計算機硬件及網(wǎng)絡(luò)畢業(yè)設(shè)計基于單片機的數(shù)字頻率計設(shè)計

編號：畢業(yè)設(shè)計說明書題目：基于單片機的數(shù)字頻率計設(shè)計院〔系〕：電子工程與自動化學院專業(yè)：自動化學生姓名：學號：指導(dǎo)老師：職稱：教授、、題目類型：理論研究實驗研究工程設(shè)計工程技術(shù)研究軟件開發(fā)、、2021年5月10日摘要在電子技術(shù)中，頻率是最根本的參數(shù)之一，同時也是一個非常重要的參數(shù)，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有非常親密的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研消費領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。頻率測量是電子學測量中最為根本的測量之一。本文中詳細介紹了頻率計的仿真及設(shè)計過程。本文設(shè)計了一種以單片機STC89C52為核心的數(shù)字頻率計。介紹了單片機、放大整形模塊、分頻模塊和LCD1602顯示模塊等各個模塊的組成和工作原理。測量時，將被測輸入信號送給單片機，通過程序控制計數(shù)，結(jié)果送LCD1602顯示頻率值。本次設(shè)計是以單片機STC89C52為控制核心，利用它內(nèi)部的定時/計數(shù)器完成待測信號頻率的測量。應(yīng)用單片機的控制功能和數(shù)學運算才能，實現(xiàn)計數(shù)功能和頻率的換算，最后顯示測量的頻率值。本次設(shè)計所制作的頻率計外圍電路簡單，大局部功能都通過軟件編程實現(xiàn)，利用單片機控制實現(xiàn)頻率計的自動換擋功能；用單片機中斷控制端口實現(xiàn)頻率的測量功能；通過分頻電路實現(xiàn)對頻率檔位的控制。本次設(shè)計的頻率計具有測量準確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點。實現(xiàn)了1Hz~4MHz范圍的頻率測量，而且可以實現(xiàn)量程自動切換。關(guān)鍵詞：頻率計；單片機；計數(shù)器；測量AbstractFrequencymeasurementisthemostbasicmeasurementinelectronicfield,whilealsoaveryimportantparameter,andwithanumberofthemeasurementresultsofelectricalparametershaveaverycloserelationship,so,themeasurementoffrequencyhasbecomemoreimportant.Thedigitalfrequencymeterisanindispensableofmeasuringinstrumentsinthefieldofscientificresearchandproductionofcomputers,communicationsequipment,audioandvideo.Itisadecimalnumbertodisplaythesignal'sfrequencymeasuringinstruments.Thefrequencymeasurementisoneofthemostbasicmeasurementelectronicsmeasurements.Frequencyofsimulationanddesignprocessisdescribedindetailinthisarticle.ThispaperintroducesamicrocontrollerSTC89C52asthecoredesignofdigitalfrequencymeter.Introducedofthecompositionandworkingprincipleofmicrocontroller,amplifyingandshapingmodule,frequencydivisionmoduleandLCD1602displaymoduleandothermodules.ThedesignisbasedonSTC89C52microcontrollerforthecontrolofthecore,usingitsinternaltimerandcountertocompletethetestsignalfrequencymeasurement.Applicationcontrolfeaturesofthemicrocontrollerandtheoperationalabilityofthecountingfunctionandfrequencyconversion,andfinallyusedisplaysthemeasuredfrequencyvalue.Thedesignfrequencymeterproducedperipheralcircuitsissimple,mostofthefunctionsarecontrolledviasoftwareprogramming,applicationcontrolfeaturesofthemicrocontrollertoachievethefrequencyofautomaticshiftfunction;frequencymeasurementfunctionsthemicrocontrollerinterruptcontrolport;controlofthefrequencyofstallsbythedividercircuit.Thedesignofthefrequencymeterishighaccuracy,fastresponse,smallsize,etc.Achieve100Hzto4MHzfrequencymeasurements,andcanautomaticallyswitchtheflowtoachievescale.Keywords：Frequencymeter;microcontroller;counter;measurement目錄TOC\o"1-4"\h\z\u2200引言 〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕RST〔9引腳〕：復(fù)位輸入引腳。