基于單片機(jī)的簡(jiǎn)單頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、單片機(jī)原理與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告頻率計(jì)1功能分析與設(shè)計(jì)目標(biāo) .12頻率計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì) .32.1控制、計(jì)數(shù)電路.322 譯碼顯示電路.53頻率計(jì)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試 .63.1軟件設(shè)計(jì)介紹.63.2程序框圖.83.3功能實(shí)現(xiàn)具體過(guò)程 .83.4測(cè)試數(shù)據(jù)處理，圖表及現(xiàn)象描述 .104討論.115心得與建議.126附錄（程序及注釋） .131 功能分析與設(shè)計(jì)目標(biāo)背景：在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、 測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。為了實(shí)現(xiàn)智能 化的計(jì)數(shù)測(cè)頻，實(shí)現(xiàn)一個(gè)寬領(lǐng)域、高精度的頻率計(jì) ，一種有效的方法是將單片機(jī) 用于頻率計(jì)的設(shè)計(jì)當(dāng)中

2、。用單片機(jī)來(lái)做控制電路的數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量頻率精度高， 測(cè)量頻率的范圍得到很大的提高。題目要求：用兩種方法檢測(cè)（m， T）要求顯示單位時(shí)間的脈沖數(shù)或一個(gè)脈沖的 周期。設(shè)計(jì)分析：電子計(jì)數(shù)式的測(cè)頻方法主要有以下幾種：脈沖數(shù)定時(shí)測(cè)頻法 （M 法），脈沖周 期測(cè)頻法（T 法），脈沖數(shù)倍頻測(cè)頻法（AM 法），脈沖數(shù)分頻測(cè)頻法（AT 法），脈沖 平均周期測(cè)頻法（M/T 法），多周期同步測(cè)頻法。下面是幾種方案的具體方法介紹。脈沖數(shù)定時(shí)測(cè)頻法（M 法）：此法是記錄在確定時(shí)間 Tc 內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè) 數(shù)Mx 則待測(cè)頻率為：Fx=Mx/ Tc脈沖周期測(cè)頻法（T 法）:此法是在待測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期 Tx 內(nèi)，記錄標(biāo)準(zhǔn)頻

3、 率信號(hào)變化次數(shù) Mo 這種方法測(cè)出的頻率是：Fx=Mo/Tx脈沖數(shù)倍頻測(cè)頻法（AM 法）:此法是為克服 M 法在低頻測(cè)量時(shí)精度不高的缺 陷發(fā)展起來(lái)的。通過(guò) A 倍頻，把待測(cè)信號(hào)頻率放大 A 倍，以提高測(cè)量精度。其待 測(cè)頻率為：Fx=Mx/ATo脈沖數(shù)分頻測(cè)頻法（AT 法）:此法是為了提高 T 法高頻測(cè)量時(shí)的精度形成的。 由于 T 法測(cè)量時(shí)要求待測(cè)信號(hào)的周期不能太短，所以可通過(guò) A 分頻使待測(cè)信號(hào)的 周期擴(kuò)大 A 倍，所測(cè)頻率為：Fx=AMo/Tx脈沖平均周期測(cè)頻法（M/T 法）:此法是在閘門時(shí)間 Tc 內(nèi)，同時(shí)用兩個(gè)計(jì)數(shù) 器分別記錄待測(cè)信號(hào)的脈沖數(shù)Mx和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的脈沖數(shù)Mo若標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率為

