單片機(jī)頻率計(jì)數(shù)器課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題 目： 基于單片機(jī)的頻率計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 環(huán)境與化學(xué)工程 系：過程裝備與測(cè)控工程 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 起訖日期： 指導(dǎo)教師： 摘要數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)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(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字，顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。本課程設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的頻率計(jì)，來實(shí)現(xiàn)信號(hào)在0-9999HZ范圍內(nèi)周期變化的方波頻率的測(cè)定。該文主要介紹了基于STC89C52 單片機(jī)頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成，其中

2、重點(diǎn)給出了具體硬件電路圖和軟件流程圖以及具體工作原理。硬件部分通過洞洞板的布線設(shè)計(jì)幫助，可以確保焊接時(shí)盡量少的飛線和出錯(cuò)。軟件通過keil µ vision編譯及調(diào)試，其中在P1.7口編入了一個(gè)5500HZ的方波，用以仿真調(diào)試該頻率計(jì)的軟硬件功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)輸出頻率的功能。另外，本設(shè)計(jì)多增加了一個(gè)按鍵功能，通過一個(gè)按鍵來控制定時(shí)計(jì)數(shù)器的開始和關(guān)閉。該頻率計(jì)還帶有3*3的矩陣鍵盤，可以作為擴(kuò)展應(yīng)用區(qū)，通過編程實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)中用的是LED共陰數(shù)碼管，輸出頻率時(shí)采用的事動(dòng)態(tài)顯示的方法。關(guān)鍵詞：頻率計(jì)；單片機(jī)；動(dòng)態(tài)顯示目錄一、頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求11.1 頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)任務(wù)11.2 設(shè)

3、計(jì)要求及發(fā)揮部分1二、方案的總體設(shè)計(jì)12.1 方案的設(shè)計(jì)12.2 方案的整體框圖22.3 方案的說明2三、 硬件設(shè)計(jì)23.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)23.1.1 上電復(fù)位電路23.1.2 晶振電路33.2 LED數(shù)碼管顯示電路33.3 整體電路4四、 軟件設(shè)計(jì)54.1 程序流程圖54.2 初始化子函數(shù)54.3 延時(shí)子函數(shù)54.4 中斷子函數(shù)5五、 系統(tǒng)的調(diào)試和說明65.1 C程序的說明65.2 C程序編譯的結(jié)果65.3 實(shí)物圖7六、 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì)86.1設(shè)計(jì)總結(jié)86.2 設(shè)計(jì)心得9七、 參考文獻(xiàn)9附錄1012一、頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1 頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)任務(wù)本課程設(shè)計(jì)任務(wù)主要是基于單片

4、機(jī)系統(tǒng)，通過軟件、硬件的調(diào)試，完成一個(gè)具有計(jì)數(shù)功能的頻率計(jì)數(shù)器。1.2 設(shè)計(jì)要求及發(fā)揮部分1.設(shè)計(jì)要求主要有：l 設(shè)計(jì)的方案合理、正確；l 完成系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)及正確焊接；l 完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試； 2.發(fā)揮部分：本課程設(shè)計(jì)的發(fā)揮部分較小，只再增加了一個(gè)按鍵來控制定時(shí)器，計(jì)數(shù)器的開始。 二、方案的總體設(shè)計(jì)2.1 方案的設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)的基于ATMEL公司STC89C52單片機(jī)的頻率計(jì)數(shù)器，是利用該52單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器來完成待測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部具有2個(gè)16位的定定時(shí)計(jì)數(shù)器T0與T1，可以通過編程來實(shí)現(xiàn)所需要的功能。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0與T1的核心都是16位的加1計(jì)數(shù)器

5、，TH0與TL0構(gòu)成 在構(gòu)成定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0加1計(jì)數(shù)器的高8位和低8位；TH1與TL1構(gòu)成在構(gòu)成定/計(jì)數(shù)器T1加1計(jì)數(shù)器的高8位和低8位。加1計(jì)數(shù)器的初值可以通過程序設(shè)定，這樣就可以獲得不同的計(jì)數(shù)器初值或定時(shí)時(shí)間。加1計(jì)數(shù)器用作定時(shí)器時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期加1，這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來測(cè)量時(shí)間間隔。定時(shí)/計(jì)數(shù)器用作計(jì)數(shù)器時(shí)，在相應(yīng)的外部方波從1到0的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1，這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由響應(yīng)的運(yùn)行控制位TR控制，當(dāng)TR置1時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),當(dāng)TR置零時(shí)停止計(jì)數(shù)。 在本設(shè)計(jì)方案中，我在程序中設(shè)定T0工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，T1工作在計(jì)時(shí)狀態(tài)下。T0計(jì)

