单片机课程设计报告智能频率计

1、课程设计题目:矢I丨台匕目录引言1.1智能频率计概述1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算 1.3根本设计原理二 智能频率计低频的系统硬件构造设计2.1 系统硬件的构成2.2 系统工作原理图2.3 稳压电源的设计2.4 光电式传感器的选择2.5 AT89C51 的选择2.6 七段码 LED 显示器 三系统软件设计3.1 系统工作流程图3.2 系统软件工作原理3.3 系统软件处理方法四 智能频率计4.1 原理图4.2 系统各局部流程图4.3 汇编源程序代码程序 五 参考文献 六 设计心得基于 51 单片机的智能频率计引言单片机是 20世纪中期开展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块， 具有功能

2、强、 体积小、 可 靠性高、价格低廉等特点，在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广 泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。本应用系统设计的目的是通过在 “单片机原理及接口技术课堂上学习的知识， 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，积累设计系统的经历， 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

3、工作岗位上的工作打下了坚实的根底。设计要求及方法本次课程设计要求：(1)以单片机为89C51控制核心( 2) 4 位 LED 显示( 3) 传感器采用光电式( 4) 有稳压电源的设计5画出完整的原理图，并画出流程图，编写相应的程序一 智能频率计1.1智能频率计概述智能频率计是计算机、 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智能测量仪器。 它的根本功能是测量正弦信号， 方波信号及其他各种单位时 间变化的物理量。在进展模拟、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，准确度高，显示直观，经常要用到频率计。本智能频率计

4、将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602A LCD显示器动态显示6位数。测量围从1Hz 10kHz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。根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、三角波的频率进展自动的测量。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 量信号周期中标准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频 小，其原理如右图1所示。假设被测量信号的周期为，分频数m1，分频后信号的周期么：T=m 1Tx。由图可知：T=NT。图1频率测量

5、原理几个被测率的大为T,那由于单片机系统的标准频率比拟稳定,而是系统标准信号频率的误差通常情况下很小；而系统的注：To为标准信号的周期，所以 T为分频后信号的周期，那么可以算出被测量信号的频率f。量化误差小于1,所以由式T=NT o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根本设计原理根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、三角波的频率进展自动的测量。所谓“频率，就是周期性信号在单位时间1s变化的次数。假设在一定时间间隔T测得这个周期性信号的重复变化次数N，那么其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形

6、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。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，假设其周期为1s,那么门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1&闸门电路由标准秒信号进展控制，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。秒信号完毕时闸门关闭，计数器停顿计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间的累计数，所以被测频率 fx=NHz。二智能频率计低频的系统硬件构造设计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

7、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、LED显示模块。各模块关系图如图2所示：显示 单倍频锁相<片 机放大整形被测信号时基电路图2智能频率计功能模块2.2系统工作原理图nCPI5调旳r 卜CFIQACFOOotCP!CHIB)CAJL-Hn_|h.?1U |J "一74 iK 1lcarCl ZZJ70 m a ruo心CUTQ14h GCil OCT1 rUi |!LL>l<i5lI'IDOU U F2】皿n 5i>AFirr3a11鼻"|4 I ijl Q川jWfl1VK6DELKS艮图3智能频率计系统工作原理图2.

8、3稳压电源的设计电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从220伏市电变换成直流电，应该先把220伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉 动直流电中的交流成分后才能得到所要得的 +5伏直流电。2.4光电式传感器的选择光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基些物质的光电效应。光电效应：当具有一定能量 E的光子投射到某些物质的外表时，具有辐射能 量的微粒将透过受光的外表层，赋予这些物质的电子以附加能量，或者改变物质的 电阻大小，或者使其产生电动势，导致与其相连接的闭合回路中电流的变化， 从而实现了光一电转

9、换过程2.5AT89C51 的选择77 P1 0REXPI I"hImi/adi 刃忡IMP)PL7邸TTOT34Tl/P) 5T&P17XT*UArwen更1PQWPTFgLvrr TBlALfi 回窗： | M. WAI JTTJkahTTIfiitau IDwyAin Hn uav jj管脚说明：VCC :供电电压。GND :接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八-word.zl位。P1 口： P1 口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接

10、收 输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输 入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的 缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输 出4个TTL门电流，当P2 口被写“ 1 时，其管脚被部上拉电阻拉 高，且作为输入。P3 口： P3 口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流。当 P3 口写入“ 1后，它们被部上拉为高电平，并用作输 入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流ILL丨这 是由于上拉的缘故

