简易数字频率计实验报告

1、简易数字频率计设计报告设计人员：王方伟，熊伟，田欣欣目录摘 要 一总体方案二电路分析与设计可调频率波形发生器整形电路二分频电路单片机计数部分5液晶显示部分三系统测试调试仪器测试结果分析3误差分析四总结参考资料附录摘要数字频率计用于测量正弦信号、矩形信号等波形的频率，其概念 是单位时间里的脉冲个数。 本设计采用 89C52单片机为设计核心， 将其分为波形产生部分，整形部分，单片机计数部分，显示部分。波形 产生电路得到正弦波、 三角波或矩形波； 计数部分由 89C52单片机实现；显示部分用液晶屏（LCD1602）。关键词： AT89C52,分频计，频率计，LCD1602AbstractThedig

2、italfrequencymeterformeasuringthefrequencyof thesinusoidal signal and rectangular signal waveform, the concept is the pulse number perunittime.Thisdesignusesa89C52microcontrollercoreforthedesign,waveformgeneratorwillbedividedintothepart,plasticpart,the microcontroller to count part of the display se

3、ction. Waveform generator circuitsinewave,trianglewaveorsquarewave;countpartofthe89C52 microcontroller; display part LCD screen一总体方案总体设计思路：波形发生电路采用ICL8038 集成函数发生器，在经过74LS00 整形电路整形， 形成方波信号，再通过 74LS74 二分频电路， 最后送到单片机T1 计数并用LCD1602 显示频率。总体原理框图：可调频率波形产生电路 整形 计数 显示二电路分析与设计可调频率波形发生器1、工作原理简介ICL8038 是单片集成函数发

4、生器，其内部原理电路框图和外部引脚排列分别如图1 和图2 所示。在图1 中，ICL8038 由恒流源I1、I2，电压比较器C1、C2 和触发器等组成。电压比较器 C1、C2 的门限电压分别为2V R/3 和 V R/(V R=V CC+V EE)，电流源 I 1 和 I2 的大小可通过外接电阻调节，且I2 必须大于I1。当触发器的Q 端输出为低电平时，它控制开关S 使电流源 I2 断开。而电流源I1 则向外接电容C 充电，使电容两端电压V C 随时间线性上升，当V C 上升到 V C=2V R/3 时，比较器C1 输出发生跳变，使触发器输出端Q 由低电平变为高电平， 控制开关 S 使电流源I2

5、 接通。由于I2I 1，因此电容C 放电， vc 随时间线性下降。当vc 下 降到 vc V R/3 时，比较器C2 输出发生跳变，使触发器输出端Q 又由高电平变为低电平，I2 再次断开， I1 再次向 C 充电， vc 又随时间线性上升。如此周而复始，产生振荡，若I 2=2I 1，vc 上升时间与下降时间相等，就产生三角波输出到脚3。而触发器输出的方波经缓冲器输出到脚 9。三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚2 输出。当 I1I 22I 1 时， vc 的上升时间与下降时间不相等，管脚3 输出锯齿波。因此，8038 能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。图 1ICL8038 内

6、部原理电路框图图 2ICL8038 管脚图2、ICL8038 的典型应用由图 2 可见，管脚8 为调频电压控制输入端，管脚 7 输出调频偏置电压，其值（指管脚6 与 7 之间的电压）是(V CC+V EE)/5，它可作为管脚8 的输入电压。此外，该器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与9 脚之间外接一电阻，其值常选用10k 左右，如图 3 所示。当电位器RV1 动端在中间位置，并且图中管脚7 接+4V 时，管脚 9、3 和 2 的输出分别为方波。三角波和正弦波。电路的振荡频率? 约为 0.3/(R1+0.5RV1)C 。调节 RV2 RV3 可使正弦波的失真达到较理想的程度。RV1

7、 为调频电位器。RV4 调节方波占空比及正弦波失真度。V9+R510kD111N4148R410kC10.1uF% 05RV41kC3100uFC40.01uFR24.7KR34.7kRV2RV10%56U4% 05RV3100kV487+SWEEPV+FM_BIASD_ADJ1D_ADJ245OUT1C5100uFC60.01uF10k1S_ADJ1 12%0SINES_ADJ2SQUARE510CAPV-TRIANGLE923OUT2OUT3R120k100k11ICL8038R610kC20.047uFD21N4148-图 3函数发生器电路图可通过改变10 号管脚的电容值来改变频率，C2