4、 Fo,則待測(cè)信號(hào)頻率為：Fx=FoMx/Mo多周期同步測(cè)頻法：是由閘門時(shí)間 Tc 與同步門控時(shí)間 Td 共同控制計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)的一種測(cè)量方法，待測(cè)信號(hào)頻率與 M/T 法相同。以上幾種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：脈沖數(shù)定時(shí)測(cè)頻法，時(shí)間 Tc 為準(zhǔn)確值，測(cè)量的精度主要取決于計(jì)數(shù) Mx 的誤 差。其特點(diǎn)在于：測(cè)量方法簡(jiǎn)單，測(cè)量精度與待測(cè)信號(hào)頻率和門控時(shí)間有關(guān)，當(dāng) 待測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，誤差較大。脈沖周期測(cè)頻法，此法的特點(diǎn)是低頻檢測(cè)時(shí)精度高，但當(dāng)高頻檢測(cè)時(shí)誤差較 大。脈沖數(shù)倍頻測(cè)頻法，其特點(diǎn)是待測(cè)信號(hào)脈沖間隔減小，間隔誤差降低；精度 比 M法高 A 倍，但控制電路較復(fù)雜。脈沖數(shù)分頻測(cè)頻法，其特點(diǎn)是高頻測(cè)量精度比

5、T 法高 A 倍，但控制電路也較 復(fù)雜。脈沖平均周期測(cè)頻法，此法在測(cè)高頻時(shí)精度較高，但在測(cè)低頻信號(hào)時(shí)精度較 低。多周期同步測(cè)頻法，此法的優(yōu)點(diǎn)是，閘門時(shí)間與被測(cè)信號(hào)同步，消除了對(duì)被 測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)產(chǎn)生的個(gè)字誤差，測(cè)量精度大大提高，且測(cè)量精度與待測(cè)信號(hào)的 頻率無(wú)關(guān)，達(dá)到了在整個(gè)測(cè)量頻段等精度測(cè)量。功能描述：由于水平有限，本次設(shè)計(jì)采用相對(duì)簡(jiǎn)單的 M 法和 T 法兩種方法測(cè)量簡(jiǎn)單方波 的頻率或脈寬（由于是輸入簡(jiǎn)單方波信號(hào)，省去了被測(cè)輸入信號(hào)通過(guò)脈沖形成電 路進(jìn)行放大與整形這個(gè)步驟）。利用 AT89C5 仲片機(jī)的 T0、T1 的定時(shí)計(jì)數(shù)器功能， 來(lái)完成對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)或脈寬計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)（計(jì)時(shí)）的頻率結(jié)

6、果通過(guò)5位八段 LED 數(shù)碼管顯示器顯示出來(lái)。設(shè)計(jì)指標(biāo):M 法由于 TO、T1 對(duì)外部脈沖信號(hào)的最高計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24，而振蕩頻率為 12MHz 得 M 法最高計(jì)數(shù)頻率為 500KHz 而本設(shè)計(jì)設(shè)定最高計(jì)數(shù)頻率即 為500KHz 誤差要求盡量小。T 法僅設(shè)定能測(cè)的外部脈寬范圍為 65536X 20us， 以使定時(shí)計(jì)數(shù)器在不產(chǎn)生 溢出中斷的情況下進(jìn)行測(cè)量。 本設(shè)計(jì)的頻率測(cè)量誤差要求盡量小，實(shí)踐證明誤差 控制在 1/100范圍內(nèi)。2 頻率計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)原理介紹圖2-1數(shù)字式頻率計(jì)原理框圖由上圖可以看出，待測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整形電路后得到一個(gè)待測(cè)信號(hào)的脈沖信 號(hào)，然后通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，可得到需

7、要的頻率值，最后送入譯碼顯示電路中顯示 出來(lái)。但是控制部分相對(duì)重要，它在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中起至關(guān)重要的作用。本設(shè)計(jì)控制電路和計(jì)數(shù)器電路以 AT89C51 為核心，譯碼顯示電路采用單片機(jī) 靜態(tài)顯示計(jì)數(shù)來(lái)顯示，采用 5 位七段 LED 數(shù)碼管顯示器。下面分節(jié)介紹各部分硬 件電路：2.1控制、計(jì)數(shù)電路單片機(jī)作為控制系統(tǒng)和計(jì)數(shù)器，是本次設(shè)計(jì)的最重要的部分，AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROFalsh Programmable and ErasableRead Only Memory )的低電壓，高性能 CMOS 位微處理器，俗稱單片 機(jī)。該器件采用ATMEL 高密

