频率计课程设计

1、江苏理工学院JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY电气信息工程学院频率计课程设计学院名称：电气信息工程学院专业：电 子班级：10电子2班姓 名：陈曦学 号：指导老师：陈连玉设计时间：2013年4月数字频率计 数字频率计数器是测量信号频率的装置 , 也可以用来测量方波脉冲 的脉宽通常频率以数字形式直接显示出来 , 简便易读 , 即所谓的数 字频率计频率测量对生产过程监控有很重要的作用 , 可以发现系统 运行中的异常情况 , 以便迅速作出处理 , 传统的频率计采用测频法测 量频率 , 通常由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 ,

2、 而且测量低频信号时不宜直接采用基 于单片机技术 , 而数字式频率计数器具有操作简单方便、 响应速度快、 体积小等一系列优点 , 可以及时准确地测量低频信号的频率。1、数字频率计与单片机数字频率计是数字电路中的一个典型应用 , 实际的硬件设计用 到的器件较多 , 连线比较复杂 , 而且会产生比较大的延时 , 造成测 量误差、可靠性差。随着复杂可编程逻辑器件 ( CPLD) 和功能越来越 强大的单片机的广泛应用。 数字频率计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、尖脉冲信号及其他各种单位时间内变化的物量。在AT89C51单片机上实现的频率计

3、 , 整个系统非常精简 , 而且具有灵活的现场可更 改性。在不更改硬件电路的基础上 , 对系统进行各种改进还可以进一 步提高系统的性能。该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性 强和现场可编程等优点。2、技术指标输入脉冲幅度：05V频率测量范围：100 Hz测量精度：士 1%显示方式：四位数字显示3、系统结构框图图1系统结构框图硬件电路设计1， 硬件电路图*5V图2 硬件管脚图1、其具体连接方法如下：P3 .4 口 （即TO）接输入脉冲信号。XTAL1与XTAL2管脚接两个20pF电容和12 MHz晶振构成时钟电 路。RST管脚接510 Q电阻，10卩F电容及复位开关构成人工复位 电路。P2

4、.4 P2.1接驱动7407的四个输入端，四个输出端接数码管 的位选通端。P0.0 P0.7接数码管的段选线。2、元件参数如下R1= R2=51GD, C1= C2=10u, C3=C4=20pf 一片 74ls00 接成非门使用，用于整形。一片7407用于驱动数码管。四个共阴极数码管， 一个8路排阻，阻值为330Q。共阴级八段数码管图如图2,各模块电路的实现及其功能1、信号发生模块利用电容的充放电，产生近似矩形波的波形，再经非门整形，就 可以得到标准的矩形波，若波形不够标准，可多接入几个非门。频率 计算公式为：f=1/2.2*R2*C2(1)计算得到f=190Hz，但由于元件本身并不标准，且

5、有较大误差， 以及接入电路后存在的一些干扰，从示波器实测得到的频率为195HZ1) 单片机系统模块选择单片机是因为有编程灵活、易调试的特点，而且它的引脚较 多，利于电路的设计。它内部集成了 CPU RAM ROM定时器/计数 器和多功能 I 0 口等一台计算机所需的基本功能部件。晶振由外部 接入，各个并行口可直接使用，故直接接数码管的段选线，使得硬件 设计易于实现，且简化了程序。单片机的主要功能就是定时一秒钟， 统计被测信号的周期个数，在转换、存储、送给单片机的并行口和驱 动 7407。2) 数码管显示模块LED显示器采用动态显示方式。显示时将所有位的段选线相应的 并联在一起，由一个8位I /

6、O 口即P0 口控制，形成段选线的多路复 用。驱动器 7407连接位选部分，由 P2.4p2.1 口控制。由于各位的 段选线并联，段选码的输出对各位来说都是相同的。同一时刻，如果 各个位选线都处于选通状态的话， 四位的LED将显示相同的字符。要 各位 LDE 能够显示出与本位相应的显示字符，就须采用扫描显示方 式。即在同一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位 的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字型码， 这样同一时刻，四位LED中只有选通的那一位显示出字符， 而其他三 位则是熄灭的。而在下一刻，只让下一位的位选线处于选通状态，而 其他各位的位选线处于关闭状态， 在段

