《单片微型计算机与接口技术》课程设计说明书设计并实现频率相位表

1、武汉理工大学单片微型计算机与接口技术课程设计说明书目录1 设计题目12 设计原理12.1 设计原理12.2 设计原理13 系统的硬件设计23.1 系统的硬件电路图23.2 系统的硬件资源34 系统的软件设计 64.1设计源程序 64.2程序流程图165 电路仿真 176 仿真测试分析 197 心得体会 218 参考文献 221设计题目设计并实现频率/相位表要求：输入两路方波信号，测量信号的频率和两信号的相位差，能显示频率值和相位差，精度：0.1hz，0.10。在满足精度的前提下分析和证实系统的测量范围。2设计原理2.1 设计原理利用单片机实现频率和相位表的方法我了解的有两种：第一、利用输入信号

2、的下降沿产生中断，对信号进行计数，然后根据计数的结果，乘以计数的周期，就是输入信号的周期了，然后求倒数，并输出值就是频率了。而相位则是利用相似的方法，既是第一个输入信号的下降沿触发外中断int0，t0和t1开始计数，第二个信号输入到int1，下降沿触发，并输出计数的值，然后将计数的值与之前的计算频率的值进行计算，就可以计算出相位的值。这种方法比较适合测量频率的值比较低的时候。第二、可以利用计数器进行计时，在计时的时间里面统计有多少个下降沿，然后就可以通过对计数的时间和下降沿的值计算出输入信号的周期。计算出周期之后就可以得到频率的值。至于相位也是这样，通过统计下降沿的值，然后与之间的方式一样，就

3、可以得到相位的值了。这种方法比较适合测量高频的时候。在这次的单片机的课程设计中我采用的是第一种方法，所以在测量时的频率范围很小，而且能满足要求的测量准确的频率也比较低。至于相位满足要求的频率范围就更加的小了，而且也不是特别的准确。2.2 系统框图设计的频率/相位表的系统框图如下图1所示。图13 系统的硬件设计3.1 系统的硬件电路图系统的硬件电路图如下所示：图23.2 系统的硬件资源（1）89c52单片机如图所示为89c52单片机的引脚图图3p0口：p0口为一个8位漏极开路双向i/o口，没脚可吸收8ttl门电路，当p1口的电路第一次写时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部数据存储器，它被定义数

4、据/地址的第八位在flash编程时，p0口作为原码输入口，当flash进行校验时，p0口输出原码，此时p0口外部必须拉高。p2口在设计中，p2.0设置为lcd的寄存器rs控制端，p2.1设置为lcd的rw控制端，p2.2设置为lcd的使能e控制端。p3口管脚 备选功能p3.2 /int0(外部中断0)p3.3 /int1(外部中断1)p3.4 t0(计时器0外部输入)p3.5 t1(计时器1外部输入)p3.6 /wr(外部数据存储器写通道)p3.7 /rd(外部数据存储器读通道)（2）1602lcd显示器如图所示为1602显示器的引脚图图41602lcd通常有14条引脚线或16条引脚线的lcd

5、，多出来的2条线是背光电源线。 表1 1602lcd引脚说明表引脚符号功能说明1vss一般接地2vdd接电源（+5v）3v0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度）。4rsrs为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5r/wr/w为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6ee(或en)端为使能(enable)端，下降沿使能。7db0低4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8db1低4位三态、 双向数据总线 1位9db2低4位三态、 双向数据总

6、线 2位10db3低4位三态、 双向数据总线 3位11db4高4位三态、 双向数据总线 4位12db5高4位三态、 双向数据总线 5位13db6高4位三态、 双向数据总线 6位14db7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）15bla背光电源正极16blk背光 电源负极表2 寄存器选择控制表rsr/w操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（db7），以及读取位址计数器（db0db6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）12从数据寄存器读取数据（3）异或门异或门管脚图如下所示;图5其真值表如下：表3 异或门真值表4 系统的软件设计4.1设计源

7、程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*/sbit pin_rs = p20;sbit pin_rw = p21;sbit pin_e = p22;#define pin_data p0/*/char m=0,n=0;char u,v;float t0,t1,f,p;uint a=48,48,48,48,48,46,48,48; /频率数据结果保存uint b=48,48,48,46,48,48; /相位数据结果保存uint i,j;uint x,y;uint c,d;void lcd_re

8、set();void display(uint x, uint y, uint data1);void shortdelay(uchar i);void longdelay(uint i);void set_rs(bit i);void set_rw(bit i);void set_e(bit i);void sc_p0(bit i);void write_instruc(uintinstruc);void write_data(uint data1);void display(uint x, uint y, uint data1);uint read_bf_ac(void);uint rea

9、d_data(void);bit lcd_busy();#define clearscreen()write_instruc(0x01)#define cursorreturn()write_instruc(0x02)#define inputmode(temp)write_instruc(temp)#define dispcontrol(temp)write_instruc(temp)#define functionset(temp)write_instruc(temp)#define dispshift(temp)write_instruc(temp)#define setcgram_ad