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊存放器AUXR〔地址8EH〕上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/〔30引腳〕：地址鎖存控制信號〔ALE〕是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳〔〕也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。假如需要，通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1〞，ALE操作將無效。這一位置“1〞，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。否那么，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位〔地址位8EH的SFR的第0位〕的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行形式下無效。〔29引腳〕：外部程序存儲器選通信號〔〕是外部程序存儲器選通信號。當AT89C51RC從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。/VPP〔31引腳〕：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，QUOTE應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。XTAL1〔19引腳〕：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2〔18引腳〕：振蕩器反相放大器的輸入端。STC89C52主要功能如表所示。表STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫FlashROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電形式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能單片機引腳分配根據(jù)本次系統(tǒng)設(shè)計及各模塊的需要分析，單片機的引腳分配如表所示。表單片機端口分配表模塊端口功能顯示模塊頻率值顯示分頻模塊通道選擇被測信號輸出按鍵鍵盤設(shè)置單片機最小系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)書中的任務(wù)、要求以及各種指標，下面介紹數(shù)字頻率計系統(tǒng)電路的設(shè)計。根據(jù)實際需要，本次設(shè)計的硬件系統(tǒng)主要包括以下幾個局部：放大整形模塊、分頻模塊、STC89C52單片機最小系統(tǒng)模塊、按鍵模塊及顯示模塊，下面將分別給予介紹。單片機最小系統(tǒng)原理高頻率的時鐘有利于程序更快的運行，也有可以實現(xiàn)更高的信號采樣率，從而實現(xiàn)更多的功能。但是高速對于系統(tǒng)要求較高，而且功耗大，運行環(huán)境苛刻?？紤]到單片機本身用在控制，并非高速信號采樣處理，所以選取適宜的頻率即可。適宜頻率的晶振對于選頻信號強度準確度都有好處，本次設(shè)計選取無源晶振接入XTAL1和XTAL2引腳。并聯(lián)2個30pF陶瓷電容幫助起振。STC89C52單片機最小系統(tǒng)如下圖。圖單片機最小系統(tǒng)原理圖復(fù)位電路及時鐘電路復(fù)位電路和時鐘電路是維持單片機最小系統(tǒng)運行的根本模塊。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位〔圖〕和手動復(fù)位〔圖〕。圖上電復(fù)位圖手動復(fù)位有時系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動復(fù)位。所以本次設(shè)計選用手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的，而按鍵脈沖復(fù)位那么是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，在這次設(shè)計電路時采用的是前面的那種復(fù)位方式，即按鍵電平復(fù)位。信號調(diào)理及放大整形模塊前置放大整形模塊包括放大器LM318、穩(wěn)壓管1N4733A,施密特觸發(fā)器74LS14。反相輸入的運算放大器的放大倍數(shù)為RL2/RL1，系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，信號經(jīng)過放大后，要進展穩(wěn)壓，防止燒壞后面的芯片，整形后的方波送到74LS161分頻，然后送單片機以便計數(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)計中放大限幅和整形，信號調(diào)理局部電路詳細實現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如下列圖所示：圖信號整形放大原理圖LM318介紹LM318運算放大器是美國國家半導(dǎo)體公司消費的通用型運放系列中速度最快的器件。與其它種類的通用型運放相比具有電壓轉(zhuǎn)換速率高、頻帶寬、輸出動態(tài)范圍大、較完善的保護電路等突出優(yōu)點。合適于在脈沖信號放大器、寬帶放大器、中頻放大器、寬頻帶信號發(fā)生器、快速A/D轉(zhuǎn)換器、高速比擬器等電路中應(yīng)用。主要應(yīng)用數(shù)據(jù)如下：輸入失調(diào)電壓：4mV；偏置電流：150nA；增益帶寬積：15MHz；轉(zhuǎn)換速率：70V/us；耗電流：5mA；電源：+/-20V。1N4733及74LS14介紹1N4733:是精細穩(wěn)壓二極管。主要技術(shù)數(shù)據(jù)：最大耗散功率Pzm=1W；穩(wěn)定電壓Vz=伏；最大工作電流Izm=179毫安。非門芯片74LS14是一個6反向器，A端為輸入端，Y端為輸出端，一片芯片一共6路，即1，3，5，9，11，13為輸入端，2，4，6，8，10，12為輸出端，輸出結(jié)果與輸入結(jié)果反向。即假如輸入端為高電平，那么輸出為低電平。