簡易數(shù)字頻率計實驗報告

1、簡易數(shù)字頻率計設(shè)計報告設(shè)計人員：王方偉，熊偉，田欣欣目錄摘 要 一總體方案二電路分析與設(shè)計可調(diào)頻率波形發(fā)生器整形電路二分頻電路單片機計數(shù)部分5液晶顯示部分三系統(tǒng)測試調(diào)試儀器測試結(jié)果分析3誤差分析四總結(jié)參考資料附錄摘要數(shù)字頻率計用于測量正弦信號、矩形信號等波形的頻率，其概念 是單位時間里的脈沖個數(shù)。 本設(shè)計采用 89C52單片機為設(shè)計核心， 將其分為波形產(chǎn)生部分，整形部分，單片機計數(shù)部分，顯示部分。波形 產(chǎn)生電路得到正弦波、 三角波或矩形波； 計數(shù)部分由 89C52單片機實現(xiàn)；顯示部分用液晶屏（LCD1602）。關(guān)鍵詞： AT89C52,分頻計，頻率計，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一總體方案總體設(shè)計思路：波形發(fā)生電路采用ICL8038 集成函數(shù)發(fā)生器，在經(jīng)過74LS00 整形電路整形， 形成方波信號，再通過 74LS74 二分頻電路， 最后送到單片機T1 計數(shù)并用LCD1602 顯示頻率。總體原理框圖：可調(diào)頻率波形產(chǎn)生電路 整形 計數(shù) 顯示二電路分析與設(shè)計可調(diào)頻率波形發(fā)生器1、工作原理簡介ICL8038 是單片集成函數(shù)發(fā)

4、生器，其內(nèi)部原理電路框圖和外部引腳排列分別如圖1 和圖2 所示。在圖1 中，ICL8038 由恒流源I1、I2，電壓比較器C1、C2 和觸發(fā)器等組成。電壓比較器 C1、C2 的門限電壓分別為2V R/3 和 V R/(V R=V CC+V EE)，電流源 I 1 和 I2 的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，且I2 必須大于I1。當觸發(fā)器的Q 端輸出為低電平時，它控制開關(guān)S 使電流源 I2 斷開。而電流源I1 則向外接電容C 充電，使電容兩端電壓V C 隨時間線性上升，當V C 上升到 V C=2V R/3 時，比較器C1 輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q 由低電平變?yōu)楦唠娖剑?控制開關(guān) S 使電流源I2

5、 接通。由于I2I 1，因此電容C 放電， vc 隨時間線性下降。當vc 下 降到 vc V R/3 時，比較器C2 輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q 又由高電平變?yōu)榈碗娖?，I2 再次斷開， I1 再次向 C 充電， vc 又隨時間線性上升。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，若I 2=2I 1，vc 上升時間與下降時間相等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3。而觸發(fā)器輸出的方波經(jīng)緩沖器輸出到腳 9。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2 輸出。當 I1I 22I 1 時， vc 的上升時間與下降時間不相等，管腳3 輸出鋸齒波。因此，8038 能輸出方波、三角波、正弦波和鋸齒波等四種不同的波形。圖 1ICL8038 內(nèi)

6、部原理電路框圖圖 2ICL8038 管腳圖2、ICL8038 的典型應(yīng)用由圖 2 可見，管腳8 為調(diào)頻電壓控制輸入端，管腳 7 輸出調(diào)頻偏置電壓，其值（指管腳6 與 7 之間的電壓）是(V CC+V EE)/5，它可作為管腳8 的輸入電壓。此外，該器件的方波輸出端為集電極開路形式，一般需在正電源與9 腳之間外接一電阻，其值常選用10k 左右，如圖 3 所示。當電位器RV1 動端在中間位置，并且圖中管腳7 接+4V 時，管腳 9、3 和 2 的輸出分別為方波。三角波和正弦波。電路的振蕩頻率? 約為 0.3/(R1+0.5RV1)C 。調(diào)節(jié) RV2 RV3 可使正弦波的失真達到較理想的程度。RV1

7、 為調(diào)頻電位器。RV4 調(diào)節(jié)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-圖 3函數(shù)發(fā)生器電路圖可通過改變10 號管腳的電容值來改變頻率，C2

8、 從 50uf-250pf 每降低 10 倍頻率增加10倍，再通過RV1 來實現(xiàn)對頻率的微調(diào)。整形電路整形電路部分通過74LS00 中的與非門按照圖4 連接，管腳1 為輸入信號，管腳6為輸出信號。U4:A1U4:B3426574LS0074LS00D1DIODEU4:C108974LS00圖 4整形電路3.二分頻電路74LS74 為帶預(yù)置和清除端的兩組D 型觸發(fā)器，圖 574LS74 管腳圖圖 6功能表1U2:A6QRCLK35QSD2474LS74圖 7二分頻計4.單片機計數(shù)部分AT89C52芯片介紹：AT89C52是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓 , 高性能 CMOS 8位單片機 , 片

9、內(nèi)含 4 kB 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(EPROM)和128 B的隨機數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) , 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn) , 兼容標準 MCS-51指令系統(tǒng) , 內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和FLASH存儲單元單片機的 40 個引腳大致可分為4 類：電源、時鐘、控制和I/O 引腳。電源: VCC -芯片電源，接 +5V；VSS - 接地端；時鐘: XTAL1 、XTAL2 -晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端?？刂凭€:控制線共有 4 根， ALE/PROG地:址鎖存允許 / 片內(nèi) EPROM編程脈沖 ALE 功能：用來鎖存P0 口送出的低 8 位地址

