基于单片机数字频率计的设计

1、综合应用实验设计报告数字频率计数计 姓名： 学号：姓名： 学号： 2011 年 6 月 19 日摘要设计以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。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决遇到的困难，掌握单片机系统一般

2、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；一 项目的意义与目的在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。单片机数字频率计可靠性高、体积小、价格低、功能全，广泛应用与各种职能仪器中，能使在测量过程的控制中达到自动化，省掉很多繁琐的人工操作，同时也提高了测试精度。二设计要求和指标 测量被测信号的频率，要求如下： 信号波形：方波,正弦波，锯齿波，三角波等； 信号频率：1hz100khz。 显示：lcd显示。三方案设计和论证方案一：本方案主要以单

3、片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。其原理框图如图1所示：信号放大电路信号整形单片机at89c52电路数字显示 电路图1 方案一原理框图方案二：本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分。其原理框图如图2所示：逻辑控制电路时基电路放大整形电路闸门电路计数器锁存器译码显示器图2 方案二原理框图方案论证方案一：本方案主要以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。利用单片机

4、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。方案二：本方案使用大量的数字器件，被测信号经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率与被侧信号的频率相同。同时时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为n，则被测信号频率fx = nhz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，是显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。方案选择比较以上

5、两种方案可以知道，方案一的核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，方案二则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。基于上述比较，所以选择了方案一。四电路原理设计所谓“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。被测脉冲信号整形放大电路，被测频率fx=nhz。数字频率计是一个将被测频率显示出来的计数装置，它主要由单片机89c51控制、7407、led显示器、电源等组成。该系统的功能是将信号输入p3.4口，通过单片

6、机程序控制，对led显示器进行段控和位控，实现动态显示。元器件：元器件描述数量at89c52单片机1液晶显示器lcd16021触动开关1电阻1k,10k,50k,100k,200k若干电解电容50v，10uf1晶振12mhz1瓷片电容30pf2lm358双运算放大器174ls04反相器1导线若干1、原理框框信号放大电路信号整形单片机at89c52电路数字显示 电路图3系统原理框图2、电路原理图图4系统原理图信号整形1 运放部分同相比例放大器的倍数为：uo=(1+rf/r)ui,而放大倍数为(1+rf/r)。因此，适当选择rf和r的值，可使小的输入信号达到可测试范围内的信号大小，然后就可以对它进

7、行测试了。选择器件：lm358。lm358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。lm358 的封装形式：塑封8引线双列直插式，如图 5 所示。特性(features): 内部频率补偿 直流电压增益高(约100db) 单位增益频带宽(约1mhz) 电源电压范围宽：单电源(330v)； 双电源(1.5 一15v) 低功耗电流，适合于电池供电 图52 过零比较部分 过零比较器，顾名思义，其

8、阈值电压ut=0v。电路如图(a)所示，集成运放工作在开环状态，其输出电压为+uom或-uom。当输入电压ui0v时，uo=-uom。因此，电压传输特性如图(b)所示，我们使用lm324构建过零比较器，如图 6 所示，来整波。图 6 选择器件：lf353 ，封装如图7所示 各引脚功能： 图73 稳压部分 经过运放部分处理的信号电压值可能过大，直接输入到单片机中可能会烧毁电路，因此需要对信号进行稳定其电压值。选择器件：74ls04，封装如图 8所示。 电源电压：5v图 8单片机控制电路单片机控制电路由at89c52片机、晶振时序电路、复位电路构成。单片机at89c52：at89c52如图9 所示

9、，是一种带4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 at89c52 图9本次设计主要用到单片机4个i/o口中的3个，其中p3口的一部分及p1口与lcd相接，18、19脚外界晶振电容为单片机提供时序，9号脚为复位电路的接入脚。晶振时序电路 xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大

