单片机课程设计数字频率计

1、 单片机课程设计书 课 程： 单片机技术 课程设计题目： 数字频率计 班 级： 自本0903 时 间： 20112012学年第一学期 指 导 教 师： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 09401040349 内容摘要设计以atmel单片机为核心，利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。本设计的目的是通过在对单片机原理及应用的学习，以及查阅资料，培养自学与动手能力，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的补充不知道的内容、巩固所学，和队友的分工合作、相互讨论，运用科学的分析问题的方法解

2、决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。关键词：单片机；数字频率计；设计；- 25 -目 录第1章 概述- 1 -1.1 数字频率计概述- 1 -1.2功能要求及说明- 2 -1.3 设计课题总体方案介绍及工作原理说明- 2 -第2章 硬件部分设计- 4 -2.1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍- 4 -2.2设计课题电路原理图、pcb图、元器件布局图- 5 -2.3 设计课题元器件清单- 5 -第3章 软件部分设计- 6 -3.1 使用单片机资源的情况- 6 -3.2 软件系统各模块功能简要介绍- 6 -3.3

3、软件系统程序流程框图- 7 -第4章误差分析及设计总结- 9 -4.1误差产生原因及分析- 9 -4.2 设计总结及心得体会- 9 -4.3 教学建议- 9 -参考文献- 11 -致 谢- 12 -附 录- 13 - 附录一- 13 -附录二- 24 -附录三- 25 - 第1章 概述1.1 数字频率计概述数字频率计是采用数字电路制成的实现对周期性变化信号的频率的测量。数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字，显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安

4、装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精度高，显示直观，所以经常要用到数字频率计。频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。本文。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品

5、的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。 电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。集成电路的类型很多，从大的方面可以分为模拟电路和数字集成电路2大类。数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个应用领域。 本次设计的数字频率计由两部分组成： 频率源，单片机最小系统板。1.

6、2功能要求及说明设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“p.”， 进入测量准备状态。按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。1.3 设计课题总体方案介绍及工作原理说明本次设计主要分成两大方面：硬件电路的设计和软件程序的设计。硬件电路方面，采用单片机最小系统，便可实现课题要求。程序的设计方面，采用汇编语言编写程序。编写流程图如下:开 始等待查询键值有键按下？n延时10ms查询键值确定有按？下？执行程序显示结果yny 第2章 硬件部分设计2.1 设计课题硬件系统各模

7、块功能简要介绍数字频率计的硬件系统模块设计主要分为：时钟电路，复位电路，键盘电路，显示电路，电源电路。(1)时钟电路：系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。at89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚xtal1和xtal2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容c1和c2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12mhz，电容应

8、尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22f。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。(2)复位电路：复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚rst通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的s5p2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路，如图所示。当时钟频率选用6mhz时，c取22f，rs约为200，rk约为1k。(3)键盘电路：当非编码键盘的按键较少时，采用独立式键盘比较方便，可以随意拿硬件作为预处

9、理，各键盘之间不影响，编程相对矩阵式键盘简单，但占用的i/o口线较多。(4)显示电路：显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及生产工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：发光二极管led显示器、液晶lcd显示器、crt显示器等。led显示器是现在最常用的显示器之一。led显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。对于多位led显示器，通常都是采用动态扫描的方法进行显示，其硬件连接方式如系统原理图。在动态方式中，逐个地循环地点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但是由于人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样

10、。(5)电源电路：现在市面上销售的编程器有很多都是由pc机的usb口直接供电，为了降低本设计的成本及节省设计时间，没有另外设计编程器，而直接购买了市场上的usb供电及下载器。2.2设计课题电路原理图、pcb图、元器件布局图 设计课题电路原理图，见附录二； 设计课题电路的pcb图，见附录三； 2.3 设计课题元器件清单 设计课题元器件清单如表2.1所示：名称数量参数电阻3个1k数码管2个4位一体电阻1个200下载口1个普通插座1个40pin电阻16个470按键4个三极管9个pnpusb供电线1根晶振1个12mhz电容2个30pf极性电容1个22f芯片1块at89s52发光二极管1个六角开关1个