8、度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片 中，ATME 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種 靈活性高且價(jià)廉的方案。所以本次設(shè)計(jì)采用AT89C51 單片機(jī)。89C5 仲片機(jī),它提供下列標(biāo)準(zhǔn)特征：4K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，128 字節(jié)的 RAM 32 條I/O 線，2 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,，一個(gè) 5 中斷源兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串行口，片上震蕩器和時(shí)鐘電路。其引腳說(shuō)明如下：引腳說(shuō)明：VCC 電源電壓。GND 接地。P0 口： P0 口是一組 8 位漏極

9、開(kāi)路型雙向 I/O 口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè) 引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路。當(dāng)對(duì) 0 端口寫入 1 時(shí)，可以作為高阻抗輸入端 使用。當(dāng) P0 口訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線 復(fù)用的形式。在這種模式下，P0 口具有內(nèi)部上拉電阻。在 EPROMS 程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸出指令字節(jié)在程序校驗(yàn)時(shí)。 程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。P0 口： P0 口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P0 口的輸出緩沖能接受或輸出 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。當(dāng)對(duì) P0 口寫 1 時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻 拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。當(dāng)作為輸入端

10、使用時(shí)，P0 口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)低電流(IIL )。P1 口： P2 是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向的 I/O 端口。P1 口的輸出緩 沖能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。當(dāng)向 P1 口寫 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉 到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL ）P2 口在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如 MOVX DPTR時(shí)，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，P2 口使用強(qiáng)大的內(nèi)部上 拉電阻功能當(dāng)輸出 1 時(shí)。當(dāng)利用 8 位地址線訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

11、時(shí)（例 MOVX R1）, P2 口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng) EPRO 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 口同時(shí)接收高 8 位地址和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3 是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向的 I/O 端口。P3 口的輸出緩 沖能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。當(dāng)向 P3 口寫 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉 到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引 腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（IIL ）。P3 口同時(shí)具有 AT89C51 的多種特殊功能， P3.0 的第二功能是串行輸入口 RXD P3.1的第二功能是串行輸出口 TXD P3.2的第二功能是外部中斷 0,P

12、3.3 的第二功能是外部中斷 1，P3.4 的第二功能是定時(shí)器 T0, P3.5 的第二功能是定 時(shí)器 T1，P3.6 的第二功能是外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通/WR P3.7 的第二功能是外 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通/RD。M 法主要使用管腳為 P3.0、P3.1 以及 P3.5。其具體使用方法如下：P3.0 口與寄存器 74LS164 的 A，B 端口連接，串行輸出待顯示的數(shù)據(jù)。P3.1口接移位寄存器 74LS164 的 CLK（第 8 引腳），輸出同步時(shí)鐘信號(hào)。P3 . 5 口（即 T1）輸入脈沖信號(hào)。T 法主要使用管腳為 P2.0、P3.0、P3.1 以及 P3.3。其具體使用方法如下：P2.0 口

13、接開(kāi)關(guān)用于控制何時(shí)輸出顯示脈寬時(shí)間。P3.0 口與寄存器 74LS164 的 A，B 端口連接，串行輸出待顯示的數(shù)據(jù)。P3.1口接移位寄存器 74LS164 的 CLK（第 8 引腳），輸出同步時(shí)鐘信號(hào)。P3 . 5 口（即 T1）輸入脈沖信號(hào)。2.2譯碼顯示電路顯示電路采用 靜態(tài)顯示方式。頻率測(cè)量結(jié)果經(jīng)過(guò)譯碼,通過(guò) 89C51 的串行口 送出。串行口工作于模式 0 ,即同步移位寄存器方式。這時(shí)從 89C51 的 RXD（P3.0）輸出數(shù)據(jù),送至串入并出移位寄存器 74164 的數(shù)據(jù)輸入口 A 和 B ;從 TXD（P3. 1）輸出時(shí)鐘,送至 74164 的時(shí)鐘輸入口 CP 74164 將串行