10、d(address)write_instruc(0x40 | address)#define setddram_add(address)write_instruc(0x80 | address)/* lcd初始化 */void lcd_init()lcd_reset();inputmode(0x06); /增量方式，不移位dispcontrol(0x0c);/显示开，光标关，闪烁关functionset(0x38);/8位，2行，57/定时计数器初始化void ct_init()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;

11、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;/外部中断0服务程序void itc0() interrupt 0 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;/定时计数器0溢出中断void time0() interrupt 1 m+; /溢出次数加1/外部中断1服务程序void itc1() interrupt 2 v=n; /读定时计数器1溢出次数n=0; /溢出次数清零

12、y=th1*256+tl1; /读定时计数器1当前值th1=0; /定时计数器1清零tl1=0;/定时计数器1溢出中断void time1() interrupt 3 n+; /溢出次数加1/* 主函数 */ void main()lcd_init(); /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; /允许外部中断ex1=1;it0=1; /设置外部中断方式为下降沿触发it1=1;p3=0xff;while(1)t0=u*65536+x; /计算脉冲时间宽度f=1000000/(2*t0); /计算频率c=f*100; /计算结果逐位保存a7=c%

13、10+48;a6=(c/10)%10+48;c=f;a4=c%10+48;a3=(c/10)%10+48;a2=(c/100)%10+48;a1=(c/1000)%10+48;a0=(c/10000)%10+48;display(0,1,f); /将显示单元数据送液晶屏显示display(0,3,=);for(i=0,j=5;i=7;i+,j+)display(0,j,ai);display(0,14,h);display(0,15,z);t1=v*65536+y; /计算脉冲宽度p=(t1/(2*t0)*360; /计算相位差d=p*100; /将计算结果逐位保存b5=d%10+48;b4=

14、(d/10)%10+48;d=p;b2=d%10+48;b1=(d/10)%10+48;b0=(d/100)%10+48;display(1,1,p); /将显示数据送液晶屏显示display(1,3,=);for(i=0,j=5;i0;i-) ;/长延时函数：longdelay()void longdelay(uint i)uint j;for(;i0;i-) for(j=1000;j0;j-);/寄存器选择信号：set_rs()void set_rs(bit i)if(i=1) pin_rs = 1;else pin_rs = 0;/读写操作控制信号：set_rw()void set_rw

15、(bit i)if(i=1) pin_rw = 1;else pin_rw = 0;/使能信号：set_e()void set_e(bit i)if(i=1) pin_e = 1;else pin_e = 0;/io输入输出控制void sc_p0(bit i) if(i=1) p0 = 0xff;else p0 = 0x00; /写指令函数：write_instruc()void write_instruc(uintinstruc)while(lcd_busy();sc_p0(0);set_rs(0);set_rw(0);/shortdelay(1);set_e(0);pin_data =

16、instruc;/shortdelay(1);set_e(1);shortdelay(10);set_e(0);/shortdelay(1);set_rw(1);set_rs(1);/读bf以及ac的值函数：read_bf_ac()uint read_bf_ac()uint temp;sc_p0(1);set_rs(0);set_rw(1);/shortdelay(1);set_e(0);/shortdelay(1);set_e(1);shortdelay(1);temp = pin_data;shortdelay(10);set_e(0);/shortdelay(1);set_rw(0);s

17、et_rs(1);return(temp);/写数据到ram函数：write_data()void write_data(uint data1)sc_p0(0);set_rs(1);set_rw(0);/shortdelay(1);set_e(0);pin_data = data1;/shortdelay(1);set_e(1);shortdelay(10);set_e(0);/shortdelay(1);set_rw(1);set_rs(0);/从ram读数据函数：read_data()uint read_data(void)uint temp;sc_p0(1);set_rs(1);set_

18、rw(1);/shortdelay(1);set_e(0);/shortdelay(1);set_e(1);shortdelay(1);temp = pin_data;shortdelay(10);set_e(0);/shortdelay(1);set_rw(0);set_rs(0);return(temp);/检测lcd控制器状态函数：lcd_busy()/返回一bit数：1 忙；0 闲bit lcd_busy()return(bit)(read_bf_ac() & 0x80);/在指定位置显示字符函数: display()/ x为行号，y为列号，/ data为显示字符的码字数据void d

19、isplay(uint x, uint y, uint data1)uint temp; while(lcd_busy(); /若lcd控制器忙，则等待temp = y & 0x0f;x&= 0x01;if(x) temp |= 0x40;setddram_add(temp); /设置显示位置write_data(data1);/lcd复位函数：lcd_reset()void lcd_reset()clearscreen();cursorreturn();4.2程序流程图图65 电路仿真仿真电路总图：图7电路输入方波信号：图8分别输入两路的方波的信号，通过异或门控制相位差。单片机中断控制：图9

