基于单片机的数字频率计

1、常州轻工职业技术毕业设计摘 要本方案主要以单片机为核心，主要分为时基电路，复位电路，显示电路三大部分，设计以单片机为核心，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。本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。关键词:单片机，运算，频率计，LED数码管。ABSTRACTThe program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, ampli

2、fier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured

3、 sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays.The design of the 89C51 microc

4、ontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency

5、 measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application.Key words: microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube。目 录摘 要1ABSTRACT2目 录3第一章 引言41.1 数字频率计概述41.2 频率测量仪的设计思路与频率的计算41.3 基本设计原理5第二章 数字频

6、率计（低频）的硬件结构设计62.1 系统硬件的构成62.2 系统工作原理图62.3 信号调理及放大整形模块72.4 时基信号产生电路82.5时基信号的产生原理：82.6 显示模块9第三章 软件设计113.1中断控制113.2定时器/计数器113.3程序流程图设计123.3.1主程序流程12总结14参考文献15附录 A16附录 B17第一章 引言本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单

7、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。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。1.1 数字频率计概述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、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602A LCD显示器动

8、态显示6 位数。测量范围从1Hz10kHz 的正弦波、方波、三角波，时基宽度为1us,10us,100us,1ms。用单片机实现自动测量功能。基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。1.2 频率测量仪的设计思路与频率的计算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，其原理如下图1所示。 若被测量信号的周期为，分频数m1，分频后信号的周期为T，则：T=m1Tx 。由图可知： T=NTo（注：To为标准信号的周期，所以T为分频后信号的

9、周期，则可以算出被测量信号的频率f。）由于单片机系统的标准频率比较稳定，而是系统标准信号频率的误差，通常情况下很小；而系统的量化误差小于1，所以由式T=NTo可知，频率测量的误差主要取决于N值的大小，N值越大，误差越小，测量的精度越高。1.3 基本设计原理基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。

10、时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N 是在1 秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。第二章 数字频率计（低频）的硬件结构设计2.1 系统硬件的构成本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89C51，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。可分为以下几个模块：放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、LCD

11、显示模块。各模块关系图如图2所示：2.2 系统工作原理图该系统工作的总原理图如图3所示：图 3 数字频率计系统工作原理图2.3 信号调理及放大整形模块放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。它将正弦输入信号Vx 整形成同频率方波Vo,幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以避免波形失真。由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。同相输入的运算放大器的放大倍数为（R1+R2）/R1，改变R1 的大小可以改变放大倍数。系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到闸门以便计数。由于输入的信号幅度是不确定、可能很大也有可能很小，这样对于输入信号的测量就不

12、方便了，过大可能会把器件烧毁，过小可能器件检测不到，所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、放大限幅和整形，信号调理部分电路具体实现电路原理图和参数如下图4所示：2.4 时基信号产生电路CD4013-双上升沿D触发器，引脚及功能见如下图5：CD4013 由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据置位复位时钟输入和 Q 及Q 非输出。此器件可用作移位寄存器，且通过将Q非输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D 输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位或复位线上的高电平完成。 图 5 CD4013 芯片引脚用功能图CD4060

13、-14位二进制串行计数器CD4060 由一震荡器和14极二进制串行计数器位组成，震荡器的结构可以是RC 或晶振电路。CR 为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器 CP1 非（和 CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。2.5时基信号的产生原理：本电路采用32768HZ 晶体震荡器，利用CD4060 芯片经过14 级分频得到2HZ的信号（32768/214），在经过CD4013双D 触发器经过二分频得到0.5HZ的方波，即输出秒脉冲信号使单片机进行计数。图六秒脉冲产生电路原理图2.6 显示模块1602 基本技

14、术：1）、主要功能A、 40通道点阵LCD 驱动;B、可选择当作行驱动或列驱动;C、输入/输出信号:输出,能产生20×2个LCD 驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1V6);D、通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。2）技术参数2.1）极限参数表2.2） 电参数表3）引脚和指令功能模块引脚功能表4）显示位与DD RAM 地址的对应关系 第三章 软件设计主要能过编写软件来控制硬件完成以下各模块的功能：3.1中断控制由于在程序设计中用到中断方式，所以我们在此对单片机中断系统中的中断控制作一下介绍。中断是工业过程控制及智能化仪器用微型机或单片机应用最多的一种