11、。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如 下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD串行输入口P3.1 TXD串行输出口P3.2 /INTO外部中断0P3.3 /INT1 外部中断 1P3.4 T0记时器0外部输入P3.5 T1记时器1外部输入P3.6 /WR外部数据存储器写选通P3.7 /RD外部数据存储器读选通P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:复位输入。ALE/PROG ：当外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于 锁存地址的地位字节。/PSEN :外部程序存储器的选通信号。/EA/VPP : 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 那 么 在 此 期

12、间 外 部 程 序 存 储OOOOH-FFFFH，不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时, /EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存 储器。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入。XTAL2 :来自反向振荡器的输出。2.6 七段码 LED 显示器单片机常使用7段LED构成字型“8，另外，还有一个小数点发光二极管以显示数字、 符号及小数点这种显示器有共阴极和共阳极两种，如下图发光二极管的阳极连在一起 的（公共端K0）称为共阳极显示器，阴极连在一起的（公共端K0）称为共阴极显示器一位显 示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“ 8的各个笔划

13、（段）ag,另一 个小数点为dp发光二极管当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该笔划即亮； 不加电压那么暗为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻.g f GNDa bHioM slbfl 6af8becddpc d GND e dp共阴极(b)共阳极LED七段显示器+5V-T3 鼻 8、3 8丄(c)引脚配置外形+5VTam&cdgdpdpQA7QB6QC4QD2QE1QF9QG0D5 LED1mOa f g" 二 dpam 比 c d e f gmCa:gbdpdp3kQA7LED1QEIQF9QA7QB6Q(4QrngdpdpQHQGQFQEBQDAQCQBCL

14、K QACLR74LS164QHQGQFQEBQDAQCQBCLK ,QA"CLR74LS16413:1065;DD8LEQH QG QF QE QD QC QB QA474LS16433三系统软件设计3.1系统工作流程图3.2系统软件工作原理将整形后的波形送至单片机的 T1计数器输入口，翻开定时器0,初始化定时器0, 将单片机的部定时器T0定时为1S,此时T1输入口在1s所计数到的脉冲个数即为该 信号的频率。将该计数脉冲个数经单片机处理送至LED显示。3.3系统软件处理方法本频率计的设计以 AT89S52单片机为核心，利用它部的定时/计数器完成待测信号 频率的测量。单片机AT89S

15、52部具有2个16位定时/计数器，定时/计数器的工作可 以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。在构成为定时器时，每个机器周期加1 （使用12M Hz时钟时，每1us加1），这样以机器周期为基准可以用来准确 定时1S。在构成为计数器时，在相应的外部引脚发生从1到0的跳变时计数器加1，这样 在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入每个机器周期被采样一次 ,这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期（24个振荡周期），所以最大计数 速率为时钟频率的1/ 24 （使用12M Hz时钟时，最大计数速率为500 KHz）。定时/计数器的工作由相应的运行控制位 TR控制，当

16、TR置1 ,定时/计数器开场计数；当TR清 0 ,停顿计数。设计综合考虑了频率测量精度和测量反响时间的要求四智能频率计4.1原理图AT89C5110«F *4IQmIDmmmmnl4吆>>>>>>>>y、>+3¥a©ou7共阳数码管7 6 5 4 ITrzlTrl4.2系统各局部流程图主程序流程图中断程序流程图<幵轴1 一 11 11 L定时静中酬计变 -& 扛 me count-«0( 签1*沖幢幄中祈讣盜吨.(11a1丸眸金局中瞬1 !Jfcff«l>2 中瞬 t1,

17、 中斷标七也牌事2. 世妹冲捕從帳武 如n旳*冲搐挺11i 1._!fn/A t*山特于it时鮮申斷计StS* ticm- -count 锻直.辑加上庫时fl瞬Si* II寸;盘 次跖2溢出11淸比较4'断标志4.3汇编源程序代码程序各单元子程序已经设计完毕，将各子程序通过适当的指令起来，总程序的第一局部为 TO、T1初始化，第二局部为1s定时，第三局部为计数，第四局部为采集频率，第五福分 为进制转化，第六局部为数码显示，这几各局部即构成了频率计系统的总体程序，如下所 示。NUMBYT EQU 5DHSLAEQU 5EHMTD EQU 5FHSCLEQU P1.0SDAEQU P1.1

18、ORG 0000HAJMP STARTORG 000BH;T0中断入口AJMP T0INTORG 001BH;T1中断入口AJMP T1INTORG 0030HSTART:MOV SP,#70HMOV IE,#8AH;开放T0、T1中断MOV TMOD,#51H ;T0定时，T1计数MOV TH0,#0DCHMOV TL0,#00H;定时10msMOV20H,#100;100*10ms=1sMOV TH1,#00HMOV TL1,#00HMOV 21H,#0MOV 22H,#0MOV 23H,#0;存放采集到的频率SETB TR1SETB TR0WAIT:AJMP WAIT ;等待中断T1IN

19、T:INC 23H;计数器溢出那么23H单元自增1RETIT0INT:;定时 10ms产生中断DJNZ 20H,NEXT1CLR TR1CLR TR0MOV 22H,TH1 ;1s 时间到那么采集数据MOV 21H,TL1ACALL DISPLAYAJMP EXITNEXT1:MOVTH0,#0DCH;继续定时MOV TL0,#00HEXIT:RETIDISPLAY:MOV R0,#60HMOV R1,#08H;对60H-67H单元清零NEXT2:MOV R0,#0INC RODJNZ R1,NEXT2ZHUANHUAN:进制转换MOV A,23HMOV B,#0AHDIV ABMOV 24H

20、,A;存储第一位商MOV A,BMOV 30H,22HANL 30H,#0F0HADD A,30HSWAP AMOV B,#0AHDIV ABMOV 25H,A;存储第二位商MOV A,BSWAP AANL 22H,#0FHADD A,22HMOV B,#0AHDIV ABMOV 26H,A;存储第三位商MOV A,BMOV 30H,21HANL 30H,#0F0HADD A,30HSWAP AMOV B,#0AHDIV ABMOV 27H,A;存储第四位商MOV A,BSWAP AANL 21H,#0FHADD A,21HMOV B,#0AHDIV ABMOV 28H,A;存储第五位商MOV

21、 50H,B;存储十进制数个位MOV A,24HSWAP AADD A,25HMOV B,#0AHDIV ABMOV 24H,A存储第一位商MOV A,BSWAP AADD A,26HMOV B,#0AHDIV ABMOV 25H,A;存储第二位商MOV A,BSWAP AADD A,27HMOV B,#0AHDIV ABMOV 26H,A;存储第三位商MOV A,BSWAP AADD A,28HMOV B,#0AHDIV ABMOV 27H,A;存储第四位商MOV 51H,B;存储十进制数十位MOV A,24HSWAP AADD A,25HMOV B,#0AHDIV ABMOV 24H,A存

22、储第一位商MOV A,BSWAP AADD A,26HMOV B,#0AHDIV ABMOV 25H,A;存储第二位商MOV A,BSWAP AADD A,27HMOV B,#0AHDIV ABMOV 26H,A;存储第三位商MOV 52H,B;存储十进制数百位MOV A,24HSWAP AADD A,25HMOV B,#0AHDIV ABMOV 24H,A;存储第一位商MOV A,BSWAP AADD A,26HMOV B,#0AHDIV ABMOV 25H,A;存储第二位商MOV 53H,B;存储十进制数千位MOV A,24HSWAP AADD A,25HMOV B,#0AHDIV ABM

23、OV 54H,B;存储十进制数万位MOV 55H,A;存储十进制数十万位PINBI:；将高位的0屏蔽不显示MOV R3,#0MOV R0,#55HST2:MOV A,R0JZ ST1AJMP SHUMAST1:INC R3DEC R0AJMP ST2SHUMA:MOV A,#6CLR CSUBB A,R3MOV R2,A ;将需要显示的位数存入R2MOV R0,#50HMOV R1,#5FHMOV DPTR,#TABNEXT3:MOV A,R0MOVC A,A+DPTRINC R0INC R1MOV R1,ADJNZ R2,NEXT3MOV MTD,#10HMOV NUMBYT,#09HMOV

24、 SLA,#70HLCALL WRNBYTRETWRNBYT:PUSH PSWWRNBYT1:MOV PSW,#18hCALLSTAMOV A,SLACALL WRBCALLCACKF0,WRNBYTMOV R0,#MTDMOV R5,NUMBYTWRDA:MOV A,R0LCALL WRBLCALLCACKF0,WRNBYT1INC R0DJNZ R5,WRDALCALL STOPPOP PSWRETWRB:MOV R7,#8字节数据发送WLP:RLC AJC WR1CLR SDASETB SCLNOPNOPNOPNOPCLR SCLDJNZ R7,WLPRETWR1:SETB SDASETB SCLNOPNOPNOPNOPCLR SCLCLR SDADJNZ R7,WLPRETCACK:SETB SDANOPNOPNOPNOPSETB SDANOPNOPNOPNOPCLR SCLRETITAB:DB0FCH,60H,0DAH,0F2H,66H,0B6H,0BEH,0E0H,0FEH,0F6HENDSETBSCLNOPNOPMOVC,SDAMOVF0,CCLRSCLNOPNOPRETSTA:SETB