14、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù), 進(jìn)行鎖存。74164 輸出的 8 位并行數(shù)據(jù)送至 8 段 L ED ,實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示。使用這種方法主程序可不必掃描顯示器，從而單片機(jī)可以進(jìn)行下一次測(cè)量。這種 方法也便于對(duì)顯示位數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。7 段 LED3頻率計(jì)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試3.1軟件設(shè)計(jì)介紹本設(shè)計(jì)過(guò)程使用到的軟件有： WAV 軟件模擬器，keil uVision2，protuse。軟件設(shè)計(jì)過(guò)程：在 keil uVision2 中輸入所編程序，保存為以.c 為后綴的文件，新建項(xiàng)目， 加入剛保存的文件，編譯，調(diào)試到程序編譯不顯示錯(cuò)誤。在option for target項(xiàng)中 output 中選中 creat hex f

15、iles，重新編譯程序，軟件生成以.hex 為后綴的文件。在 protuse 軟件中畫出所設(shè)計(jì)的電路模擬圖，加載入前面生成的以 .Hex 為 后綴的文件，運(yùn)行，觀察，調(diào)試數(shù)碼管顯示的數(shù)值，并與設(shè)置的輸入信號(hào)頻率作 比較，調(diào)試，分析誤差產(chǎn)生原因，改進(jìn)程序與電路圖。使用偉福軟件編譯所設(shè)計(jì)的 c 程序，調(diào)試到正確無(wú)誤。并最終通過(guò)硬件來(lái)驗(yàn) 證所設(shè)計(jì)的頻率計(jì)是否達(dá)到先前設(shè)定的設(shè)計(jì)指標(biāo)。圖示：E串行輸入并行輸出74LS164Keil 軟件程序設(shè)計(jì)Protuse 軟件模擬Protuse是數(shù)字電路模擬常用的工具，方便易用，如圖是工作窗口:E? L TTTLS - KE ProfZJ事=M就 工貝Ti fclf

16、ii繪勻: 幷月三硏 年:口 吒無(wú) 舌汗巧 梓朗舊）R日E閑星|箱 Eil*厲算*電魚(yú)9。|利唔=工氨#/寵希雄苗曲JKAH國(guó)國(guó)丨型+ IXJLTDEV旺汀71S1E4JEI：AlFnri芒EGGFN注：以上兩流程圖均只表示出程序設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單流程， 并且只表示出處理一次 測(cè)量的過(guò)程，多次測(cè)量重復(fù)以上步驟即可。具體細(xì)節(jié)或某些中間變量的賦值和對(duì) 程序流程的影響詳細(xì)見(jiàn)程序注釋。3.3功能實(shí)現(xiàn)具體過(guò)程M 法具體過(guò)程：TO 定時(shí) 50ms T1 對(duì)方波的計(jì)數(shù)，數(shù)值串行輸出和靜態(tài)顯示 三大部分內(nèi)容，此外還要附加延時(shí)程序以使靜態(tài)顯示數(shù)值穩(wěn)定等。具體描述如下：1TO 實(shí)現(xiàn) 50ms 定時(shí)：采用 12 MHz 的

17、晶體振蕩器的情況下，一秒的定時(shí)已超過(guò)了定時(shí)器可提供的 最大定時(shí)值。為了實(shí)現(xiàn)一秒的定時(shí)，采用定時(shí)和計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。選用定 時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 作定時(shí)器，工作于方式 1 產(chǎn)生 50 ms 的定時(shí)，定時(shí)完成所得的計(jì) 數(shù)值乘以 20 即為所測(cè)信號(hào)3.2程序框圖M 法：否頻率。2T1 計(jì)數(shù)部分：將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式寄存器 TMOD 用軟件賦初值 51H,即 01010001B 這時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 采用工作方式 1,方式選擇位 C/T 設(shè)為 1,即設(shè) T1 為 16 位計(jì)數(shù)器。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器O 采用工作方式 1, C/T 設(shè)為 0,即設(shè) TO 為 16 位定 時(shí)器。計(jì)算計(jì)數(shù)初值：設(shè)計(jì)數(shù)初值為