11、表2.1 设计所用元器件清单 第3章 软件部分设计3.1 使用单片机资源的情况内部ram：20h单元存键码；40h-47h单元为显示频率、脉宽、占空比的缓冲区；30h-37h单元为显示学号信息的缓冲区；21h-24h、60h和66h为间接存数区；sp指向70h单元；使用了通用寄存器区的第0组和第2组通用寄存器组；使用了专用寄存器区中的a、ie、p0、p2、p3，其中p0口为段控口，p2口为位控口，p3.4口作为频率待测信号的输入口，p3.2为待测周期、脉宽、占空比信号的输入口。3.2 软件系统各模块功能简要介绍程序中主要的子程序为：测量频率程序，测量周期程序，测量脉宽程序，测量占空比程序，其次

12、有把二进制转化为是十进制的进制转化程序和显示程序。测量频率程序，测量周期程序，测量脉宽程序，测量占空比子程序在下一节中会介绍，而其它子程序相对比较简单，本节主要介绍进制转化子程序。进制转化子程序是利用对10循环求取余数的方法，把二进制数转化为十进制数。其核心是“移位相减”即把被除数向余数单元左移，然后把余数和除数想减，然后把被除数移位后腾出来的低位存放商，这样除法完成后，被除数已经全部转移到余数单元并逐次被减得到最后的余数，而被除数单元被商代替。3.3 软件系统程序流程框图 开 始定时计数器初始化把测得的脉宽化为十进制信号正跳变？信号为低电平？显 示nyny 开始定时计数器初始化测1s的频率值

13、将二进制频率转化为十进制 显 示 图3-1频率子程序的流程图 图3-2脉宽子程序的流程图 开 始定时计数器初始化信号出现正跳变？信号出现负跳变？存储脉冲宽度存周期信号出现正跳变？nyny显示比值ny开 始定时计数器初始化把测得的周期化为十进制信号正跳变？信号为低电平？显 示nyny 图3-3周期子程序的流程图 图3-4占空比子程序流程图 第4章误差分析及设计总结 4.1误差产生原因及分析由于程序中所用的定时/计数器均在查询的方式下工作，加上实物晶振频率的误差，测量误差在所难免，而且由于受程序和单片机本身所限，对测量量也有一定的要求。对待测信号的要求如下：1、要求是方波，且高电平至少高于3.5v

14、，低电平应低于0.2v。2、由于系统的晶振频率为12mhz所以单片机的机器周期t1为1us,定时/计数器用的是查询方式，故tmin=2t1，tmax=1s，而受显示数码段控所限，fmax=65535hz综上，对待测频率信号打要求是：。对待测周期信号的要求是。对待测脉宽信号的要求是：。由于占空比程序使用的是定时/计数器的工作方式2，故，。不同的待测信号，要求不同，不符合测量要求的信号，将会出现较大的误差。在测量范围内的误差，主要由晶振系统和定时器查询程序所占的时间产生，其中最大的是频率的误差，因此要靠调节延时程序的初值，减小误差。4.2 设计总结及心得体会 这次的课程设计虽然艰难，但是也很有意义

15、的，让我知道了单片机，微机。我初窥了微机这一个新的领域，虽然，现在我还是有点不知道io口、地址线、数据线等，但是我知道了80c51、89s52等这是一次知识的进步。这是一次我知识面的拓展。做系统板的时候，我虽然很烦，很纠结，但是做出来以后，还是很有成就感的，我也会做了，并且还做出来了，看到成品时，很高兴、很开心。 4.3 教学建议在一个学期的相处过程中，通过实践形象地将抽象化的单片机书本知识具体化，掌握一些与单片机相关的软件，同时，我也学会了单片机的知识。知道了单片机不是只有40个脚的芯片，在单片机的世界中有我们只能仰望的前辈，有刚刚才出头的学哥学姐。虽然，老师教学严格，要求高，任务多，但是这

16、是为了谁，为了谁的未来，我们都知道。所以，对于老师的一些要求，可能会觉得有些过分，但是都是为了我们。所以，请老师严格要求，高要求才能出高素质人才。 参考文献【1】、马忠梅，单片机的汇编语言windows环境编程宝典m, 北京：北京航空航天大学出版社，2003.6；【2】、李光飞,单片机汇编程序设计指导m,北京:北京航空航天大学出版社，2003.01 ；【3】、李光飞,单片机课程设计实例指导m,北京:北京航空航天大学出版社，2004.9。 致 谢在不断的努力中，单片机的课程设计终于告一段落。在老师的高要求和高质量我不得不对自己狠点、再狠点，在这之中我学会了如何理清编程的思路以及调试方法。同时，网