15、数据传送方式。在通常情况下，单片机执行主程序，只有当正常状态出现故障，或发出中断请求时，单片机才暂停执行主程序，转去执行或处理中断服务程序，执行完中断服务程序后，再返回到主程序继续运行。单片机的这一种工作过程称为中断方式。3.2定时器/计数器（1）定时器控制寄存器（TCON）TCON寄存器既参与中断控制又参与定时控制。现对其定时功能加以介绍。其中有关定时的控制位共有4位：F0和TF1计数溢出标志位当计数器计数溢出（计满）时，该位置“1”；使用查询方式时，此位作状态位供查询，但应注意查询有效后应以软件方法及时将该位清“0”；使用中断方式时，此位作中断标志位，在转向中断服务程序时由硬件自动清“0”

16、。R0和TR1定时器运行控制位TRO（TR1）=0停止定时器/计数器工作TRO（TR1）=1启动定时器/计数器工作（2）工作方式控制寄存器（TMOD）TMOD寄存器是一个专用寄存器，用于设定两个定时器/计数器的工作方式。但TMOD寄存器不能位寻址，只能用字节传送指令设置其内容。（3）中断允许控制寄存器（IE）（4）EA中断允许总控制位ET0和ET1定时/计数中断定时器/计数器提供给用户使用的有：8位计数器TH和TL，以及有关的控制位。这些内容只能以软件方法使用。能够产生中断申请的部件被称为中断源。8051型单片机提供了五个中断源：两个外部中断源和三个内部中断源。每一个中断源都有一个中断申请标志

17、位，但是串行口占有两个中断标志位。一共有六个中断标志位。（5）定时器/计数器对输入信号的要求定时器/计数器的两个作用是用来精确的确定某一段时间间隔（作定时器用）或累计外部输入的脉冲个数（作计数器用）。当用作定时器时，在其输入端输入周期固定的脉冲，根据定时器/计数器中累计（或事先设置）的脉冲个数，即可计算出所定时间的长度。3.3程序流程图设计3.3.1主程序流程主程序流程图如图示：频率放大读取当前计数值重新启动T0、T1中断，重新进行测量结果显示YNKey=1开始3.3.2 中断流程T1中断流程图如下图所示：T0中断流程图如下图所示：总结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

18、少的测量仪器。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，会被经常使用到。通过本次课程的设计，不但加深我对在课程上所学到的单片机理论知识的认识和理解，重新让自己认识到了这门学科的在应用方面的广阔前景，并且通过知识与应用于实践的结合更加丰富了自己的知识。扩展了知识面，不但掌握了本专业的相关知识，而且对其他专业的知识也有所了解，而且较系统的掌握单片机应用系统的开发过程，因而自身的综合素质有了全面的提高。经过这次一个较完整的产品设计和制作过程，对于认识到自己在知识方面存在的不足，明确今后的学习方向是非常有益的，为将来的的就业提前打了下坚实的基础

19、。在设计过程中，得到了我的指导老师的悉心指导与帮助，还有其他老师和同学的大力支持和协助，在此一并表示衷心的感谢。 参考文献1李华单片机实用接口技术M. 航空航天大学出版社. 2006.2张鹏王雪梅. 单片机原理与应用实例教程M. 海军出版社. 2007.3赫建国等. 单片机在电子电路设计中的应用M. 清华大学出版社. 2005.4康华光电子技术基础（模拟部分）M. 高等教育出版社. 19985吴清平. 单片机原理与应用实例教程M. 海军出版社. 2008.附录 A附录 B #include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar

20、 unsigned charsigned long count=0;int i=0, x=0;sbit RS=P10;sbit RW=P11;sbit E=P25;sbit dula=P26;sbit wela=P27;unsigned int shu=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0X35,0x36,0x37,0x38,0x39; /数字的ASCII码放在数组中uchar code table="made by Li Houmin"uchar num;void delay(int count) /延时int p; while(count-) for(p

21、=0;p<110;p+);void write_com(unsigned int n) /写指令RS=0;P0=n;delay(5); E=1; delay(5); E=0;void write_data(unsigned char t)/写数据 RS=1;P0=t;delay(5); E=1; delay(5); E=0;void time1_int(void) interrupt 3TH1=TL1=0; TR1=1; x+;void time0_int(void) interrupt 1 TH0=(65535-50000)/256; /装初值,定时50ms TL0=(65535-50

22、000)%256; i+; if(i=20) /1s时间已到 i=0; TR1=0; /关闭计数器1 count=65536*x+256*TH1+TL1; x=0; TH1=TL1=0; /重新装初值 TR1=1; /重新启动计数器器1 void show() write_com(0x85);write_data(shucount/100000); delay(5);/在第一行第五列显示十万位write_com(0x86);write_data(shu(count/10000)%10);delay(5);/显示万位write_com(0x87);write_data(shu(count/1000)%10);delay(5);/显示千位write_com(0x88); write_data(shu(count/100)%10);delay(5);/显示百位write_com(0x89