： 1376* 成员： 曾* （组长） 学号： 29 电话： 13726* 成员： 孙* （组员） 学号： 21 电话： 137* 目录一、需求分析二、方案设计 1设计基本原理4 1.1测量频率的原理4 1.2系统设计框图4三、软件设计5 1资源分配表5 2程序流程框图64、 系统硬件线路设计图7 1 单片机最小系统设计7 2 液晶LCD1602显示电路8 3 频率测量电路11五.系统仿真、测试结果及性能分析12 1系统仿真、测试结果12 2性能分析13六、心得与体会14七、参考文献14摘要本设计提出了一种基于AT89C51单片机开发的数字频率测量仪的设计。系统以单片机AT89C51为核心，构成完备的测量系统。可以对信号进行频率的精确测量，测频在1Hz至10kHZ。采用液晶LCD1602显示被测信号的频率。与传统的电路系统相比，其有处理速度快、稳定性高、性价比高、硬件结构简单的优点。关键词：单片机；低频；绝对误差一、需求分析 频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。频率信号抗干扰性强、易于传输,可以获得较高的测量精度。同时,频率测量方法的优化也越来越受到重视.并采用AT89C51 单片机和相关硬软件实现。MCS51系列单片机具有体积小，功能强，性能价格比较高等特点，因此被广泛应用于工业控制和智能化仪器，仪表等领域。我们研制的频率计以89c51单片机为核心，具有性能优良，精度高，可靠性好等特点。二、设计方案此次课程设计采用间接测量法来测量。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) 1设计基本原理 1.1测量频率的原理 定时/计数器工作在方式1，每产生一次定时器0中断，计数65536个脉冲，此时的脉冲来自振荡器的12分频后的脉冲，其周期为1uS。根据产生外部中断0时，定时器0中断的次数u，以及此时定时/计数器0计数寄存器的数值X，即可求得待测方波的周期为：T=(65536*u+X)us ，取其倒数即可求得待测方波的频率，小数点后保留两位，即可使得频率精度为0.1HZ。1.2系统设计框图经过方案论证和比较后,最终确定的系统框图如图1所示,主要由AT89C51单片机、异或器件、LCD1602、电源等组成。 图2 系统设计框图三、软件设计1资源分配表表5 资源分配表I/O口作用P0LCD1602数据接口P1.6LCD1602 RW接口P1.7LCD1602 RS接口P2.4LCD1602 E接口P3.2频率测量接口2程序流程框图频率程序流程图如图9所示：图10 程序流程图四、系统硬件线路设计图1 单片机最小系统设计单片机最小系统是能补足单片机工作的最简单电路，它由单片机、电源、晶体振荡器、复位电路等构成。它是本系统的处理单元也是控制单元，负责处理信号、外设的接口与控制，同时它也是所有软件的载体。本系统采用AT89C51是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。与Intel公司的80C51在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。其管脚如下图所示：图3 AT89C51单片机管脚图本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接。单片机正常工作时，都需要有一个时钟电路和一个复位电路。本设计中选择了内部时钟方式和按键电平复位电路，来构成单片机的最小电路。如图3所示。 图4 单片机最小系统2液晶LCD1602显示电路字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表1所示:表 1 LCD1602引脚接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表2所示，其中1为高电平、0为低电平。表 2 LCD1602控制指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。与HD44780相兼容的芯片时序如下表3所示：表 3 基本操作时序表读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无其操作时序图如下所示：图5 读操作时序图图6 写操作时序图本设计中采用液晶LCD1602显示输入方波A的频率，其D0D7与单片机的P0端口连接，使能端E、RS、RW分别与单片机P2.4、P1.7、P1.6连接，此电路原理简单，电路连接方便，如图7所示。 图7 液晶LCD1602显示电路3频率测量电路本设计中将方波A输入，采用定时中断测量其频率。如图7所示。 图8 频率测量电路综上所述，频率的总体电路图如图9所示： 图9 频率计的总体电路图五.系统仿真、测试结果及性能分析1系统仿真、测试结果在仿真软件PROTUES中按照电路图连接好电路。输入待测方波信号波形，当测试频率时，先依次设置好方波A的频率，进行仿真测得数据；测试波形和结果如图11所示： 图11 仿真波形表6 仿真频率测试结果输入频率/HZ121050100200500测得频率/HZ0.991.9910.0050.00100.00200.01500.00输入频率/HZ9001000102412342000500010000测得频率/HZ899.921000.641024.231234.202000.925000.4810000.60 2性能分析根据表6测试所得结果可以看出：，频率范围为1Hz3000HZ；频率误差少于1Hz.当输入频率大于4000HZ时，频率误差小于6HZ，并且随着输入频率增大，频率误差逐渐增大。由此可得如下结论：本次所设计的频率适合测试低频信号，最佳频率范围为1-3000HZ，输入方波任意均可。六、心得与体会刚刚拿到做频率计这个题目时，我们的感觉可以说是比较轻松的，在一开始的时候也不算太着急。过了几天后，我和几个组员开始打算动手去做了，这时才感觉到频率计不是那么容易做的。虽然心中有个大概的想法，但要实施起来时才觉得不知从哪里入手。可是我们还是硬着头皮做了，我和组长曾潜，组员孙凯开始上网了解频率计的具体做法。通过几个小时的讨论，终于大概定出了本次设计的思路、流程与分工。在本次的设计中，我主要负责做PCB版和协助组长曾潜设计详细的程序。通过好几天的努力，我们终于做出了最初的设计，但是程序在仿真图片中的显示不正常，误差也很大。我们三人通过不断的修改，调试，终于，做出了基本符合要求的51单片机频率计。这次的频率计设计，虽然在过程中也走了不少的弯路，但终究是学到许多知识，学到课堂上没有的知识，除了实践上的，理论上的知识也有。除此之外，我还认识到了与人合作的重要性，这次设计如果只是我一个人做是很有可能做不出来的，在设计中往往会遇到一些个人弄很长时间都弄不明白的地方，但几个人一起讨论后就往往会害然开朗。由于本次设计时间的安排还是不够合理，设计中还有很多不够完美的地方，系统中还有许多有待改进的地方。最后，要感谢老师，给我们一个把理论应用到实践的机会，也感谢同学们在我困难的时候能伸出援手，谢谢。七、参考文献【1】周美娟、肖来胜编著。单片机技术及系统设计，清华大学出版社【2】谭浩强编著。C程序设计，清华大学出版社附录一：仿真图附录二：原理图附录三：PCB图附录四：源程序#include #include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar m=0;uchar u;uint i;uint x;uint c; /相位数据结果保存float t0,f;uint a=70,61,48,48,48,48,48,46,48,48,72,90; /频率数据结果保存/F,=,0,0,0,0,0,.,0,0,H,Zsbit lcdrw=P16;sbit lcdrs=P17;sbit lcden=P24;/LCD1602的设置/void delay(uint s)/延时1MS uint r,g; for(r=s;r0;r-) for(g=110;g0;g-); void write_com(uchar com) / 写指令 lcdrs=0; P0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;void write_data(uchar date) / 写数据 lcdrs=1; P0=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;void initlcd()/初始化 lcdrw=0; lcden=0; /write_com(0x01);/显示清屏 write_com(0x38);/显示模式设置 write_com(0x0c); /显示开，开游标，不闪烁 write_com(0x06); / 字符时整体不移动 /LCD1602设置/定时器的设置/ void CT_init() /定时计数器初始化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;void ITC0() interrupt 0 /外部中断0服务程序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;void TIME0() interrupt 1 /定时计数器0溢出中断m+; /溢出次数加1/定时器的设置/void main()initlcd(); /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