8、 从 50uf-250pf 每降低 10 倍频率增加10倍，再通过RV1 来实现对频率的微调。整形电路整形电路部分通过74LS00 中的与非门按照图4 连接，管脚1 为输入信号，管脚6为输出信号。U4:A1U4:B3426574LS0074LS00D1DIODEU4:C108974LS00图 4整形电路3.二分频电路74LS74 为带预置和清除端的两组D 型触发器，图 574LS74 管脚图图 6功能表1U2:A6QRCLK35QSD2474LS74图 7二分频计4.单片机计数部分AT89C52芯片介绍：AT89C52是美国 ATMEL公司生产的低电压 , 高性能 CMOS 8位单片机 , 片

9、内含 4 kB 的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128 B的随机数据存储器 (RAM) , 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产 , 兼容标准 MCS-51指令系统 , 内置通用 8 位中央处理器 (CPU)和FLASH存储单元单片机的 40 个引脚大致可分为4 类：电源、时钟、控制和I/O 引脚。电源: VCC -芯片电源，接 +5V；VSS - 接地端；时钟: XTAL1 、XTAL2 -晶体振荡电路反相输入端和输出端。控制线:控制线共有 4 根， ALE/PROG地:址锁存允许 / 片内 EPROM编程脉冲 ALE 功能：用来锁存P0 口送出的低 8 位地址

10、PROG功能：片内有 EPROM的芯片，在 EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外 ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/ 备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp: 内外 ROM选择/ 片内 EPROM编程电源。 EA 功能：内外 ROM选择端。 Vpp 功能：片内有EPROM的芯片，在 EPROM编程期间，施加编程电源 Vpp。I/O 线: 80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口： P0、P1、P2、P3 口，共 32 个引脚。P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号

11、（属控制总线）。RST/VPD: 复位/ 备用电源。 RST（ Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。EA/Vpp:内外 ROM选择/ 片内 EPROM编程电源。 EA 功能：内外 ROM选择端。 Vpp 功能：片内有EPROM的芯片，在 EPROM编程期间，施加编程电源 Vpp。图8单片机管脚图单片机应用管脚应用：p0口作为 lcd1602 的数据口lcd的rs 由单片机的 p2.0 控制lcd的rw由单片机的 p2.1 控制lcd的en由单片机的 p2.2 控制利用单片机的 T0口定时模式利用单片机的 T1口为计数模式由外部电路与单片组成的复位

12、电路利用外部晶振 12MHZ为单片机提供时钟频率软件设计：开始单片机初始化Lcd1602 初始化设置开 T0 定时和 T1 计数二进制转换为BCD 压缩码提出各位位上的数字LCD 显示结束程序流程图：（程序见附录）液晶显示部分LCD1602液晶屏介绍：工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即 32 个字符。（ 16 列 2 行）注：为了表示的方便，后文皆以1 表示高电平，0 表示低电平。1602 液晶也叫1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之

13、间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形1602LCD是指显示的内容为16X2, 即可以显示两行，每行16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。管脚功能：1602 采用标准的16 脚接口，其中： 第 1 脚： VSS为电源地第 2 脚： VDD接 5V 电源正极第 3 脚： V0 为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）。第 4 脚： RS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。第 5 脚篟 W为读写信号线，高电平(1) 时进行读操作

14、，低电平(0) 时进行写操作。第 6 脚： E( 或 EN)端为使能 (enable)端。第 7 14 脚： D0 D7 为 8 位双向数据端。第 15 16 脚：空脚或背灯电源。15 脚背光正极，16 脚背光负极。RP1139238337436535634733832921RESPACK-8222324252627LCD1LM016LS D ES D ES W0 1 2 3 4 5 6 7 V V VR R ED D D D D D D DRV610k1 2 34 5 67 8 9 0 1 2 3 41 1 1 1 150%C1133pX112M19U1XTAL1C2118XTAL233pR

15、79RSTP0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6P0.7/AD710kC710uF293031PSEN ALEEAP2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13 P2.6/A14P2.7/A15281U2:A1P1.023P1.1P1.24P1.35P1.46P1.57P1.68P1.7P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WRP3.7/RD10111213141516176QRCL

16、K35QSD268474LS74AT89C51U4:B74LS00U4:C74LS00450193U4:A74LS0012D1DIODE图 9单片机部分电路三系统测试调试仪器示波器，电源，函数信号发生器测试结果分析3误差分析当频率越高时， 误差越大。 可能是由于51 单片机本身计数的限制和其他噪声信号对高频信号的干扰引起的。而对于低频信号，误差相对很小。误差主要来源于元器件本身的误差。四总结该数字频率计经过实际检验说明：具有精度高、使用方便、显示直观、硬件 电路简单等特点。在本次设计中遇到了许多的困难仿真与实物无法有机的结 合，程序显示无法达到要求这些困难都基本克服，但波形产生电路中还有缺陷高