6、數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，由于信號(hào)的頻率就是每秒鐘信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，于是我讓T1工作在定時(shí)狀態(tài)下，定時(shí)時(shí)間為1秒。每定1秒鐘到，就停止T0的計(jì)數(shù)，然后從T0的計(jì)數(shù)單元中讀取計(jì)數(shù)的數(shù)值，即完成了信號(hào)的頻率測(cè)量。最后通過四位數(shù)碼顯示出頻率值。由于要盡可能的使用最少的元件，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，我將P1.7口與P3.4口（即T0）用導(dǎo)線連接，在設(shè)定程序時(shí)，利用T1定時(shí)的同時(shí)在P1.7口輸出一個(gè)設(shè)定好的方波，以便直觀的檢測(cè)頻率計(jì)數(shù)器的軟件、硬件是否達(dá)到設(shè)計(jì)的基本功能。2.2 方案的整體框圖 STC89C52單片機(jī)按鍵電路LED數(shù)碼管顯示電路上電復(fù)位電路晶振電路電源電路圖1 系統(tǒng)總體框圖2.3 方案的說明

7、本課程設(shè)計(jì)采用內(nèi)部給定的方波來實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)數(shù)的功能，缺陷在于只能測(cè)得一個(gè)方波的頻率，但是這個(gè)方波的輸入意在便于檢測(cè)設(shè)計(jì)的軟、硬件的功能是否實(shí)現(xiàn)，若功能可以實(shí)現(xiàn)，則可用于測(cè)量外部輸入的0-10000HZ之間的任意頻率值。3、 硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)3.1.1 上電復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。其作用是使CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。而復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式，但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)經(jīng)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路采用上電復(fù)位加按鍵手動(dòng)復(fù)位，其電路如下圖所示：圖2 上電

8、復(fù)位電路3.1.2 晶振電路單片機(jī)工作是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下一拍一拍地進(jìn)行的，這個(gè)脈沖是單片機(jī)控制器中的時(shí)序電路發(fā)出的。單片機(jī)的時(shí)序就是 CPU 在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序。為了保證各部件的同步工作，單內(nèi)部電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)下嚴(yán)格按時(shí)序進(jìn)行工作。其電路原理圖如下：圖3 晶振電路3.2 LED數(shù)碼管顯示電路顯示器是微機(jī)重要的輸出設(shè)備。顯示器有顯示監(jiān)控結(jié)果、提供用戶操作界面等功能。在本次設(shè)計(jì)中采用了 LED 顯示器，即數(shù)碼管。數(shù)碼管的每一個(gè)數(shù)碼段是一只發(fā)光二極管。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或者一個(gè)筆畫發(fā)光，控制發(fā)光二極管發(fā)光組合，可以顯示出所需字符。我采用了共陰極結(jié)構(gòu)。在定義其

9、顯示字形的碼段時(shí)，通過 I/O 口送出七段碼 其段碼表如下：表1 共陰數(shù)碼管段選碼顯示字形0123456789共陰段選碼3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH數(shù)碼管的電路圖如下： 圖4數(shù)碼管接線電路3.3 整體電路 圖5 整體原理圖4、 軟件設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)包含了主函數(shù)、初始化子函數(shù)、中斷子函數(shù)、按鍵掃描子函數(shù)和延時(shí)子函數(shù)等多個(gè)函數(shù)。開始4.1 程序流程圖初始化中斷程序頻率輸出圖6 主流程圖4.2 初始化子函數(shù)初始化子函數(shù)主要是：1.對(duì)T0、T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化；2.對(duì)單片機(jī)各管腳及按鍵賦初值，以便主程序的執(zhí)行。4.3 延時(shí)子函數(shù)主要用于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的子程序中。vo

10、id delay(uchar z)uchar x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=113;y>0;y-);4.4 中斷子函數(shù)流程圖如下：圖7 中斷程序流程圖5、 系統(tǒng)的調(diào)試和說明5.1 C程序的說明C 語言是一種通用的程序設(shè)計(jì)語言，其代碼率高，數(shù)據(jù)類型及運(yùn)算符豐富，位操作能力強(qiáng)，適用于各種應(yīng)用的程序設(shè)計(jì)。使用 C 語言進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，具有編程靈活、調(diào)試方便、目標(biāo)代碼編譯效率高的特點(diǎn)。C 語言也是目前使用最廣的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)編程語言。由 C 語言編程的單片機(jī)應(yīng)用程序，稱為單片機(jī) C 語言程序。MCS-51 系列單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的編譯軟件可以對(duì) 51 單片機(jī) C 語

