單片機(jī)課程設(shè)計數(shù)字頻率計

1、目 錄引言- 1 -1 設(shè)計方案及原理- 2 -2單片機(jī)選型及硬件配置- 3 -2.1 單片機(jī)及擴(kuò)展模塊選擇- 3 -2.2 i/o地址分配- 4 -2.3 系統(tǒng)硬件原理圖- 4 -3.軟件實現(xiàn)- 6 -3.1 控制流程圖- 6 -3.2 程序調(diào)試- 6 -3.3 設(shè)計結(jié)果- 7 -3.4 結(jié)果分析- 7 -心得體會- 8 -參考文獻(xiàn)- 9 -附錄- 10 -引 言隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，信號作為其最基礎(chǔ)的元素，其頻率的測量在科技研究和實際應(yīng)用中的作用日益重要，而且需要測頻的范圍也越來越寬。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和成熟，用單片機(jī)來作為一個電路系統(tǒng)的控制電路逐漸顯示出其無與倫比的優(yōu)越性。因此本論文

2、采用單片機(jī)來作為電路的控制系統(tǒng)，設(shè)計一個能測量高頻率的數(shù)字頻率計。用單片機(jī)來做控制電路的數(shù)字頻率計測量頻率精度高，測量頻率的范圍得到很大的提高。數(shù)字頻率計是計算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計。 本數(shù)字頻率計將采用定時、計數(shù)的方法測量頻率，采用一個1602a lcd顯示器動態(tài)顯示6位數(shù)。測量范圍從1hz10khz的正弦波、方波、三角波，

3、時基寬度為1us,10us,100us,1ms。用單片機(jī)實現(xiàn)自動測量功能。1 設(shè)計方案及原理基本設(shè)計原理是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對正弦波、方波、三角波的頻率進(jìn)行自動的測量。數(shù)字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻率。頻率是單位時間（ 1s ）內(nèi)信號發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的 1s 時間內(nèi)對信號波形計數(shù)，并將計數(shù)結(jié)果顯示出來，就能讀取被測信號的頻率。數(shù)字頻率計首先必須獲得相對穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時間，通過單片機(jī)的定時與計數(shù)功能可以實現(xiàn)，同時將被測信號轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別的脈沖信號，然后通過計數(shù)器計算這一段時間間隔內(nèi)的脈沖個數(shù)，將其換算后

4、顯示出來。這就是數(shù)字頻率計的基本原理。頻率測量儀的設(shè)計思路主要是：對信號分頻，測量一個或幾個被測量信號周期中已知標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的周期個數(shù)，進(jìn)而測量出該信號頻率的大小。若被測量信號的周期為，分頻數(shù)m1，分頻后信號的周期為t，則：t=m1tx 。由圖可知： t=nto （注：to為標(biāo)準(zhǔn)信號的周期，所以t為分頻后信號的周期，則可以算出被測量信號的頻率f。）。由于單片機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率比較穩(wěn)定，而是系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)信號頻率的誤差，通常情況下很??；而系統(tǒng)的量化誤差小于1，所以由式t=nto可知，頻率測量的誤差主要取決于n值的大小，n值越大，誤差越小，測量的精度越高。2單片機(jī)選型及硬件配置2.1 單片機(jī)及擴(kuò)展模塊選擇

5、本頻率計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要元器件是單片機(jī)80c51，由它完成對待測信號頻率的計數(shù)和結(jié)果顯示等功能，外部還要有分頻器、顯示器等器件?？煞譃橐韵聨讉€模塊：放大整形模塊、秒脈沖產(chǎn)生模塊、換檔模擬轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、lcd顯示模塊。各模塊關(guān)系圖如圖2.1所示： 放大整形數(shù)字信號處理8051頻率輸出lcd顯示器 圖2.1 數(shù)字頻率計功能模塊1.信號調(diào)理及放大整形模塊 放大整形系統(tǒng)包括衰減器、跟隨器、放大器、施密特觸發(fā)器。它將正弦輸入信號vx整形成同頻率方波vo,幅值過大的被測信號經(jīng)過分壓器分壓送入后級放大器，以避免波形失真。由運算放大器構(gòu)成的射級跟隨器起阻抗變換作用，使輸入阻抗提高。同相輸入的運算放大

6、器的放大倍數(shù)為（r1+r2）/r1，改變r1的大小可以改變放大倍數(shù)。系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，整形后的方波送到閘門以便計數(shù)。由于輸入的信號幅度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對于輸入信號的測量就不方便了，過大可能會把器件燒毀，過小可能器件檢測不到，所以在設(shè)計中采用了信號調(diào)理電路對輸入的波形進(jìn)行阻抗變換、放大限幅和整形。2.時基信號產(chǎn)生電路 cd4013-雙上升沿d觸發(fā)器 ，cd4013由兩個相同的、相互獨立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。每個觸發(fā)器有獨立的數(shù)據(jù)置位復(fù)位時鐘輸入和 q及q非輸出。此器件可用作移位寄存器，且通過將q非輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計數(shù)器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在

7、d 輸入端的邏輯電平傳送到q輸出端。置位和復(fù)位或復(fù)位線上的高電平完成。 3.顯示模塊1602基本技術(shù)的主要功能：（1）40通道點陣lcd 驅(qū)動；（2）可選擇當(dāng)作行驅(qū)動或列驅(qū)動；（3）輸入/輸出信號:輸出,能產(chǎn)生202個lcd驅(qū)動波形;輸入,接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號,偏壓(v1v6)；（4）通過單片機(jī)控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來。2.2 i/o地址分配程序開始 0000ht0中斷入口 000bht1中斷入口 001bh程序入口 0030h2.3 系統(tǒng)硬件原理圖如圖2.2所示為數(shù)字頻率計的硬件電路圖。由該圖可知，8051構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)，lcd數(shù)碼管用來顯示頻率值。圖2.2 系統(tǒng)

8、硬件原理圖3.軟件實現(xiàn)3.1 控制流程圖如圖3.1為系統(tǒng)的控制流程圖。yesno開始系統(tǒng)初始化頻率測量有效位判別周期測量浮點數(shù)格式化浮點到bcd碼測量數(shù)據(jù)顯示中斷服務(wù)程序量程自動轉(zhuǎn)換圖3.1 控制流程圖3.2 程序調(diào)試程序的調(diào)試分為兩步進(jìn)行，首先使用單片機(jī)sim仿真軟件調(diào)試程序。然后，將程序下載到單片機(jī)中，若有實驗設(shè)備，則將單片機(jī)的外部設(shè)備接好，進(jìn)行程序的調(diào)試；若無實驗設(shè)備，則進(jìn)行模擬調(diào)試。本設(shè)計采用的是proteus仿真調(diào)適。3.3 設(shè)計結(jié)果如圖3.2為系統(tǒng)的軟件仿真圖。圖3.2 軟件仿真圖3.4 結(jié)果分析 1.測量結(jié)果給電路加+5 v電壓，輸入信號，按動開關(guān)，即可得到頻率值。將所測頻率值與

9、示波器測量結(jié)果比較。2.誤差來源分析(1)單片機(jī)計數(shù)速率的限制引起誤差。從測量數(shù)據(jù)可以看出被測信號頻率越高，測量誤差越大，且所測信號頻率不能超過480 khz。這是因為采用的是12 mhz的晶振，單片機(jī)最大計數(shù)速度為500 khz，所以當(dāng)被測信號越接近500 khz時，測量結(jié)果與實際頻率的誤差就越大。而當(dāng)被測信號大于500 khz時，頻率計將測不出信號頻率。 (2)原理上存在1誤差。由于該設(shè)計是在計數(shù)門限時間一秒內(nèi)的頻率信號脈沖數(shù)，所以定時開始時的第一個脈沖和定時時間到時的最后一個脈沖信號是否被記錄，存在隨機(jī)性。這種誤差對測量頻率低的信號影響較大。 (3)晶振的準(zhǔn)確度會影響一秒定時的準(zhǔn)確度，從

10、而引起測量結(jié)果誤差。 心得體會 課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。數(shù)字頻率計是計算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經(jīng)常使用到。通過一周的課程設(shè)計，加深了我對單片機(jī)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，加強了我的動手操作能力以及

