《单片机C语言应用技术》课件-第7章

模块7综合应用任务14简易数字频率计的设计习题7实践中，单片机应用系统的设计往往涉及到多方面的知识，从最基本的元器件的选用到硬件线路的设计，程序的编制，各种芯片的选用，相应的驱动程序的编写，系统调试等。本模块中的任务应用前面所学知识，制作一个简易的数字频率计。任务14简易数字频率计的设计电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种，其中数字式频率计具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程的自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。本任务使用51单片机制作一个简易的数字频率计，采用直接测频法。基本思想如下：使用一个定时/计数通道控制测量闸门时间，使用另外一个定时/计数通道计数信号的脉冲个数，从而求出信号频率。这样的设计方案简单易行，但是局限也很明显。由于使用51单片机的定时/计数通道计数信号的脉冲个数，因此被测信号的频率受限于51单片机的工作频率。51单片机的定时/计数通道的最大计数频率等于单片机的工作频率除以24，如果单片机的工作频率为12MHz，则可以测量的信号最大频率不超过12MHz/24，也就是500kHz。由于信号直接输入到单片机的计数引脚(P3.4或P3.5)，因而只能测量TTL信号。尽管如此，由于本任务涉及到单片机多方面的技术，因而对于我们熟悉单片机的综合应用是很有帮助的。

1.任务目的全面了解51系列单片机的结构，提高综合应用单片机的能力。

2.任务要求

实现一个小系统，可以测量TTL信号源的频率，其频率不超过500kHz，并在LED灯上显示出来。为了方便实验，另外实现一个小系统，用于产生被测信号。

3.硬件设计硬件上，测量频率的部分相当简单，实际上除了单片机，不再需要其他的附加电路。需要一个6位的LED灯用于显示测量到的频率。频率计部分采用6个LED灯用于显示频率，具体电路设计如图7.1所示，P0口的8个输出引脚分别接到了LED灯的8段引脚上，P2的低6位连接至LED灯的6个位段上。用P1连接了8个流水灯。信号产生部分中，在P3.6和P3.7上分别连接了2个独立按键，用来增加或减少信号频率。为了简洁，电路图中去掉了单片机电源部分的电路。图7.1频率计及信号产生器电路原理图

4.程序设计程序分为两大部分：频率计部分和信号发生部分。

1)频率计部分的程序频率计部分的程序包括LED驱动部分、定时计数器部分和主程序。下面给出的是LED驱动程序。

(1) Led.h头文件。

#ifndef led_h

#define led_h

#defineLed_PinsP0

#defineLed_Controls_PinsP2

voidLed_Show();

voidLed_LongToBeDisplayed(longnum);

voidLed_Delay(unsignedcharnum);

#endif

(2) Led.c代码文件。

#include<reg51.h>

#include"Led.h“

//定义字形码，放在code区。最后一个编码是全灭(不显示)

staticunsignedcharcodecharCodes[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x0};

staticunsignedcharcodecharPointers[]={0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};

//显示缓冲，非压缩BCD码，最低位在DisplayBuf[0]

staticunsignedchardisplayBuf[6];

//软件延时子程序

voidDelayMs(unsignedcharms)

{

unsignedchari,j;

for(i=0;i<ms;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

//显示数字，在12 MHz的系统上，大约耗时40ms

voidLed_Show()

{

chari,flag=1;//用于标志高位是否为0

for(i=5;i>=0;i--)

{

//移动位指针

Led_Controls_Pins|=0x3f;

Led_Controls_Pins&=charPointers[i];

if(displayBuf[i]==0&&flag)

{

Led_Pins=charCodes[10]; //如果高位为0，则不显示

}

else

{

Led_Pins=charCodes[displayBuf[i]];//送字形码

flag=0;

}

DelayMs(2);

}

}

//将一个整数转换成非压缩的BCD码放进显示缓冲，参数num为待显示的整数

voidLed_LongToBeDisplayed(longnum)

{

displayBuf[0]=num %10;

displayBuf[1]=num %100/10;

displayBuf[2]=num /100%10;

displayBuf[3]=num /1000%10;

displayBuf[4]=num /10000%10;

displayBuf[5]=num /100000;

}

//利用显示延时，参数num为延时多少次显示

voidLed_Delay(unsignedcharnum)

{

unsignedchari;

for(i=0;i<num;i++)

Led_Show();