7、选线上输出相应位将要显示字 符的字符码。这样循环下去， 就可以使各位显示出将要显示的字符， 虽然这些 字符是在不同时刻出现的，而且同一时刻，只有一位显示，其他各位 熄灭，但由于人眼有视觉残留现象，只要每位显示间隔足够短，则可 造成多位同时亮的效果。所以数码管的作用就是动态显示频率值。软件设计1）主程序框图主程序中包含初始化，二十进制转换程序和压缩BCD码转换成非压缩BCD码程序。其中二十进制转换程序和压缩 BCD码转换成非压缩BCD码程序是:图3 主程序框图2）数码管显示的调用函数当频率低于10KHZ时，调用函数有四个，QIANW调用函数、BAIW调用函数、SHIW调用函数、GEV调用函数，分

8、别对应数码管的从左到 右四位。当频率不低于10KHZ时，调用函数也有四个，QIANW调用函数、BAIW1调用函数、SHIW1调用函数、GEW调用函数，分别对应 数码管的从左到右四位。TAB和TAB1是供查表用的。TAB:DB 77H,41H,3BH,6BH,4DH,6EH,7EH,43H,7FH,6FHTAB1:DB 0F7H,0C1H,0BBH,0EBH,0CDH,0EEH,0FEH,0C3H,0FFH,0EFH3）中断函数结构动态扫描显示时间是由定时器 1 决定的， 每中断一次， 则显示 个数码管， 依次从左往右显示。 中断函数主要负责调用显示程序和存 储计数得到的频率值。四、软件源程序代

9、码 数字频率计的程序和解释说明如下： ORG 0000H; 程序复位入口地址AJMP MAINORG 001BH;计时器 T0 的中断入口AJMP PTF0;跳转到中断程序中ORG 0033H;主程序入口地址MAIN:MOV SP, #60HMOV TH1, #0ECHMOV TL1,#78H; 定时 5MSSETB EA;开放CPU中断SETB ET1;开放定时器中断MOV TH0,#0MOV TL0,#0;给计数器 T0 赋初值 0MOV TMOD,#15H ;计时器 T1 工作在方式 1 定时模式，计数器 T0 工作在方式 1 计数模式MOV 30H,#0C8HMOV 40H,#0SET

10、B TR0SETB TR1LOOP1:ACALL ZHUANHACALL CHAIF ;循环 200 次，共定时 1S 用于判断显示数码管哪一位 启动计数器 0 启动定时器 1将二进制数转换为压缩BCD码 将压缩BCD码转换为非压缩BCD码AJMP LOOP1 ;PTF0:MOV TH1, #0ECHMOV TL1,#78H ;INC 40H;MOV A,50HCJNE A,#00H,DAY ;循环处理计数器 T0 采集得到的数据给定时器 T1 重新赋值 数码管判断位加 1判断50H单元是否为零，若为0继续往下执行, 若不为0,则跳转到子程序DAY中MOV A,40H ;每5ms显示一位，从取

11、咼位开始，到取低位时，返回高位CJNE A,#1,LOP1ACALL QIANWAJMP TIAOLOP1:CJNE A,#2,LOP2ACALL BAIWAJMP TIAOLOP2:CJNE A,#3,LOP3ACALL SHIWAJMP TIAOLOP3:ACALL GEWMOV 40H,#0AJMP TIAODAY: MOV A,40HCJNE A,#1,LP1ACALL QIANW1AJMP TIAOLP1:CJNE A,#2,LP2ACALL BAIW1AJMP TIAOLP2:CJNE A,#3,LP3ACALL SHIW1AJMP TIAOLP3:ACALL GEW1MOV 40

12、H,#0TIAO:DJNZ 30H,PTFRMOV 20H,TH0MOV 21H,TL0 ;MOV TH0,#0MOV TL0,#0 ;MOV 30H,#0C8H PTFR:RETI ZHUANH:MOV R2,20HMOV R3,21HCLR AMOV R4 ,A;判断是否到 1S将计数器T0中的数转移到20H, 21H中将计数器T0重新赋0;将计数得到的值存入R2和R3中将R4 R5 R6清零MOV R5 ,AMOV R6,AMOV R7,#16LOOP:CLRC ;将 16 位二进制数逐位左移一位 ，移得的数据放入进位C中MOV A,R3RLC AMOV R3,AMOV A,R2RLC