18、m 本設(shè)計(jì)采用 12 MHz 的晶振。機(jī)器周期=12（1/晶振頻率），得等式（216-m） 10-50 10。所以計(jì)數(shù)初值 m=15536當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T1 設(shè)定為計(jì)數(shù)方式時(shí)，其計(jì)數(shù)脈沖是來(lái)源 T1 端口的外部 事件。當(dāng)T1 端口上出現(xiàn)由 1”（高電平）到 0”（低電平）的負(fù)跳變脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器 則加 1 計(jì)數(shù)。計(jì)算機(jī)是在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 狀態(tài)時(shí)采樣 T1 端口，當(dāng)前一個(gè)機(jī) 器周期采樣為 1 且后一個(gè)機(jī)器周期采樣為 0 時(shí)，計(jì)數(shù)器加 1 計(jì)數(shù)。計(jì)算機(jī)需用兩 個(gè)機(jī)器周期來(lái)識(shí)別 1 次計(jì)數(shù)，因而最大計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的 1/24。在采用 12 MHz 晶振的情況下，單片機(jī)最大計(jì)數(shù)速度為

19、0. 5 MHz 即 500 kHz。另外，此處對(duì)外部事件計(jì)數(shù)脈沖的占空比（即脈沖的持續(xù)寬度）無(wú)特殊要求，但必 須保證所給出的高電平在其改變之前至少被采樣 1 次，即至少保持 1 個(gè)完整的機(jī) 器周期。由此可見(jiàn)，從 T1 口輸入脈沖信號(hào)，T1 可實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)。3數(shù)值串行輸出和靜態(tài)顯示此部分用到了單片機(jī)的串行輸出口 P3.0 與 P3.1.串行口控制寄存器 SCOF 設(shè)置為 0 x00,即工作方式 0同步移位寄存器輸入輸出方式。串行數(shù)據(jù)（計(jì)數(shù)值）通過(guò)RXD 俞出，而 TXD 用于輸出移位時(shí)鐘，作為 5 個(gè) 74LS164 的同步信號(hào)，74LS164 用于擴(kuò)展并行輸出口，這種方式下，收發(fā)的數(shù)

20、據(jù)為8 位，低位在前，五起始位、奇偶校驗(yàn)位及停止位，波特率固定為振蕩頻率的1/12。發(fā)送過(guò)程中，當(dāng)執(zhí)行一個(gè)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器 SBUF 勺指令時(shí)， 串行口把 SBUF 中的 8 為數(shù)據(jù)以 1/12 的 波特率從RXD（ P3.0）端輸出，發(fā)送完畢置中斷標(biāo)志 TI=1，傳送過(guò)程中將 8 位數(shù) 據(jù)由低位到高位一位一位順序通過(guò) RXD 輸出，并在 TXD 腳上輸出fosc/12 的移位 時(shí)鐘。通過(guò)編碼 09 和 error（錯(cuò)誤）的代號(hào) E（即當(dāng)超出量程顯示 E），并根據(jù)所得計(jì)數(shù) 值的各位數(shù)值，向單片機(jī)外部依次串行輸出各位的編碼， 通過(guò) 74LS164 的并行輸 出并且依靠人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象能夠在