11、言源程序進(jìn)行編譯，稱為 C51 編譯器。在 C51 編譯軟件中可進(jìn)行 51 單片機(jī)C 語言程序的調(diào)試。5.2 C程序編譯的結(jié)果在keil µ vision上編譯的結(jié)果：圖8 程序調(diào)試圖5.3 實(shí)物圖 圖9 正面實(shí)物圖 圖10 反面實(shí)物圖6、 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì)6.1設(shè)計(jì)總結(jié)為期一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的主要目的是讓我們提高動(dòng)手能力和綜合運(yùn)用能力。經(jīng)過這一周的設(shè)計(jì)，我更加深刻的體會(huì)到“萬事開頭難”這話的含義了。這次單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)，我選的課題是頻率計(jì)數(shù)器。這個(gè)看似很簡(jiǎn)單的課題，要實(shí)現(xiàn)起來卻是困難重重。首先是硬件的設(shè)計(jì)，通過在loch master上布線設(shè)計(jì)硬件

12、的連接方式，這一步還是比較輕松，主要是布的線要盡可能的不交叉。之后就開始對(duì)著圖焊板子，開始把元器件焊上去還是比較簡(jiǎn)單好看的?？墒蔷o接著進(jìn)入焊線階段就難住我了，線拉不直，焊在板子上就很丑；另一方面，在焊的過程中就會(huì)發(fā)現(xiàn)有那么幾根線是按照布線圖來焊是實(shí)現(xiàn)不了的，于是，中途又會(huì)重新改布線圖。硬件部分我花了一天的時(shí)間，反反復(fù)復(fù)的修改，焊接，終于初步完成了。板子焊好后就進(jìn)入硬件調(diào)試階段，硬件調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)了線路的一些錯(cuò)誤接法和元器件位置的錯(cuò)接等等，這樣有花了半天時(shí)間調(diào)試修改，硬件就基本上算是完成了。接著馬上又進(jìn)入了編寫軟件及調(diào)試過程，這是讓我最頭疼的一部分。我自己邊看視頻邊按著流程圖慢慢的編寫了一個(gè)，可是

13、輸入硬件后不出意外的，無法實(shí)現(xiàn)其功能。于是就進(jìn)入軟件的調(diào)試階段，這個(gè)過程持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間，最后是通過同學(xué)的幫助才能調(diào)試成功，實(shí)現(xiàn)它能實(shí)現(xiàn)的功能，當(dāng)然還是有些微小誤差的?？偟膩碚f，這一個(gè)星期里學(xué)到了很多的東西，更覺得自己需要不斷的提高自己。6.2 設(shè)計(jì)心得通過一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，真的是感觸頗多。這一個(gè)星期以來我們每天早上9點(diǎn)就到教室一直待到晚上9點(diǎn)才回去，每天和大家在一起焊板子，一起討論問題，一起互相幫助的畫面還歷歷在目。這其中有歡聲笑語，也有苦有累。在評(píng)優(yōu)答辯的時(shí)候，看到了很多很多優(yōu)秀的課程設(shè)計(jì)，讓我一邊敬佩，又一邊自慚形穢。每個(gè)優(yōu)秀的人都有著不同常人的努力，而我還不夠努力，所學(xué)的東西也很有限

14、。很多優(yōu)秀的課程設(shè)計(jì)都是通過他們自己在課余時(shí)間自學(xué)而成的。相比之下，我需要更加努力的去學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，不斷的填充自己。7、 參考文獻(xiàn)【1】張友德，單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)踐（第四版），復(fù)旦大學(xué)出版社，2000【2】李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第三版). 北京航空航天大學(xué)出版社.2005.【3】丁明亮、唐前輝. 51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真-基于Keil C與Proteus. 北京航空航天大學(xué)出版社,2009.【4】楊長(zhǎng)興、劉衛(wèi)國(guó).C+程序設(shè)計(jì).中國(guó)鐵道出版社.2010.附錄1、 源程序#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define u

15、char unsigned charuchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;sbit D1=P10;sbit D2=P11;sbit D3=P12;sbit D4=P13;sbit D5=P17;sbit A1=P24;sbit A2=P25;uint m,i,t;uint A0,B0,C0,D0;void display(uint A0,uint B0,uint C0,uint D0);void init();void delay(uchar z);void main()init();A1=0; A

16、2=1;while(1) if(A2=0) A2=0; TR0=1; TR1=1; if(i<1000) A0=m/1000;B0=m%1000/100;C0=m%100/10;D0=m%10;display(A0,B0,C0,D0);if(i=1000) while(1)display(A0,B0,C0,D0);void init() i=0;m=0;t=0; D5=1;TMOD=0x16;TH1=(65536-20)/256;TL1=(65536-20)%256;EA=1;ET1=1;ET0=1;TH0=0xff;TL0=0xff;TR0=0; TR1=0;void delay(uchar z)uchar x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=113;y>0;y-);void timer0() interrupt 1 TR0=0;TH0=0xff;TL0=0xff;m=m+1;void timer1() interrupt 3TR1=0;TH1=(65536-20)/256;TL1=(65536-20)%256;i+;t+; if(t=15)D5=D5;t=0; TR1=1;void display(uint