10、器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。晶振电路原理图如图3 6 所示。图10晶振电路原理图复位电路常见的复位电路有两种：上电复位电路和开关复位电路，可根据电路的需要选择复位电路。复位电路如图3 7 所示。图11 复位电路原理图液晶显示电路字符型液晶显示模块lcd1602是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，其引脚功能如表所示。lcd引脚接口说明表 编号符号引脚说明编号符号引脚说明1vss电源地9d2data i/

11、o2vdd电源正极10d3data i/o3vl液晶显示偏压信号11d4data i/o4rs数据/命令选择端（h/l）12d5data i/o5r/w读写选择端（h/l）13d6data i/o6e使能信号14d7data i/o7d0data i/o15bla背光源正极8d1data i/o16blk背光源负极读状态：输入:rs=l,rw=h,e=h 输出：d0d7=状态字写指令：输入:rs=l,rw=l,d0d7=指令码，e=高脉冲 输出：无读数据：输入:rs=h,rw=h,e=h 输出：d0d7=数据写数据：输入:rs=h,rw=l,d0d7=数据，e=高脉冲根据1602液晶显示器的读

12、写时序操作，编写相应的单片机驱动程序，便可以实现液晶显示器的显示输出。3、系统pcb图图12系统pcb图4、 仿真图：图13五、硬件设计与调试使用的主要仪器和仪表：数字万用表，信号发生器，示波器等。调试方法：依次测量每个功能部分原件的功能是否达到要求。待每个部分功能正常后把所有的部分结构统一起来组成完整的电路原件。软件设计部分 org 0000h ajmp main org 000bh ljmp sever1 org 0030h main: a8279_1 equ 0ff82h a8279_2 equ 0ff80h mov dptr,#a8279_1 ;8279初始化 mov a,#0d1h

13、movx dptr,a wait1:movx a,dptr jb acc.7,wait1 ; mov a,#00h movx dptr,a mov a,#2ch movx dptr,a clr 00h clr 01h clr 02h clr 03h clr 04h clr 05h clr 06h clr 07h clr 08h clr 09h start:mov dptr,#a8279_1 movx a,dptr anl a,#07h jz retun acall key jbc 00h,main jbc 01h,start1 jbc 02h,start2 jbc 03h,start3 jbc

14、 04h,start4retun:ajmp startstart1:mov p1,#0efh lcall seach1 jbc 00h,main jbc 06h,pinyu61 jbc 07h,pinyu71 jbc 08h,pinyu81 jbc 09h,pinyu91 ajmp start1 pinyu61:ljmp pinyu6 pinyu71:ljmp pinyu7 pinyu81:ljmp pinyu8 pinyu91:ljmp pinyu9 start2:mov p1,#2fh lcall seach1 jbc 00h,main jbc 06h,zhouqi11 jbc 07h,z

15、houqi21 jbc 08h,zhouqi31 jbc 09h,retun4 retun4:ajmp start2 zhouqi11:ajmp zhouqi1 zhouqi21:ajmp zhouqi2 zhouqi31:ajmp zhouqi3 start3: lcall seach1 jbc 00h ,retun16 lcall cemk ajmp start3retun16:ljmp main start4: lcall seach1 jbc 00h ,retun15 lcall cezhankb ajmp start4 retun15:ljmp mainpinyu6:lcall se

16、ach1 jbc 00h ,retun11 mov p1,#1eh lcall zhqi lcall pinyu1 lcall trans lcall led ajmp pinyu6 retun11:ajmp mainpinyu7:lcall seach1 jbc 00h ,retun12 mov p1,#1dh lcall czs lcall pinyu2 lcall trans lcall led ajmp pinyu7 retun12:ajmp mainpinyu8:lcall seach1 jbc 00h ,retun13 mov p1,#1bh lcall czs mov 35h,#

17、08h lcall pinyu lcall trans lcall led ajmp pinyu8retun13:ajmp mainpinyu9:lcall seach1 jbc 00h ,retun14 mov p1,#17h lcall czs mov 35h,#32 lcall pinyu lcall trans lcall led ajmp pinyu9 retun14:ljmp mainzhouqi1:mov p1,#2eh lcall zhqi lcall mul4 lcall add1 mov 60h,r2 mov 61h,r3 mov 62h,r4 mov 63h,r5 lca