21、5 位 7 段 LED 上同時(shí)顯示各位的數(shù)值。具 體程序編寫，詳見(jiàn)本論文附上的程序及程序注釋。T 法具體過(guò)程：由INT1輸如方波脈沖信號(hào)，T1 對(duì)方波信號(hào)的高電平部分計(jì) 時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)果串行輸出和靜態(tài)顯示三大部分， 與 M 法一樣，還要附加延時(shí)程序以 使靜態(tài)顯示數(shù)值穩(wěn)定等。具體描述如下：1由而輸如方波脈沖信號(hào)方波信號(hào)通過(guò)麗管腳輸入檢測(cè)，此處該管腳相當(dāng)于對(duì)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)軟件方式告之單片機(jī)哪段時(shí)間輸入信號(hào)為高電平，哪段時(shí)間為低電平。以便控制T1計(jì)時(shí)的開(kāi)始和停止。2T1 對(duì)方波信號(hào)的高電平部分計(jì)時(shí)通過(guò)查詢方式，當(dāng)信號(hào)輸入管腳 而 為 1（即高電平）時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，設(shè)置 TMOD 值為 0 x90，即 T1

22、 為方式 1 的 16 位定時(shí)器（也可設(shè)置為計(jì)數(shù)器，效果一樣），且 T1 受 GATE的影響：因?yàn)?GATE=1 只有麗 為高電平且由軟件使 TR1 置一時(shí)， 才能啟動(dòng)定時(shí)器工作。正因?yàn)槿绱?，測(cè)量高電平脈寬顯得精確可控。 定時(shí)器計(jì)時(shí) 結(jié)束則可將數(shù)值輸出顯示。3計(jì)時(shí)結(jié)果串行輸出和靜態(tài)顯示此部分內(nèi)容同 M 法一致，詳見(jiàn) M 法的功能實(shí)現(xiàn)描述。3.4測(cè)試數(shù)據(jù)處理，圖表及現(xiàn)象描述根據(jù)設(shè)計(jì)的程序連接好硬件電路，使用偉福硬件仿真器和實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)量。 數(shù)據(jù)處理：a.將輸入方波的頻率由小到大進(jìn)行變化，并讀出靜態(tài)顯示出的測(cè)量值與示波器顯示的測(cè)量值，比較二者的差別，分析誤差隨輸入信號(hào)頻率的變化情況及誤 差來(lái)源，提

23、出改進(jìn)方案。b.過(guò)程中要求對(duì)同一頻率的輸入方波進(jìn)行多組測(cè)量，取平均值 f 或 T（頻率或周期）。軟硬件連接圖如下：現(xiàn)象描述：M 法：示波器顯示數(shù)值與靜態(tài)顯示的數(shù)值十分吻合， 誤差相當(dāng)小，一般在 110Hz內(nèi)。本測(cè)量在低頻段的相對(duì)測(cè)量誤差較大。 增大 T 可以提高測(cè)量精度，但在低頻段仍不能滿足要求。T 法：在低頻和高頻時(shí)誤差較大，在 1KHz 到一定范圍內(nèi)誤差很小。理論上 T法在低頻段精度高。但此次設(shè)計(jì)中反映的現(xiàn)象卻相反。初步分析為計(jì)時(shí)程序誤差 太大，不夠合理。 一個(gè)是采用的是查詢方式， 不易控制計(jì)時(shí)器何時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)和結(jié) 束， 另外 P2.0的按鍵延時(shí)等，誤差較大。總體而言的誤差分析：(1)單片機(jī)

24、計(jì)數(shù)速率的限制引起誤差。被測(cè)信號(hào)頻率越高，測(cè)量誤差越大，且所 測(cè)信號(hào)頻率不能超過(guò) 480 kHz。 這是因?yàn)椴捎玫氖?12 MHz 的晶振， 單片機(jī)最大 計(jì)數(shù)速度為 500kHz，所以當(dāng)被測(cè)信號(hào)越接近 500 kHz 時(shí)，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際頻率 的誤差就越大。而當(dāng)被測(cè)信號(hào)大于 500 kHz 時(shí)，頻率計(jì)將測(cè)不出信號(hào)頻率。(2)原理上存在誤差。由于該設(shè)計(jì)是在計(jì)數(shù)門限時(shí)間一秒內(nèi)的頻率信號(hào)脈沖 數(shù)，所以定時(shí)開(kāi)始時(shí)的第一個(gè)脈沖和定時(shí)時(shí)間到時(shí)的最后一個(gè)脈沖信號(hào)是否被記 錄，存在隨機(jī)性。這種誤差對(duì)測(cè)量頻率低的信號(hào)影響較大。由于 D 觸發(fā)器必須在信號(hào)的上升沿才翻轉(zhuǎn)，故 T0 對(duì)信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)不存在%誤差，而 T1