}

LED驱动程序用于将数字显示在LED显示器上，函数Led_Show只能在LED显示器上显示一次数字。本任务采用的是动态数码显示，需要不停地刷新显示，因此必须在一个足够短的时间间隔内调用此函数。调用函数Led_LongToBeDisplayed可以改变要在LED上显示的数字。函数Led_Delay是延时函数，为了不中断LED的显示，这个延时函数内部调用了Led_Show函数。

(3) Counter.h头文件。

#ifndef Counter_h

#define Counter_h

voidCounter_Init();

longCounter_GetFrequency();

#endif

(4) Counter.c代码文件。

#include<reg51.h>

staticlongfrequency;

//初始化2个定时计数通道

voidCounter_Init()

{

TMOD=0x15; // t0计数，t1定时

TH1=-50000/256; //每5000次中断一次

TL1=-50000%256;

TR0=1;

TR1=1;

ET1=1;

EA=1;

}

staticvoidtimer1()interrupt3

{

staticunsignedchartimes=0; //计数中断次数

EA=0;

TR1=0;

//每5000次中断一次，为实现精确中断，补偿18个机器周期

TH1=(-50000+18)/256;

TL1=(-50000+18)%256;

TR1=1;

EA=1;

if(++times>=10) //每10次(半秒)处理一次

{

TR0=0;

frequency=TH0<<8|TL0;//半秒频率

TH0=0; //重新计数频率

TL0=0;

TR0=1;

frequency<<=1; //每秒频率

times=0;

}

}

longCounter_GetFrequency()

{

returnfrequency;

}函数Counter_Init是用来初始化2个定时计数通道的，程序在运行之前应该调用此函数。T0通道用来计数信号的个数，而T1用来提供闸门时间控制。此处将闸门时间定为半秒，当时间到了之后，计算出信号频率，存放到变量frequency中，然后重新开始计数。调用Counter_GetFrequency可以获取当前计算到的频率。最后是主程序。

(5)主程序文件Main.c。

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#include"Led.h"

#include"Counter.h"

voidmain()

{

longfrequency=0;

Counter_Init();

P1=0xfe;

while(1)

{

if(frequency!=Counter_GetFrequency()) Led_LongToBeDisplayed(frequency=Counter_GetFrequency());

P1=_crol_(P1,1);

Led_Delay(5);

}

}在主函数里面，首先初始化定时计数通道，然后进入无限循环。循环中，反复调用计数模块的Counter_GetFrequency函数，以获取当前读到的频率，如果频率改变了，则调用函数Led_LongToBeDisplayed以刷新显示的频率。为了让实验看起来生动一些，添加了一个流水灯。最后调用Led_Delay延时一段时间，这样既达到了延时的目的，又不会中断LED的显示。

2)信号发生器部分

(1) Timer.h头文件。

#ifndef Timer_h

#define Timer_h

//通过P3.2引脚产生信号源

sbitgenerator_Pin=P3^2;

voidTimer_SetCount(unsignedcharcounter);

#endif

(2) Timer.c代码文件。

#include<reg51.h>

#include"Timer.h"

//设定方波频率

voidTimer_SetCount(unsignedcharcounter)

{

TR0=0;

TMOD=2;// t0定时，方式2

TH0=counter;

TL0=counter;

TR0=1;

ET0=1;

EA=1;

}

staticvoidtimer0()interrupt1

{

generator_Pin=!generator_Pin;

}定时器部分用来产生不同频率的方波信号，调用函数Timer_SetCount可以改变方波产生的频率。此函数设定定时器工作于方式2，所以计数255-counter次后中断一次，每计数一次需要一个机器周期，中断2次就是方波的一个周期，这样方波信号的频率可以这样计算：

fosc÷24÷(255-count)定时器中断处理程序翻转信号产生引脚的电平以输出方波信号。为了方便修改方波频率，提供了键盘处理程序，包含2个按键的处理。

(3) Keyboard.h头文件。

#ifndef Keyboard_h

#define Keyboard_h

sbitUpKey_Pin=P3^6;

sbitDownKey_Pin=P3^7;

unsignedcharKeyboard_KeyPressed();

#endif

(4) Keyboard.c代码文件。

#include<reg51.h>

#include"Keyboard.h"

voidDelayMs(intms)

{

inti,j;

for(i=0;i<ms;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

//读按键。如果按下键，则返回1；否则，0</returns>

unsignedcharKeyboard_KeyPressed()

{

if(UpKey_Pin==1&&DownKey_Pin==1)return0;

DelayMs(8);

if(UpKey_Pin==1&&DownKey_Pin==1)return0;

if(UpKey_Pin==0)return1;

return2;

}函数Keyboard_KeyPressed返回按键代码，0表示无键按下，1表示按下“加”键，2