假如輸入端為低電平，輸出為高電平。分頻模塊前面已經(jīng)提過，由于測量頻率范圍比擬寬，而且最高測量值要求要到達4MHz，為了到達測量要求以及進步測量精度，這里我用74LS161作為一個4分頻和16分頻電路。分頻器可用來降低信號的頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路。分頻器的輸入信號頻率與輸出信號頻率之比稱為分頻比N。N進制計數(shù)器可實現(xiàn)N分頻器。74HC161與74LS161功能兼容，是常用的四位二進制可預(yù)置的同步加法計數(shù)器，它可以靈敏運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。74LS161對整形后的方波信號進展分頻，Q1為四分頻輸出，Q3為十六分頻輸出。未經(jīng)分頻、經(jīng)過四分頻和經(jīng)過十六分頻的三路信號作為74LS153的一個4選1數(shù)據(jù)選擇器的低三位輸入，由單片機控制選擇分頻系數(shù)，然后再送單片機內(nèi)部計數(shù)器T1，其原理圖如下圖：圖分頻模塊74LS161介紹74LS161是常用的四位二進制可預(yù)置的同步加法計數(shù)器，它可以靈敏的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端P0~P3，清零/MR，使能CEP，CET，置數(shù)PE，數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3，以及進位輸出TC(TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)。表為74161的功能表。表74161的功能表清零RD預(yù)置LD使能EPET時鐘CP預(yù)置數(shù)據(jù)輸入ABCD輸出Q0Q1Q2Q3L××××××××LLLLHL××上升沿ABCDABCDHHL××××××保持HH×L×××××保持HHHH上升沿××××計數(shù)其中RD是異步清零端，LD是預(yù)置數(shù)控制端，A、B、C、D是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，EP和ET是計數(shù)使能端，RCO(=是進位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計數(shù)器的級聯(lián)提供了方便。計數(shù)過程中，首先參加一清零信號RD＝0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為0，即計數(shù)器清零。RD變?yōu)?后，參加一個置數(shù)信號LD＝0，即信號需要維持到下一個時鐘脈沖的正跳變到來后。在這個置數(shù)信號和時鐘脈沖上升的共同作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置的輸入數(shù)據(jù)一樣，這就是預(yù)置操作。接著EP=ET=1,在此期間74161一直處于計數(shù)狀態(tài)。一直到EP=0，ET＝1，計數(shù)器計數(shù)狀態(tài)完畢。從74LS161功能表功能表中可以知道，當清零端CR=“0〞，計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0〞，這個時候為異步復(fù)位功能。當CR=“1〞且LD=“0〞時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當CR=LD=EP=ET=“1〞、CP脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應(yīng)用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。管腳圖介紹：時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端P0~P3；清零/MR；使能CEP，CET；置數(shù)PE；數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3。其管腳圖如下圖。

圖74LS161管腳圖圖74LS153管腳圖74LS153介紹74LS153是一個雙4選1數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇端〔AB〕為兩組共用，按二進制譯碼，以供兩組從各自的4個數(shù)據(jù)輸入端〔1C0--1C3,2C0--2C3〕中分別選取一個所需數(shù)據(jù)，只有在兩組各自的選通端〔1G、2G〕為低電平時才可選擇數(shù)據(jù)，1Y、2Y分別為兩個輸出端。其管腳圖如下圖。LCD顯示和鍵盤LCD1602顯示局部，通過調(diào)節(jié)變阻器調(diào)節(jié)LCD背光亮度，八位數(shù)據(jù)端口接單片機P0口，讀寫控制端接。三個按鍵中，設(shè)置鍵接單片機按外部中斷0接口，當按鍵按下后，置口低電平，單片機中斷。S1、S2為頻率/周期、閘門時間加/減選擇按鍵，按鍵局部的工作原理是，根據(jù)按下設(shè)置鍵的時間長短，可以設(shè)置閘門時間或者選擇測量結(jié)果的顯示方式，閘門時間可以加也可以減，顯示方式有頻率和周期兩種，按鍵局部也是單片機控制，原理圖如下圖：圖顯示及按鍵局部LCD1602簡介在日常生活中，我們對液晶顯示器并不生疏。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比擬常用，軟硬件都比擬簡單，這里重點介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：〔1〕顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器的每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器〔CRT〕那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶顯示器的畫質(zhì)高且不會閃爍?！?〕數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便?！?