25、 計(jì)時(shí)為信號(hào)11信號(hào)周期的整數(shù)倍，則存在對(duì)T1 計(jì)數(shù)的 %誤差，故測(cè)量精度與被測(cè)頻率無(wú)關(guān)但若取計(jì)時(shí)時(shí)間大于 0.1S（實(shí)際最小時(shí)間約為 0.5S），誤差則小于 0.001%; 若對(duì)低頻信號(hào) f 測(cè)量，則計(jì)時(shí)時(shí)間遠(yuǎn)大于 0.1S，故誤差極小但是在高頻端分 頻時(shí)，由于軟件中斷、 延時(shí)等原因， 會(huì)導(dǎo)致脈寬的測(cè)量誤差增大， 而頻率測(cè)量誤 差較小 （保持在 0.01 %） .誤差改進(jìn)措施：a.選用頻率較高和穩(wěn)定性好的晶振。 如選 24 kHz 的晶振可使測(cè)量范圍擴(kuò)大, 穩(wěn)定性好的晶振可以減小誤差。b.測(cè)量頻率較高的信號(hào)時(shí)，可先對(duì)信號(hào)進(jìn)行分頻，再進(jìn)行測(cè)量。c.改進(jìn) T 法計(jì)時(shí)程序，從根本上減小誤差。4討論

26、本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了用兩種方法對(duì)外部未知頻率的方波信號(hào)的測(cè)量。M 法測(cè)量的設(shè)計(jì)達(dá)到了高范圍（500KHz 在 LED 管位數(shù)足夠的情況下，改進(jìn)程序的顯示程序部分 即可）與高精度（110hz 一般情況下）;T 法設(shè)計(jì)由于部分程序的缺陷并未能實(shí) 現(xiàn)很好的測(cè)量頻率的效果，僅能測(cè)量一定范圍的頻率。未達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的原因詳 見(jiàn)誤差分析部分。此次設(shè)計(jì)還有很大不足，尤其是在信號(hào)的對(duì)象選擇上，信號(hào)要求是方波信號(hào)。未 能對(duì)任意未知波形信號(hào)進(jìn)行分析測(cè)量。 在今后的時(shí)間里，我們小組會(huì)繼續(xù)探索單 片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，加上信號(hào)預(yù)處理電路，改進(jìn)信號(hào)頻率的測(cè)量方法， 提高信號(hào)顯示的精度，拓展本次設(shè)計(jì)未能實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)頻率計(jì)應(yīng)當(dāng)具

27、備的要求，如 可選量程，科學(xué)計(jì)數(shù)顯示等等。5心得與建議通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我們小組的成員都受到了極大的鍛煉，對(duì)團(tuán)隊(duì)合作的重要性 有了深刻認(rèn)識(shí)，雖然我們面對(duì)的是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的課題，但由于初次進(jìn)行基于單 片機(jī)的課題設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們遇到了一些困難，也經(jīng)歷了一次又一 次的困惑，最初我們嘗試著完美化我們的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更多的功能和提高可操縱 性，卻沒(méi)有從最基本的內(nèi)容一步步做起， 沒(méi)有將核心部分放在首位。正如老師講 的，正確的順序是先把核心部分做好， 就像蓋房子一樣，先打地基一一定時(shí)計(jì)數(shù) 是我們這次設(shè)計(jì)的核心，然后再一步一步擴(kuò)展，完善功能，向上蓋房子。生活實(shí) 際中確實(shí)如此，做任何事，沒(méi)有打好基礎(chǔ)，最終