13、AMOV R2,AMOV A,R6 ;ADDC A,R6DA AMOV R6,AMOV A,R5ADDC A,R5DA AMOV R5,AMOV A,R4ADDC A,R4DA AMOV R4,ADJNZ R7,LOOPRET（R4R5R）6 +（R4R5R）6 +C=（R4R5R）6 *2+CCHAIF:MOV A,R5;将压缩BCD码R4R5R6专换为非压缩BCD码,从高到低依次放于 50H、51H、52H、53H、 54HANL A,#0F0HSWAP AMOV 51H,AMOV A,R5ANL A,#0FHMOV 52H,AMOV A,R6ANL A,#0F0HSWAP AMOV 53

14、H,AMOV A,R6ANL A,#0FHMOV 54H,AMOV 50H,R4RETQIANW: MOV A,51H;频率不超过10KHZ寸，以HZ为单位，四位显示，MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2,#0EFHRETBAIW:MOV A,52HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2,#0F7HRETSHIW:MOV A,53HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2,#0FBHRETGEW:MOV A,54HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMO

15、V P0,AMOV P2,#0FDHRETQIANW1:MOVA,50HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2,#0EFHRETBAIW1:MOV A,51HMOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2,#0F7HRETSHIW1: MOV A,52HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2,#0FBHRETGEW1:MOV A,53H最高位为千位，以此类推千位上显示51H单元中的内容百位上显示52H单元中的内容十位上显示53H单元中的内容个位上显示54H单元中的内容频率大于

16、10KHZ寸，小数点放千位，以KHZ为单 位，省去个位，以四位显示 千位上显示50H单元中的内容百位上显示51H单元中的内容和显示小数点十位上显示52H单元中的内容个位上显示53H单元中的内容MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2,#0FDHRETTAB:DB 77H,41H,3BH,6BH,4DH,6EH,7EH,43H,7FH,6FH ;0 9TAB1:DB 0F7H,0C1H,0BBH,0EBH,0CDH,0EEH,0FEH,0C3H,0FFH,0EFH ;0. 9.NOPEND五、调试与结果分析1、硬件调试 焊好电路后，首先检查是否有虚焊，如果

17、没有，再上电检测。首 先检测数码管的好坏，由于 P2.4 P2.1 控制数码管的位选线， P0.0 P0.7 接数码管的段选线， 而且数码管是共阴的， 所以只要将 +5V 电 源的地分别接 P2.4P2.1 口，若数码管显示 8 和小数点，说明是好 的，四个都检测完后就检查数码管的接线。首先+5V电源的地接P2.4 口，电源的正端接一个1KQ的电阻， 分别点触P0.0 P0.7 ,若点触到哪一个口，相对应的二极管熄灭， 说明连线是正确的。 检测完一个数码管， 然后用相同的方法检测完四 个数码管。2、软件调试本次设计采用的单片机是 AEDK51H仿真机，所使用的编程软件 是LCA51操作步骤较为

18、简单。首先打开 LCA51软件，测试串口，然 后新建文件， 在内部编程， 编完程序，保存就可以了， 后缀名为 .ASM。 没有警告和错误时，在仿真机电源 / 运行的指示灯为绿色的情况下， 点击确定。下载完成以后，点击全速运行，观察检测结果。3、测量结果用单片机检测并由数码管显示的频率范围为 180-182Hz, 其误差 在±1%范围内，所以满足此项要求。六，课程设计体会在单片机应用系统设计时， 必须先确定该系统的技术要求， 这是 系统设计的依据和出发点， 整个设计过程都必须围绕这个技术要求来 工作。在设计时遵循从整体到局部也即自上而下的原则。 把复杂的问 题分解为若干个比较简单的、 容易处理的问题， 分别单个的加以解决。 将总任务分解成可以独立表达的子任务， 这些子任务再向下分， 直到 每个子任务足够简单， 能够直接而容易的实现为止。 在程序调试时应 按各个功能模块分别调试。在程序设计时， 正确合理的设计是非常重要的， 正确的程序设计 包括程序的结构是否合理，一些循环结构和循环指令的使用是否恰 当，能否使用较少的循环次数或较快的指令， 是否能把某些延迟等待 的操作改为中断申请服务， 能否把某些计算方