18、ll trans lcall led ajmp zhouqi1zhouqi2:mov p1,#2dh lcall seach1 jbc 00h ,retun9 lcall zhouqi2_2 mov 36h,r3 mov 37h,r4 mov 38h,r5 lcall hb4 ;转换后的三字节码整数在r2,r3、r4、r5中。 mov 60h,r2 mov 61h,r3 mov 62h,r4 mov 63h,r5 lcall trans lcall led ajmp zhouqi2retun9:ljmp mainzhouqi3:mov p1,#2bh lcall seach1 jbc 00h

19、,retun10 lcall zhouqi2_2 mov 36h,r3 mov 37h,r4 mov 38h,r5 mov r0,#36h mov r7,#08h ;分频系数 lcall muld3_1 mov 60h,r2 mov 61h,r3 mov 62h,r4 mov 63h,r5 lcall trans lcall led ajmp zhouqi3 retun10:ajmp mainzhouqi2_2: lcall czs mov a,76h ;cjne a,#00h,next12 ;ajmp next13 lcall mul4 lcall add1 mov 60h,r2 mov 6

20、1h,r3 mov 62h,r4 mov 63h,r5 cjne r3,#00h,next14 mov 76h,#01h mov 69h,76h ajmp next15 next14:jc next15 mov 76h,#08h mov 69h,76h mov r7,#08h lcall dv31 ;双字节商在r4、r5中 mov 62h,r4 mov 63h,r5 next15: mov a,r4 mov r6,a mov a,r5 mov r7,a mov r2,#00h mov r3,#0fh mov r4,#42h mov r5,#40h lcall divd ; 双字节商在r2、r3

21、中，ov=1 时溢出 mov 62h,r2 mov 63h,r3 mov r6,#00h mov r7,76h jnb ov,next16 mov r6,62h mov r7,63h mov r2,#00h ;存入10000 mov r3,#00h mov r4,#27h mov r5,#10h lcall divd ; 双字节商在r2、r3中，ov=1 时溢出next16:mov a,69h cjne a,#01h,next32 ajmp next33 next32: mov r6,#00h mov r7,#69h lcall divd next33: mov r7,#64h mov r6,

22、#00h lcall muld;：乘积在r2、r3、r4、r5中。 ret cemk: mov p1,#4dh lcall maikuan lcall hb4 ;转换后的三字节码整数在r2,r3、r4、r5中。 mov 60h,r2 mov 61h,r3 mov 62h,r4 mov 63h,r5 lcall trans lcall led retcezhankb:mov p1,#8dh lcall zhqi lcall mul4 lcall add1 ; ;结果在r2.r3.r4.r5中 mov 70h,r2 mov 71h,r3 mov 72h,r4 mov 73h,r5 lcall ma

23、ikuan ;结果在36,37,38h中 mov r6,37h mov r7,38h mov r2,#03h mov r3,#0e8h lcall muld; 乘积在r2、r3、r4、r5中。 mov r6,72h mov r7,73h lcall divd ; 双字节商在r2、r3中，ov=1 时溢出。 mov r2,72h mov r3,73h mov r6,72h mov r7,73h lcall hb2 ;转换后的三字节码整数在r3、r4、r5中。 mov 60h,#00h mov 61h,r3 mov 62h,r4 mov 63h,r5 lcall trans lcall led r

24、etkey:mov dptr ,#a8279_1mov a,#40hmovx dptr,amov dptr,#a8279_2movx a,dptranl a,#3fh cjne a,#00h,key1 setb 00h ljmp retun1 key1:cjne a,#01h,key2 setb 01h ljmp retun1 key2:cjne a,#02h,key3 setb 02h ajmp retun1 key3:cjne a,#03h,key4 setb 03h ljmp retun1 key4:cjne a,#04h,key5 setb 04h ljmp retun1 key5:c

25、jne a,#05h,retun1 setb 05h retun1:ret key_1:mov dptr ,#a8279_1mov a,#40hmovx dptr,amov dptr,#a8279_2movx a,dptranl a,#3fh cjne a,#00h,key_11 setb 00h ljmp retun2 key_11:cjne a,#06h,key_12 setb 06h ljmp retun2 key_12:cjne a,#07h,key_13 setb 07h ajmp retun2 key_13:cjne a,#08h,key_14 setb 08h ljmp retu

26、n2 key_14:cjne a,#09h,retun2 setb 09h retun2:ret zhqi: ;0.1hz_1khz测量,测周期 ;16进制 mov tmod,#01h mov tl0,#00h mov th0,#00h setb ea setb et0 mov 76h,#00h setb p3.5 gdp1: mov c,p3.5 jc gdp1 ddp1: mov c,p3.5 jnc ddp1 setb tr0 gdp2: mov c,p3.5 jc gdp2 ddp2: mov c,p3.5 jnc ddp2 clr tr0 clr tr1 mov a,th0 mov

27、th1,a mov a,tl0 mov tl1,a ret pinyu1: ;0.1hz_1khz测量；结果在让，r4,r5 中 ;16进制 lcall mul4 lcall add1 mov 30h,#00h mov 31h,#00h mov 32h,#0ffh mov 33h,#0ffh lcall bijiao jb 20h,bijiao2 mov 34h,r4 mov 35h,r5 mov r6,34h mov r7,35h mov r2,#00h mov r3,#0fh mov r4,#42h mov r5,#40h lcall divd ; ov=0 时，双字节商在r2、r3中，o

28、v=1 时溢出。 mov a,r2 mov r6,a mov a,r3 mov r7,a ajmp next30 bijiao2:mov 30h,#00h mov 31h,#0fh mov 32h,#42h mov 33h,#40h lcall bijiao jb 20h,bijiao3 mov r7,#100 lcall dv31 ;ov=0 时，双字节商在r4、r5中，ov=1 时溢出。 mov 34h,r4 mov 35h,r5 mov r6,34h mov r7,35h mov r2,#00h mov r3,#0fh mov r4,#42h mov r5,#40h lcall divd

29、 ; ov=0 时，双字节商在r2、r3中，ov=1 时溢出。 mov 34h,r2 mov 35h,r3 mov r6,34h mov r7,35h mov r3,#00h mov r4,34h mov r5,35h mov r7,#100 lcall dv31 ;ov=0 时，双字节商在r4、r5中，ov=1 时溢出。 mov 34h,r4 mov 35h,r5 mov r6,34h mov r7,35h ajmp next30 bijiao3: mov r7,#0e8h mov r6,#03h lcall divd ; ov=0 时，双字节商在r2、r3中，ov=1 时溢出。 mov 3

30、4h,r2 mov 35h,r3 mov r6,34h mov r7,35h mov r2,#00h mov r3,#98h mov r4,#96h mov r5,#80h lcall divd ; ov=0 时，双字节商在r2、r3中，ov=1 时溢出。 mov 34h,r2 mov 35h,r3 mov r6,34h mov r7,35h mov r2,#00h mov r3,#00h mov r4,34h mov r5,35h mov r7,#0e8h mov r6,#03h lcall divd ; ov=0 时，双字节商在r2、r3中，ov=1 时溢出。 mov 34h,r2 mov

31、 35h,r3 mov r6,34h mov r7,35h next30: lcall hb2 mov 60h,#00h mov 61h,r3 mov 62h,r4 mov 63h,r5 clr et0 ret sever1:inc 76h reticzs: ;测1秒钟的周期数 mov tmod,#51h mov tl0,#00h mov th0,#4ch mov 76h,#00h mov r7,#14h mov tl1,#00h mov th1,#00h setb tr1 setb tr0 here:jbc tf0 ,next1 jbc tf1,next20 sjmp herenext20:

32、inc 76h ajmp herenext1:mov tl0,#00h mov th0,#4ch djnz r7,here clr tr0 clr tr1 ret pinyu2: ;测频率1k_0.5mhz mov a,76h cjne a,#00h,next2 mov 65h,#00h mov 66h,#00h mov 67h,#00h ajmp next3next2: mov r6,76h mov r0,#65h mov r7,#03h mov r1,#50h mov 65h,#00h mov 66h,#00h mov 67h,#00hnext4: mov 50h,#06h mov 51h

33、,#55h mov 52h,#36h lcall bcda djnz r6,next4next3: mov r6,th1 mov r7,tl1 lcall hb2 mov r7,#03h mov 50h,r3 mov 51h,r4 mov 52h,r5 mov r0,#65h mov r1,#50h lcall bcda mov 60h,#00h ;结果在65,66,67h中bcd码 mov 61h,65h mov 62h,66h mov 63h,67h retpinyu: mov 30h,th0 mov 31h,tl0 mov a,76h ;cjne a,#00h,next5 ;ajmp n

34、ext6 ;clr tf0 lcall mul4 lcall add1 mov 65h,r2 mov 66h,r3 mov 67h,r4 mov 68h,r5 mov r0,#66h mov r7,35h ;乘以分频系数 lcall muld3_1 mov 36h,r3 mov 37h,r4 mov 38h,r5 lcall hb4 ;转换后的三字节码整数在r2,r3、r4、r5中。 mov 60h,r2 mov 61h,r3 mov 62h,r4 mov 63h,r5 ret maikuan: ;测量,测脉宽 mov tmod,#01h mov tl0,#00h mov th0,#00h s

35、etb ea setb et0 mov 76h,#00h setb p3.5 gdp5: mov c,p3.5 jc gdp5 ddp5: mov c,p3.5 jnc ddp5 setb tr0 gdp6: mov c,p3.5 jc gdp6 clr tr0 ; mov a,b ; cjne a,#00h,next6 ;ajmp next7 mov a,th0 mov th1,a mov a,tl0 mov tl1,a clr et0 lcall mul4 lcall add1 mov 36h,r3 mov 37h,r4 mov 38h,r5 ret mul4: mov r2,#0ffh

36、mov r3,#0ffh mov r6,#00h mov r7,76h lcall muld mov a,76h add a,r5 mov r5,a mov a,#00h addc a,r4 mov r4,a mov a,#00h addc a,r3 mov r3,a mov a,#00h addc a,r2 ;结果在r2.r3.r4.r5中 ret add1: mov a,tl1 add a,r5 mov r5,a mov a,th1 addc a,r4 mov r4,a mov a,#00h addc a,r3 mov r3,a mov a,#00h addc a,r2 mov r2,a

37、;结果在r2.r3.r4.r5中 retbijiao:mov a,r2 ;比较30h,31h,32h,33h与r2,r3,r4,r5中数据的大小，大，20h=0， cjne a,30h,tend mov a,r3 cjne a,31h,tend mov a,r4 cjne a,32h,tend mov a,r5 cjne a,33h,tend tend:jc bj1 setb 20h ajmp tend2 bj1:clr 20h tend2:ret muld:mova,r3；计算r3乘r7movb,r7mulabmovr4,b；暂存部分积movr5,amova,r3；计算r3乘r6movb,r

38、6mulabadda,r4；累加部分积movr4,aclraaddca,bmovr3,amova,r2；计算r2乘r7movb,r7mulabadda,r4；累加部分积movr4,amova,r3addca,bmovr3,aclrarlcaxcha,r2；计算r2乘r6movb,r6mulabadda,r3；累加部分积movr3,amova,r2addca,bmovr2,aret dv31:clrcmova,r3subba,r7jcdv30setbov；商溢出retdv30:movr2,#10h；求r3r4r5r7r4r5dm23:clrcmova,r5rlcamovr5,amova,r4rlcamovr4,amova,r3rlcamovr3,amovf0,cclrcsubba,r7anlc,/f0jcdm24movr3,aincr5dm24:djnzr2,dm23mova,r3；四舍五入adda,r3jcdm25subba,r