〕體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來到達顯示的目的，在重量上比一樣的顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多?！?〕功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因此耗電量比其它顯示器要少得多。1、液晶顯示簡介①液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進展控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA挪動通信工具等眾多領(lǐng)域。②液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。假如根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動〔Static〕單純矩陣驅(qū)動〔SimpleMatrix〕和主動矩陣驅(qū)動〔ActiveMatrix〕三種。③液晶顯示器字符的顯示原理用LCD顯示一個字符時比擬復(fù)雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1〞，其它的為“0〞，為“1〞的點亮，為“0〞的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比擬簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開場顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。2、1602字符型LCD簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長沙太陽人電子的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602字符型液晶顯示器實物如下圖：圖1602字符型液晶顯示器實物圖3、1602LCD的根本參數(shù)及引腳功能1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大局部為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差異，兩者尺寸差異如下圖：1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:—工作電流:模塊最正確工作電壓:字符尺寸:×(W×H)mm圖1602LCD尺寸圖引腳功能說明：1602LCD采用標準的14腳〔無背光〕或16腳〔帶背光〕接口，各引腳接口說明如表所示:表引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源，接GND。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時比照度最弱，接地時比照度最高，比照度過高時會產(chǎn)生“鬼影〞，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度。第4腳：RS為存放器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時選擇指令存放器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進展讀操作，低電平時進展寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。4、1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表所示：表1602控制指令序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入形式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM〕10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容MAX232簡介該產(chǎn)品是由德州儀器公司〔TI〕推出的一款兼容RS232標準的芯片。由于電腦串口RS232電平是-10v+10v，而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是TTL電平0+5V,MAX232就是用來進展電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。本次串口模塊主要是用來燒錄程序到單片機上。其管腳圖以及應(yīng)用原理圖如下圖：主要技術(shù)參數(shù)：1、單5V電源工作2、LinBiCMOSTM工藝技術(shù)3、兩個驅(qū)動器及兩個接收器4、±30V輸入電平5、低電源電流：典型值是8mA6、符合甚至優(yōu)于ANSI標準EIA/TIA-232-E及ITU推薦標準7、ESD保護大于MIL-STD-883〔方法3015〕標準的2000V圖MAX232管腳圖以及應(yīng)用原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計主要采用模塊化設(shè)計，表達了各個模塊的程序流程圖，并介紹了軟件Keil和Proteus的使用方法和調(diào)試仿真。軟件設(shè)計本次程序設(shè)計采用的是C語言程序設(shè)計。系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊，信號頻率測量，自動量程轉(zhuǎn)換、按鍵模塊和顯示等模塊組成。主程序流程圖設(shè)計根據(jù)本次設(shè)計要求，主程序主要包括單片機和LCD1602初始化，頻率測量，量程自動轉(zhuǎn)換以及顯示幾個方面，主程序流程圖如下圖：圖主程序流程圖子程序流程圖設(shè)計〔1〕顯示程序LCD顯示程序設(shè)計流程圖如下列圖所示：圖顯示程序流程圖〔2〕頻率測量程序框圖頻率測量程序整體架構(gòu)如下圖：頻率測量程序頻率測量程序加按鍵、減按鍵顯示閘門時間判斷頻率測試頻率周期顯示頻率顯示定時中斷計數(shù)中斷89C52加按鍵、減按鍵顯示閘門時間判斷頻率測試頻率周期顯示頻率顯示定時中斷計數(shù)中斷89C52初始化延時子程序圖頻率測量框架圖〔3〕中斷效勞流程圖這是按鍵局部的程序流程圖，按鍵有三個，希望可以通過設(shè)置鍵可以選擇閘門時間設(shè)置或者選擇顯示方式，工作過程如下，設(shè)置鍵按下的時間長短判斷，長按就選擇顯示方式，假如按下時間短，那么選擇閘門時間設(shè)置，設(shè)置后再按下設(shè)置鍵退出中斷，返回測量結(jié)果顯示。