17、频信号会有失真， 但对设计总体影响不大。 经过这次设计有效地提高了我们实践动手能力，对我们今后的学习和生活有很大的积极影响。参考资料康华光电子技术基础（模拟部分）第五版高等教育出版社康华光电子技术基础（数字部分）第五版高等教育出版社汪文 陈林 单片机原理及应用华中科技大学出版社李强 51 系列单片机编程技术北京航空航天大学出版社附录LCD_RS EQU P2.0 LCD_RW EQU P2.1 LCD_EN EQU P2.2ORG0000H JMP MAIN ORG 000BH JMP T0_INT ORG 0030HMAIN:LCALL PRO_SET CALL SET_LCDLOOP5:C

18、ALL INIT_TICALL ZHUANGHUA CALL FUZHICALL LCE_FRESJMP LOOP5; 初始化程序;- PRO_SET:MOV P0,#0FFH MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFHSETBP3.5;P3.5端口置输入状态RET;T1(TIMER1的外部输入脚）;-;LCD初始化设置;- SET_LCD:CLR LCD_EN CALL INIT_LCD CALL DELAY1MOV DPTR,#INFO1 MOV A,#1CALL LCD_SHOW MOV DPTR,#INFO2 MOV A,#2CALL LCD_SHOWRET;-INFO1: D

19、B GROUP OF 3B,0;LCD第一行显示信息INFO2: DB FRE:,0;LCD第二行显示信息;-;LCD接口初始化;8位 I/O控制;- INIT_LCD:MOV A,#38H; 双列显示，字形5*7点阵CALL WCOM CALL DELAY1MOV A,#0EH; 开显示，关光标，CALL WCOM CALL DELAY1MOV A,#01H;清除 LCD显示屏CALL WCOM CALL DELAY1 MOV A,#06H CALL WCOM CALL DELAY1 RET;-LCD_SHOW:;在 LCD的第一行或第二行显示信息字符CJNE A,#1,LINE2;判断是否

20、为第一行LINE1:MOV A,#01H CALL WCOM MOV A,#80H CALL WCOM JMP FILLLINE2:MOV A,#0C0H CALL WCOMFILL:CLR AMOVC A,A+DPTR CJNE A,#0,LC1RET LC1:CALL WDATA INC DPTR JMP FILL RET;-; 写入命令子程序;- WCOM:MOV P0,ACLR LCD_RS CLR LCD_RW SETB LCD_EN CALL DELAY0 CLR LCD_EN RET;-; 写入数据子程序;- WDATA:MOV P0,ASETB LCD_RS CLR LCD_R

21、W SETB LCD_EN CALL DELAY0 CLR LCD_ENRETINIT_TI:MOV TMOD,#51H;/*01010001 T1计数,T0定时 */MOV TH0, #HIGH(65536 - 49988) ;50ms12MHz MOV TL0, #LOW (65536 - 49988)MOV TH1, #00H MOV TL1, #00H MOV R6,#0 SETB ET0 SETB EAMOV R7, #20 SETB TR0 SETB TR1COUNT1:JBC TF1,LOOP0 MOV A,R7JZ TENDSJMP COUNT1 LOOP0:INC R6 MO

22、V A,R7 JZ TENDSJMP COUNT1 ; MOV R0,#01; MOV R1,#00H R1为高 8 位， r0为低 8位TEND:RETT0_INT:;中断DJNZ R7,T0_END CLR TR1CLR TR0 JMP TIAOT0_END: ;50ms执行一次MOV TH0, #HIGH(65536 - 49988) ;50ms12MHz MOV TL0, #LOW (65536 - 49988)TIAO:RETI ZHUANGHUA:CLR AMOV R0,TL1 MOV A,R0 MOV R1,#00H SUBB A,R1 MOV R0,A CLR AMOV R1,

23、TH1 MOV A,R0ADD A,R0 MOV R0,A MOV A,R1 ADDC A,R1 MOV R1,A MOV A,R6 ADDC A,R6 MOV R6,A MOV R4,#0FFH MOV R5,#0FFH LCALL QMUL MOV R0, 3AH MOV R1, 39H MOV R2, 38HlCALLHEX2BCD;调用子程序把R0 R1 R2 中的数字，转换成BCD码，送到R4 R5 R6 R7 RETQMUL:MOV A,R4 MOV B,R6 MUL ABMOV R3,A ;(R3)=(R4*R6)L MOV R4,B ;(R3)=(R4*R6)B MOV A,R5MOV B,R6 MUL AB ADD A,R4 MOV R4,A CLR A ADDC A,B MOV R5,A CLR A MOV A,R3 ADD A,R0 MOV 38H,A CLR A MOV A,R1 ADDC A,R4 MOV 39H,A CLR A ADDC A,R5 MOV 3AH,A RETHEX2BCD:CLR AMOV R4, AMOV R5, A;先清零MOV R6, AMOV R7, AMOV R3, #24;共