17、上也是一个巨大的宝地，在网上我找到了很多能用到的东西，才能够让我在程序的编排过程中少走弯路。同时也感谢同学的帮助以及鼓励，使我学会了很多的宝贵经验。再次衷心的感谢你们。 附 录附录一 程序清单： org 0000h ljmp star org 0050h star:mov sp,#70h;主程序 lcall key jnz you mov p0,#0ch mov p2,#0fbh lcall din sjmp staryou: lcall din lcall key jnz zyou sjmp starzyou:mov 20h,a jb 20h.0,lop6 jb 20h.1,lop8 jb

18、20h.2,lop7 jb 20h.3,loop9 jb 20h.4,loop10 ljmp starlop6:ljmp loop6lop8:ljmp loop8lop7:ljmp loop7 loop9:ljmp lop9loop10:ljmp lop10 loop6:mov ie,#00h ;测频率子程序 mov tmod,#15h ;0计数，1定时，都用方式1 mov p1,#00h mov p2,#00h mov 41h,#10d mov 40h,#02d loop0: mov th0,#00h mov tl0,#00h setb tr0 lcall ys cpl tr0 lcall

19、js ;转化十进制码，存放到40h-44h单元 lcall xs ;显示 lcall key；检测是否又键按下 jnz zyou sjmp loop0 sjmp $ ys:mov r7,#16d mov th1,#0ceh mov tl1,#0afh setb tr1lop1:lcall xs jbc tf1,lop3 sjmp lop1 lop3:djnz r7,lop1 cpl tr1 lopys:ret loop7:mov ie,#00h;测脉宽子程序 mov tmod,#09h mov 41h,#11d mov 40h,#12d zk0:mov th0,#00h mov tl0,#00

20、h zk1:jb p3.2,zk1 setb tr0 zk4:jnb p3.2,zk4 zk3:jnb p3.2,zk2 sjmp zk3 zk2:clr tr0 mov 21h,a ;保护a的值 lcall key jnz zyou7 mov a,21h lcall js lcall xs sjmp zk0 sjmp $ zyou7:ljmp zyou loop8:mov ie,#00h ;测周期子程序 mov tmod,#01h mov 41h,#11d mov 40h,#12d zks0:mov th0,#00h mov tl0,#00h zks1:jb p3.2,zks1 zks4:j

21、nb p3.2,zks4 setb tr0 zks2:jb p3.2,zks2 zks6:jnb p3.2,zks6 clr tr0 lcall js mov r5,#50d xhlc:lcall xs djnz r5,xhlc mov 21h,a lcall key jnz zyou8 mov a,21h sjmp zks0 sjmp $ zyou8:ljmp zyou lop9:mov ie,#00h;测占空比子程序 mov tmod,#01h zksp0:mov th0,#00h mov tl0,#00h zksp1:jb p3.2,zksp1 zksp4:jnb p3.2,zksp4

22、setb tr0 zksp2:jb p3.2,zksp2 mov 35h,th0 mov 34h,tl0 zksp6:jnb p3.2,zksp6 clr t0 lcall js;调用十进制转换 mov 21h,42h mov 22h,43h mov 23h,44h mov 24h,45h mov th0,35h mov tl0,34h lcall js mov 46h,44h mov 44h,42h mov 45h,43h mov 43h,#13d mov 40h,21h mov 41h,22h mov 42h,23h mov 47h,#00h xhlcp:lcall xs djnz r5,

23、xhlcp mov 21h,a lcall key jnz zyou9 mov a,21h sjmp xhlcp sjmp $ zyou9:ljmp zyou lop10:mov r0,#30h;学号显示子程序 mov r1,#0feh mov r7,#08h lcall zs xh2:mov p0,r0 mov p2,r1 mov a,r1 rl a lcall dy mov r1,a inc r0 djnz r7,xh2 mov r0,#30h mov r7,#08h mov 21h,a lcall key jnz zyou10 mov a,21h ljmp xh2 sjmp $ zyou10: ljmp zyou js:setb rs1 ;转化十进制 mov r7,th0 mov r6,tl0 mov 60h,#06h mov 66h,#42h mov a,#00h xuqy:mov r4,#10d mov r5,#00d lcall qy mov a,r2 mov r0,66h mov r0,a inc r0 mov 66h,r0 djnz 60h,xuqy clr rs1 ret qy:mov a,r7;求余子程序 jnz start mov a,r6 jnz start mov r2,#00h ret start:clr a mov r2,a mov r3,a mov