11、與同學(xué)之間的協(xié)作能力，使我深刻理解掌握了8051的基本功能和按鍵的相關(guān)操作，使我了解了單片機(jī)系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用。在課程設(shè)計過程中，我遇到了一些問題，這些問題困惑了我好久，但通過查資料、和同學(xué)討論，是我最終解決了這些問題，我認(rèn)為這也是對我學(xué)習(xí)的一種提升。設(shè)計只是我們對所學(xué)知識的一種提升應(yīng)用，我認(rèn)為本次設(shè)計確實讓我學(xué)到了這些東西。設(shè)計結(jié)束了，但我對單片機(jī)系統(tǒng)認(rèn)識的意愿更強烈了，在以后的工作學(xué)習(xí)中，我一定會繼續(xù)關(guān)注并繼續(xù)學(xué)習(xí)有關(guān)單片機(jī)的知識參考文獻(xiàn)1李華，王思明，張金敏編著，單片機(jī)原理及應(yīng)用m，蘭州:蘭州大學(xué)出版社, 2001.2封志宏主編，模擬電子技術(shù)m，蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2003.3吳蓉主編，數(shù)

12、字電子技術(shù)m，蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2005.4林伸茂編著，8051單片機(jī)徹底研究m，北京：中國電力出版社,2007.5鄒久明編著，80c51單片機(jī)實用技術(shù)m，北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.附 錄org 0000hajmp startorg 000bh ;t0中斷入口ajmp t0intorg 001bh ;t1中斷入口ajmp t1intorg 0030hstart: mov ie,#8ah ;開放t0、t1中斷mov tmod,#51h ;t0定時，t1計數(shù)mov th0,#0dchmov tl0,#00h ;定時10msmov 20h,#100 ;100*10ms=1smov

13、th1,#00hmov tl1,#00hmov 21h,#0mov 22h,#0mov 23h,#0 ;存放采集到的頻率setb tr1setb tr0wait: ajmp wait ;等待中斷t1int: inc 23h ;計數(shù)器溢出則23h單元自增1reti t0int: djnz 20h,next1 ;定時10ms產(chǎn)生中斷clr tr1clr tr0mov 22h,th1 ;1s時間到則采集數(shù)據(jù)mov 21h,tl1ajmp acountnext1: mov th0,#0dch ;繼續(xù)定時mov tl0,#00hretiacount: mov a,23hmov b,#0ffh mul a

14、b mov 24h,a mov 25h,b mov a,23h mov b,#0ffh mul ab mov b,26h add a,25hmov 25h,a clr a addc a,26hmov 26h,amov a,24hadd a,tl1mov 24h,amov a,25haddc a,th1mov 25h,acrl aaddc a,26hmov 26h,a;文件名：lcd1301.asm;程序功能：顯示程序rs bit p3.4rw bit p3.6e bit p3.7lcd equ p1;顯示主程序show: mova,26hdaamov26h,amova,25hdaamov25h

15、,amova,24hdaamov24h,atostring:movr6,#3movr1,#30hmovr0,#26hnext:mova,r0anla,#0f0hswap aadda,#30hmovr1,aincr1mova,r0anla,#0fhadda,#30hmovr1,aincr1decr0djnz r6,nextmov lcd,#00000001b ;清屏并光標(biāo)復(fù)位acall wr_comm ;調(diào)用寫入命令子程序 acall init_lcd ;調(diào)用初始化子程序mov lcd,#00h ;寫入顯示起始地址acall wr_comm ;調(diào)用寫入命令子程序movr7,#6movr1,#30

16、hto:mova,r1mov lcd,a acall wr_data ;調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序inc r1djnz r7,tojmp $ ;維持當(dāng)前輸出狀態(tài);lcd初始化設(shè)定init_lcd: mov lcd,#00110000b ;設(shè)置8位、2行、5x7點陣 acall wr_comm ;調(diào)用寫入命令子程序 mov lcd,#00001111b ;顯示器開，光標(biāo)允許閃爍,acall wr_comm ;調(diào)用寫入命令子程序mov lcd,#00010100b ;文字不動，光標(biāo)自動右移 acall wr_comm ;調(diào)用寫入命令子程序 retwr_comm: ;寫入命令子程序clr rs ;rs=0,選擇指令寄存器clr rw ;rw=0,選擇寫模式clr e ;e=0,禁止讀/寫lcmacall check_bf ;調(diào)用判l(wèi)cm忙碌子程序setb e ;e=1,允許讀/寫lcmret check_bf: ;判斷是否忙碌