20、int0和int1分别输入两路的方波的信号，有相位差lcd显示：图10利用p0口输出数据，而p2.0、p2.1、p2.2控制lcd显示器，从而得到频率及相位差的显示结果。6仿真测试分析仿真测试分析:(1) 输入信号频率：图11仿真时输入信号频率可调，并可通过数码管测试得到输入信号的频率，通过异或门控制两个输入信号的相位差。(2) 输入信号波形两个输入信号的波形及相位差如图所示。图12(3) 输出信号频率及相位差图13当两个输入信号同频率为220hz时，lcd输出所示。其中，f为频率，p为相位差。性能分析：这是利用单片机的内部的计数器t0和t1对频率和相位进行计算。首先通过输入信号的下降沿触发中

21、断int0和int1，对信号进行计数，然后根据计数的结果，乘以计数的周期，就是输入信号的周期了，然后求倒数，并输出值就是频率了。而相位则是通过第一个输入信号的下降沿触发外中断int0，t0和t1开始计数，第二个信号输入到int1，下降沿触发中断int1，并输出计数的值，然后将计数的值与之前的计算频率的值进行计算，就可以计算出相位的值。只是在实物测试时发现，输入信号频率在比较低的时候，lcd的显示比较稳定，随着输入信号的频率的增加，误差慢慢增大，达到7khz左右时，误差较大，而且lcd显示开始不稳定了。7心得体会为期一周的单片机课程设计就要结束了，在这一周内，我遇到了很多问题，也学到了很多东西。

22、课程设计开始时，由于没有经验，不知如何下手，所以就去图书管找了一些书看，尽管有许多的设计方案，可是总感觉自己还是有许多的东西弄不太清楚，于是就请教同学。他常做一些设计，有一些经验。大概知道设计的方向后，就自己上网查资料，到图书馆借阅一些相关书籍，然后自己就开始编写程序进行设计了。开始编写程序的时候，最主要的就是要头脑清醒，并且要对大概程序的布局，和每个功能的实现方法要有个逻辑。这样在遇到没有办法实现的功能的时候，才能快速的解决问题。我设计的是频率/相位表，设计要求：输入两路方波信号，测量信号的频率和两信号的相位差，能显示频率值和相位差，精度：0.1hz，0.10。在满足精度的前提下分析和证实系

23、统的测量范围。编程设计思想为：利用输入信号的下降沿产生中断，对信号进行计数，然后根据计数的结果，乘以计数的周期，就是输入信号的周期了，然后求倒数，并输出值就是频率值了。而相位则是利用相似的方法，既是第一个输入信号的下降沿触发外中断int0，t0和t1开始计数，第二个信号输入到int1，下降沿触发，并输出计数的值，然后将计数的值与之前的计算频率的值进行计算，就可以计算出相位的值。只是这种方法比较适合测量频率的值比较低的时候。我根据这编程思想慢慢完成编程并实现了频率/相位表功能。编程结束后，我进行了protues电路仿真。仿真结束后，和同学一起进行了实物测试，虽然最终结果还是有些误差，但还是完成实

24、现了频率/相位表功能。每一次课程设计都是一个很好的学习过程，并且是一个很好的学会自学的过程。在这个过程中，我们能学会遇到一些问题，先自己想办法解决，如果自己实在解决不了的，可以查阅资料和帮助性文档。遇到问题解决不了的，不是一味的逃避和完全依靠他人，我们要学会独立的思考。在自己的努力下，课程设计最终完成了。尽管经历了不少的艰辛，但给我积累了一点设计的经验，最后也有点小小的成就感。后面的路还很长，我还的努力！ 8 参考文献1 李群芳、 张士军，单片微型计算机与接口技术, 电子工业出版社，20082 张毅刚、彭喜元、董继成，单片机原理及应用，高等教育出版社，20043 赵晓安，mcs-51单片机原理

25、及应用，天津大学出版社，20014 何立民mcs-51系列应用系统设计北京：北京航空航天大学出版社,19935barry b brey. the intel microprocessors. 5th ed. pearson education,2001ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij

26、5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8duybawqsl20csg06d

27、h2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfsubkgs2duvqc9sz4jkbgn4qqv66pyoarjurnfj3txyfclzieeptwfjthpheipdfnqnr2hjqkv2dzwtmpdjqkbcxmovdsjqctjagjmdlskpgad2s0h0vmzgaht36gyuez7umank1ndreubeqdgrx0venqgnsyib2ilq3siqrnl4m56t7z8y8da5k0kupn5nzg4jvjdtffhyt82aogqkxo4vblmleiy2p7hthbho07rcfttxodydppdtqso7wxd0j6fkklgm4wodzplhtrr2xgqn13hqy59zu1gegdyqnihntavsieuefqcyfucjwd3vk5i7ykmhundmiz ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh