基于51单片机的简易频率计设计lsy

1、毕 业 设 计题 目： 基于51单片机的简易频率计设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学号： 指导老师： 目 录第1节 引言 21.1 频率计概述21.2 频率度量仪的设计思路与频率的计算21.3 基本设计原理3第2节 频率计（低频）的硬件结构设计4 2.1系统硬件的构成42.2系统工作原理图42.3AT89C51单片机及其引脚说明 52.4信号调理及放大整形模块72.5时基信号产生电路72.6显示模块8第3节 软件设计123.1 定时计数 123.2 量程转换 123.3 BCD转换123.4 LCD显示12第4节 结束语 13参考文献 14 摘 要我的这个毕业作品简易频率计开发目的是要把上

2、课中学到的专业知识与一些实践，提高我自己的能力水平。用这些方法让我自己有更好的思维逻辑，可以做出更好的设计，活学活用把知识变成现实。在我的毕业设计中通过自己的发觉、老师的帮助、同学之间的讨论，最后要通过科学的方法来排除设计过程中的坎坷，提高自己能够快速判断问题故障、排除问题、修复问题，积累各方面的开发设计系统的经验，充分发挥出教学与实践的结合。全面提高自身对系统开发的综合能力，开拓设计思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。关键字：单片机、开发、开拓思维 AbstractMy graduate work that the aim is to develop secondary s

3、chool knowledge, as well as read the relevant literature to strengthen the capacity of my own self. I have a guide through the efforts of innovative thinking ideas, the classroom teacher to impart knowledge to our daily lives. Design aspects of my work, the continuous learning, thinking and interact

4、ive discussion between the students learn from each other, analyze problems using scientific methods to solve the difficulties encountered, master SCM system design and development related to the production process, allow yourself to understand that for treatment of common problems, the accumulation

5、 of experience in all aspects of the development and design of the system, give full play to the combination of teaching and practice. Comprehensively improve their overall capacity of the system development, development of design thinking for the future work on the corresponding work has laid a sol

6、id foundation.Keywords: SCM, development, pioneering thinking第一章1.1 频率计叙述频率计是电脑、移动通讯方面、通话视频传输还有科技高端领域都不能少的仪器。算是一种通过10进制数来显示被测信号频率的数字度量仪器。最根本的功能也是侦测正炫信号，方波信号还有另外单位时间内变化的物理量。在操作模拟、与数字电路的调试设计方面，用十进制来表示，监测迅速，精准度度高，表现直观，自然要用到频率计。 设计主机里面定时是非常重要的，所以计数的方法度量频率，选用一个1602A LCD显示器随时显示6位数。度量范围从1Hz10kHz的三种波，宽度确定在1

7、us,10us,100us,1ms。还要让单片机实现自动监测功能。只要明白这个道理，这个问题很容易理解的，就是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种监测装置。它以度量周期的方法对三种波的频率进行自动的度量。1.2 设计思路与频率的计算我的这个设计思路就是以下：对信号采取分频，监测一个或几个被度量信号时间中已经确定标准频率信号的时间个数，进而度量出这个信号频率的大小，其原理如右要是被度量信号的时间为，分频数m1，分频后信号的周期为T，则：T=m1Tx 。由图可以知道： T=NTo 因为单片机系统的相关频率很稳定，造成系统相关信号频率出现差异，这样的几率非常低；而系统的量化误差小于1，因此由式T=

8、NTo可以知道，频率度量的误差就是要看N值的大小，N值越大，误差越小，最终得到的精度越高。1.3 设计原理其实原理就是使用十进制数字表示出被测信号频率的一种方式。它以度量周期的方法对三钟波进行自动的判断与度量。俗称的频率其实也可以说成周期性信号在单位时间一秒内变化的次数。要是在一段时间间隔T内测出的这个时间段性信号的重复发生变化次数N，则它频率可表示为f=N/T。当中的脉冲形成电路的作用就是把被测信号转换成脉冲信号，它重复频率等于被测频率fx一段时间内信号发生器提供标准的时间脉冲信号，要是时间段是一秒，那么门控电路的输出持久时间亦准确地等于一秒中。闸门电路是让标准秒信号来操控的，等到秒信号过来

9、的时候，闸门放开，被监测的脉冲信号通过闸门传送到计数译码表示出电路。秒信号结束后闸门封闭，计数器也重中断了计数。因为计数器获取的脉冲数N是在一秒时间内的叠加的，自然被测频率就会是fx=NHz。1.4 研究的现状及其意义单片机技术早在上个世纪就被广泛的运用到家电企业和智能仪表等等领域中去了。随着时代的进步社会的快速发展，人们对于各种设备的要求也越来越高，单片机频率计技术对于频率技术会有更高的精度，因此在未来，可以被大量的用于测量设备之中。而信号与系统这本课程对于单片机的开发是十分重要的，它是一门理论与实践相结合且实用性较强,它常常被用于一些十分高难度的研发之中，也是这类专业许多后续课程的重要理论

10、基础，还是该类专业硕士研究生入学考试的必考科目。要这门课着重在各类域的分析以及系统函数和状态变量分析上。较好的掌握该课程的理论和物理意义显得很吃力。长期以来，该课程一直处于“教学难，学生不知道如何学才能学好”的尴尬局面，而且许多信号理论分析结果缺乏可视化的直观表现，严重制约和影响了教学效果。导致学生只能抽象的理解和想象，学起来比较困惑，只能将这些理论知识死记硬背，很难将课程的知识融会贯通。因此，本次毕业设计基于MATLAB GUI设计了一个人机操作互动界面，搭建信号处理虚拟仿真实验平台。并且可以在课堂中进行实时操作演示，让学生能够轻松地学习信号与系统这门课程，深刻的理解信号处理理论，也方便教师

11、教学授课，在课堂中能够调动课堂气氛，起到互动作用。1.2研究目标、研究内容和拟解决的关键问题信息工程专业很多专业课程对数学基础要求较高，数学变换推导较复杂，在实际教学过程中，由于实验所需设备价格较高，实验投入成本过高，实验难度较大，许多院校由于不具备实验条件，从而放弃开设实验辅助课程，直接影响教学效果。因此，本课题利用MATLAB GUI语言图形用户界面，设计开发一个人机互动界面程序，建立信号处理分析虚拟学习平台。这个平台可以实现信号运算和各种域仿真等功能。该平台使用方便，操作简单，还附有操作帮助说明，能够帮助用户使用和操作。这样不仅可以降低学校教学实验成本，还能激发学生学习该课程的兴趣。让学

12、生能够深刻的理解信号处理理论，在课堂中能够调动课堂气氛，起到互动作用。即可以促进教学，又能提高教学效果。第二章2.1 硬件的组成 我的这个频率计的数据抓取系统核心元器件是单片机，让它来实现对将测信号频率的计数和参数表现等功能，外面必须使用分频器、显示器这些相关配件，如下图所示，被测信号到放大整形，而后是倍频锁相连通至单片机，时基电路也可以连通到单片机，最终将结果显示出来。 图2 频率计功能模块2.2 系统工作原理图 该系统工作的总原理图如下图：图3 频率计工作远离状态图2.3 单片机和引脚解答根据上面介绍的理论知识，本文基于MATLAB GUI设计一个人机互动的信号处理仿真系统，对信号进行处理

13、和仿真。本设计主要使用了MATLAB GUI的操作控件分别是Push Button、Static Text、Edit Text、Axes、Pop-up Menu。1）Static Text：静态文本框控件，主要用来创建静态文本，用于显示文本字符串，通常用于显示标题、标签、用户信息和当前值。用户不能对显示的文本进行修改和编辑。2）Axes：坐标轴控件，它能够在GUI中显示图像和信号波形。3）Pop-up Menu：下拉式选择控件，产生下拉式菜单。用户可以从下拉式菜单的多个选项中选择一个选项。当关闭菜单选择时，将会成为一个包含用户选择项的矩形或按钮，位于一定的矩形区域内。有些菜单项可能还有其他子菜

14、单选项，同样的方式可以用鼠标完成选择过程。4）Push Button：按钮创建对象，在按钮上通常可以设置显示文本标签。当用户在按钮上点击鼠标时，可以使按钮的回调函数来执行某个操作，而不能用于属性或状态的选择。按钮按下后可以恢复原来的弹起状态。5）Edit Text ：创建可编辑的文本，用户可以动态地修改或替换文本框中的内容。对于对象为文本框的，用户可以在属性中设置单行或者多行文本输入属性。如果设置单行文本输入，那么用户只能输入一行文本，键入回车后表明输入结束；如果设置多行文本输入，那么用户可以输入多行文本，换行时需要Ctrl和Enter键一同使用。以上所述控件如果拉到了GUI控制面板中,都可以

15、双击该控件进行属性修改。具体如下表1所示:表1 P3口的第二功能·RST:复位输入。这个时振荡器开发发挥作用。·ALE/:这时观察外部的存储时，用 已经存在的地址低8字节。只用要是用flash来编程的时候还可以有用（）。通常，ALE是用晶振频率的六分之一输出，可用用在很多方面。是用于地址存锁，在51单片机的运用中，ALE信号是用于区分开区分开低8位的地址和数据。但值得注意的是一旦遇到外部数据库时，会有一个ALE脉冲将被跳过。·指的是外部程序存储器选通信号，可以帮助读取外部ROM单元。但仅仅是读取外部ROM，并且每个周期会动作两次。其功能还可以操作8个LS型的TTL

16、输入。·/VPP: 指的是输入信号,指的是外部存储地址允许接入。单片机会随着EA接入点的不同而促发不同的动作。如果想要单片机访问内部程序存储器，那么EA就必须接高电平。在EA接地的情况下，单片机可以接收外部存储器的指令。而VPP引脚则是并行编程时必须的。因此EA的接入设置对你选择片内程序或是片外程序有一定的影响，是可以控制的。在51单片机设计过程中，所用设备为89C51单片机。由于具有很高的灵活性且成本也低而被广泛应用。但相对的，也存在缺点。片内资源少，功耗大，数据处理速递相对来说比较低。2.4 信号调理及放大整形模块 信号调理是检测电路的重要组成部分，是一种可以把当前的数据采集设备

17、进展成相对完整全面的数据采集系统。而放大整形模块的作用是可以把待测信号调整。在调整之后变成计数器所要求的脉冲信号。可以为计数器所使用。因为输入的信号幅度是不明确的、会出现一会大一会小的情况，这样会照成输入的信号度量变的不方便，大了会把设备烧掉，太小可能又会检测不出来，那么在我做设计的过程里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，具体的过程可以看下图4所示： 图42.5 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 由两个一样的、而且是都独立的触发器合成的。并且两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。此器件还能应用

18、在移位寄存器，并且通过将Q非输出连接到数据输入，应用在计数器和触发器之上。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 CD4060-14位二进制串行计数器，引脚及功能见如下图6： 振荡器和14极二进制串口计数器组成了CD4060芯片。14极二进制串口主要是由Q4-Q14如下图右侧部分输出，而振荡器频率为0.2Hz. 图6 CD4060芯片引脚用功能图时基信号的产生原理：时基具有极高的精确度，因此时基信号常常被用于频率计的开发。时基信号利用晶体震荡器获取信号后通过触发器得到最终的输出结果，这就是单片机可以计数

19、的原理。 图七 秒脉冲产生电路原理图2.6 显示模块1602基本技术：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;2）、技术参数2.1）极限参数表2.2） 电参数表3）、时序特性表4）、引脚和指令功能4.1）模块引脚功能表4.2）寄存器选择功能表（注:忙标志为"1"时,表明正在进行内部操作,此时不能输入指令或数据,要等内部操作结束,即忙标志为"0"时。）4.3） 指令功能 格式:RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0共11种指令:清除,返回,输入方式设置,显示开关,控制,移位,功能设

20、置,CGRAM地址设置,DDRAM地址设置,读忙标志,写数据到CG/DDRAM,读数据由CG/DDRAM。5）、显示位与DD RAM 地址的对应关系 显 示 位 序 号1 2 3 4 5 40 DD RAM 地 址(HEX)第 一 行00 01 02 03 04 . 27第 二 行40 41 42 43 44 . 676）、初始化方法用户所编的显示程序,开始必须进行初始化,否则模块无法正常显示,下面介绍两种初始化方法;6.1利用内部复位电路进行初始化下面指令是在初始化过程中执行的。第3节 软件设计1.定时读数2.量程转换3. BCD转换4.LCD显示的功能这时计数的方式是C/T=1的时候，定时

21、器还有外部的引脚就会连接，引脚的脉冲是由外部的引脚输入的。只要外部的信号由一转变为零的时候，计数器就会增加一，此时T0成为外部事件的计数器。因为确认一次1转变成0要使用到24个震荡器时间，根据以上的解释可以看出计数器的频率是51单片机内部频率的二十四份之一。当CT=0的时候就是计数的方式，对计数器的操作是M2分频，其实计数器的频率只有单片机的1/m2.在这种现象下，INT0引脚的转变对或门不会产生任何效果的。TRO=1的时候就会接通控制的开关，计数脉就会增加到计数器之上，只增加一个脉冲，计数器也随之增加一，只有当TRO=0时，控制的开关会断开，此时也停止了计数。当GATA=0时，若TRO=1，

22、或门、与门全部打开，外部信号电平通过INTO引脚直接控制定时器的启动和关闭。输人高电平时允许计数，否则停止计数。总结与展望总结本文使用MATLAB 2010B版本在Windows 7系统环境下基于MATLAB GUI设计开发出一个人机互动的信号处理仿真平台。其功能主要包括信号的基本运算，LTI系统的描述，相应的求解，时域、频域、复频域的MATLAB仿真，Z域分析和Z域构造与重建。除此之外，还介绍了信号处理的理论知识及信号处理仿真平台的设计过程和方法。在本次信号处理仿真平台设计中，主要研究与收获了：1、深入学习了MATLAB在信号分析处理中的应用以及相关的GUI界面设计。2、充分了解了MATLA

23、B软件的使用和语法及MATLAB GUI的设计流程和方法。3、了解MATLAB不同版本之间的区别和懂得处理版本间的兼容性。4、懂得MATLAB GUI的模块化设计与整合和美化。5、掌握了如何使用MATLAB软件进行编写程序代码和调试程序对信号进行处理。6、使用MATLAB自带的编译器对主模块进行编译生成可执行的exe文件，使该平台能够脱离MATLAB软件独立运行，方便使用。展望经过这次的设计和编写，系统基本开发完毕。我通过自己的积累和查阅了大量的专业书籍，也得到了一些专业人员及指导老师的指导和支持。在这次毕业设计的过程中我不仅了解了单片机的发展的历史和单片机的发展空间，还对专业操作系统有所了解。在这次开发的过程中，我查阅和许多文献。也对其作出了相对应的分析。在设计过程中出现了不少的问题，包括对单片机的设计的前景功能定义以及基本信息有一定的了解。 本系统从最传统的设计模式来作为比较，还以当今最流行的单片机开发最为借鉴。虽然这次的系统并不是非常的完美，但是他比较完善，结合了所用的知识构建了一个基于51单片机的简易频率计设计。 致 谢转眼即逝，大学生活进入尾声，回想大学的生活收益颇多，在此之际向帮助、关心过我的老师和同学们表示由衷的感谢。首先，感谢恩师，为我的提供广阔的自由空间和雄厚的经费支持，给予了我在生活上无微不