10、PROG功能：片內(nèi)有 EPROM的芯片，在 EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN:外 ROM讀選通信號。 RST/VPD:復(fù)位/ 備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 VPD功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。 EA/Vpp: 內(nèi)外 ROM選擇/ 片內(nèi) EPROM編程電源。 EA 功能：內(nèi)外 ROM選擇端。 Vpp 功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在 EPROM編程期間，施加編程電源 Vpp。I/O 線: 80C51 共有 4 個 8 位并行 I/O 端口： P0、P1、P2、P3 口，共 32 個引腳。P3 口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號

11、（屬控制總線）。RST/VPD: 復(fù)位/ 備用電源。 RST（ Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 VPD功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。EA/Vpp:內(nèi)外 ROM選擇/ 片內(nèi) EPROM編程電源。 EA 功能：內(nèi)外 ROM選擇端。 Vpp 功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在 EPROM編程期間，施加編程電源 Vpp。圖8單片機管腳圖單片機應(yīng)用管腳應(yīng)用：p0口作為 lcd1602 的數(shù)據(jù)口lcd的rs 由單片機的 p2.0 控制lcd的rw由單片機的 p2.1 控制lcd的en由單片機的 p2.2 控制利用單片機的 T0口定時模式利用單片機的 T1口為計數(shù)模式由外部電路與單片組成的復(fù)位

12、電路利用外部晶振 12MHZ為單片機提供時鐘頻率軟件設(shè)計：開始單片機初始化Lcd1602 初始化設(shè)置開 T0 定時和 T1 計數(shù)二進制轉(zhuǎn)換為BCD 壓縮碼提出各位位上的數(shù)字LCD 顯示結(jié)束程序流程圖：（程序見附錄）液晶顯示部分LCD1602液晶屏介紹：工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02 即 32 個字符。（ 16 列 2 行）注：為了表示的方便，后文皆以1 表示高電平，0 表示低電平。1602 液晶也叫1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之

13、間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2, 即可以顯示兩行，每行16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。管腳功能：1602 采用標準的16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS為電源地第 2 腳： VDD接 5V 電源正極第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度）。第 4 腳： RS為寄存器選擇，高電平1 時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0 時選擇指令寄存器。第 5 腳篟 W為讀寫信號線，高電平(1) 時進行讀操作

14、，低電平(0) 時進行寫操作。第 6 腳： E( 或 EN)端為使能 (enable)端。第 7 14 腳： D0 D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。第 15 16 腳：空腳或背燈電源。15 腳背光正極，16 腳背光負極。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圖 9單片機部分電路三系統(tǒng)測試調(diào)試儀器示波器，電源，函數(shù)信號發(fā)生器測試結(jié)果分析3誤差分析當頻率越高時， 誤差越大。 可能是由于51 單片機本身計數(shù)的限制和其他噪聲信號對高頻信號的干擾引起的。而對于低頻信號，誤差相對很小。誤差主要來源于元器件本身的誤差。四總結(jié)該數(shù)字頻率計經(jīng)過實際檢驗說明：具有精度高、使用方便、顯示直觀、硬件 電路簡單等特點。在本次設(shè)計中遇到了許多的困難仿真與實物無法有機的結(jié) 合，程序顯示無法達到要求這些困難都基本克服，但波形產(chǎn)生電路中還有缺陷高

17、頻信號會有失真， 但對設(shè)計總體影響不大。 經(jīng)過這次設(shè)計有效地提高了我們實踐動手能力，對我們今后的學習和生活有很大的積極影響。參考資料康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）第五版高等教育出版社康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第五版高等教育出版社汪文 陳林 單片機原理及應(yīng)用華中科技大學出版社李強 51 系列單片機編程技術(shù)北京航空航天大學出版社附錄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端口置輸入狀態(tài)RET;T1(TIMER1的外部輸入腳）;-;LCD初始化設(shè)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第一行顯示信息INFO2: DB FRE:,0;LCD第二行顯示信息;-;LCD接口初始化;8位 I/O控制;- INIT_LCD:MOV A,#38H; 雙列顯示，字形5*7點陣CALL WCOM CALL DELAY1MOV A,#0EH; 開顯示，關(guān)光標，CALL WCOM CALL DELAY1MOV A,#01H;清除 LCD顯示屏CALL WCOM CALL DELAY1 MOV A,#06H CALL WCOM CALL DELAY1 RET;-LCD_SHOW:;在 LCD的第一行或第二行顯示信息字符CJNE A,#1,LINE2;判斷是否

20、為第一行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;-; 寫入命令子程序;- WCOM:MOV P0,ACLR LCD_RS CLR LCD_RW SETB LCD_EN CALL DELAY0 CLR LCD_EN RET;-; 寫入數(shù)據(jù)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計數(shù),T0定時 */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為高 8 位， r0為低 8位TEND:RETT0_INT:;中斷DJNZ R7,T0_END CLR TR1CLR TR0 JMP TIAOT0_END: ;50ms執(zhí)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;調(diào)用子程序把R0 R1 R2 中的數(shù)字，轉(zhuǎn)換成BCD碼，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