28、就不能有很好的發(fā)展。學(xué)習(xí)也是 如此，對(duì)于工科的我們數(shù)學(xué)、物理等就是我們的基礎(chǔ)，往往發(fā)展的瓶頸就在基礎(chǔ) 部分。今后，我們小組的成員會(huì)吸收此次設(shè)計(jì)實(shí)踐收獲的寶貴經(jīng)驗(yàn)， 更加努力地， 更加堅(jiān)定地在電子科技上一步一步腳踏實(shí)地地學(xué)習(xí)進(jìn)步。126附錄M法#in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intuint nu ml, nu mh,f;code uchar k11=0 xfc,0 x60,0 xda,0 xf2,0 x66,0 xb6,0 xbe,0 xe0,0 xfe,0 xf6,0 x02,0 x9e;void

29、init() /初始化函數(shù)SCON=0 x00;/串行同步移位輸出TMOD=0 x51;/T1計(jì)數(shù)，T0定時(shí)ET0=1;/T0中斷允許TH0=(15535)/256;TL0=(15535)%256; /T0定時(shí)50ms的初值TH仁0;TL1=0;IT0=1;/T1計(jì)數(shù)的初值TR0=1;TR1=1;/開(kāi)始計(jì)數(shù)、定時(shí)EA=1;void delay( uint z)ui nt x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); /void sen d(uchar b) / SBUF=b;while(!TI); /TI=0;串行輸出顯示函數(shù)部分發(fā)送結(jié)束標(biāo)志void display

30、( uint x) /if(x99999)串行輸出顯示函數(shù)部分二13延時(shí)函數(shù),delay(200);大約延時(shí)200ms.se nd(OxOO);/OxOO表示該位不顯示字符se nd(OxOO);se nd(OxOO);se nd(OxOO);send(k11);程序最大測(cè)量頻率定為100k,大于此范圍則顯示“E,指示else if(x9999)sen d(kx/10000);se nd(kx%10000/1000);sen d(kx%10000%1000/100);se nd(kx%10000%1000%100/10);se nd(kx%10000%1000%100%10);else if(

31、x999)se nd(0 x00);sen d(kx/1000);se nd(kx%1000/100);se nd(kx%1000%100/10);se nd(kx%1000%100%10);else if(x99)se nd(0 x00);se nd(0 x00);se nd(kx/100);se nd(kx%100/10);sen d(kx%100%10);else if(x9)se nd(0 x00);se nd(0 x00);se nd(0 x00);sen d(kx/10);se nd(kx%10);elsese nd(0 x00);se nd(0 x00);14error。se n

32、d(OxOO);se nd(OxOO);se nd(kx%10);void timer_O() interrupt 1 /定時(shí)器TO中斷TH0=(15535)/256;TL0=(15535)%256;TR1=0;TR0=0;nu mh=TH1;num l=TL1;TH仁0;TL1=0;/恢復(fù)初始值待下一輪測(cè)量，并將結(jié)果賦值f=(nu mh8)+nu ml;f=f*20;/20表示中斷20次達(dá)到1s得到的頻率值display(f);delay(200);TR0=1;TR1=1;void mai n()in it(); /初始化while(1);/原地踏步，等待T0溢出中斷15T法#in clud

33、e #defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intsbit I=P3A3;sbit d=P2A0；uint nu ml, nu mh,f, num=O;code uchar k11=0 xfc,0 x60,0 xda,0 xf2,0 x66,0 xb6,0 xbe,0 xe0,0 xfe,0 xf6,0 x9e;void init() /初始化函數(shù)SCON=OxOO;串行同步移位輸出TMOD=0 x90;/T1設(shè)置為定時(shí)，16位TH1=0;TL1=0;定時(shí)初值TR1=0;/起始時(shí)定為關(guān)定時(shí)void delay(uint z)/延時(shí)函數(shù)，delay(200);大約延時(shí)200ms.ui nt x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);v