INT0中斷流程圖如下圖：圖INT0中斷流程圖判斷頻率，選擇分頻流程圖本次設(shè)計，分頻系數(shù)有兩個，100kHz<f<500kHz時選擇4分頻，f>500kHz時選擇16分頻，分頻數(shù)選擇程序流程圖如下圖：圖分頻數(shù)選擇程序流程圖由于本次設(shè)計要求測量的頻率范圍是100Hz—4MHz，可見測量范圍比擬寬，為進步精度以及測量到達最高測量要求4MHz，因此要進展外局部頻，分頻系數(shù)有1，4，16.即不分頻，4分頻和16分頻。程序中設(shè)計的是先預(yù)測輸入頻率，假設(shè)是頻率范圍在100KHz—500KHz，選擇4分頻，高于500KHz那么選擇16分頻，小于100KHz那么不用分頻，直接測量。由此設(shè)計的程序流程圖如下圖。Keil和Proteus軟件介紹此設(shè)計需要在Keil軟件平臺上完成程序的調(diào)試,在Proteus軟件平臺上完成仿真顯示。因此介紹如何使用Keil和Proteus進展軟件的仿真。Keil簡介Keil軟件是目前最流行開發(fā)系列單片機的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完好開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境〔uVision〕將這些部份組合在一起。而Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機存放器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象?！?〕建立工程文件點擊“Project->Newproject〞菜單，出現(xiàn)一個對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，你可以在編輯框中輸入一個名字,點擊“保存〞按鈕，出現(xiàn)第二個對話框，按要求選擇目的器件片。建立新文件并增加到組。分別設(shè)置“target1〞中的“Target,output,debug〞各項，使程序匯編后產(chǎn)生HEX文件?！?〕匯編，調(diào)試系統(tǒng)程序Keil單片機模擬調(diào)試軟件內(nèi)集成了一個文本編輯器，用該文本編輯器可以編輯源程序。在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“File→New...〞、單擊對應(yīng)的工具按鈕或者快捷鍵Ctrl+N將翻開一個新的文本編輯窗口，完成C語言源文件的輸入，并且完成源程序向當前工程的添加。然后在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“File→SaveAs...〞可以完成文件的第一次存儲。注意，C語言源文件的擴展名應(yīng)該是“.C〞，它應(yīng)該與工程文件存儲在同一文件夾之內(nèi)。在完成文件的第一次存儲以后，當對C語言源文件又進展了修改，再次存儲文件那么應(yīng)該選擇菜單“File→Save〞，單擊對應(yīng)的工具按鈕或者快捷鍵Ctrl+S實現(xiàn)文件的保存。接著的工作需要把C語言源文件參加工程之中。選擇工程管理器窗口的子目“SourceGroup1〞，再單擊鼠標右鍵翻開快捷菜單。在快捷菜單中選擇“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’〞，參加文件對話框被翻開。在這個對話框的“查找范圍〔I〕〞下拉列表框中選擇存儲C語言源文件的文件夾，在“文件類型〔T〕〞下拉列表框選擇“CSourcefile〔*.a*；*.src〕〞，這時存儲的C語言源文件將顯示出來。雙擊要參加的文件名或者選擇要參加的文件名再單擊“Add〞按鈕即可完成把C語言源文件參加工程。文件參加以后，參加文件對話框并不消失，更多的文件也可以利用它參加工程。假如不需要參加其它文件，單擊“Close〞按鈕可以關(guān)閉參加文件對話框。這時工程管理窗口的文件選項卡中子目錄“SourceGroup1〞下出現(xiàn)一個C語言源文件。需要注意，當把C語言源文件參加工程但還沒有關(guān)閉參加文件對話框，這時有可能被誤認為文件沒有成功地參加工程而再次進展參加操作，系統(tǒng)將顯示所需的文件已經(jīng)參加的提示。在這種情況下，單擊提示框中的“確定〞按鈕，再單擊“Close〞按鈕可以關(guān)閉參加文件對話框?！?〕編譯源程序，出現(xiàn)錯誤時，返回上一級對錯誤更改后重新編譯，直到?jīng)]有錯誤為止。Proteus簡介Proteus是Labcenter公司出品的電路分析、實物仿真系統(tǒng)，而Keil是目前世界上最好的51單片機匯編和C語言的集成開發(fā)環(huán)境。它支持匯編和C的混合編程，同時具備強大的軟件仿真和硬件仿真功能。Proteus可以很方便的和KEIL、MatlabIDE等編譯模擬軟件結(jié)合。Proteus提供了大量的元件庫有RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，局部SPI器件，局部IIC器件，它可以仿真單片機和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU，與KEIL和MPLAB不同的是它還提供了周邊設(shè)備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真。這里我將Keil和Proteus兩個軟件的快速集成起來使用?！?〕首先將Keil和Proteus兩個軟件安裝好?！?〕然后在C：\ProgramFiles\LabcenterElectronics\Proteus6Professional\MODELS(我的Proteus是安裝C盤里面的)目錄下的動態(tài)連接庫文件復(fù)制到C:KEIL\C51\BIN目錄下面〔我的KEIL也安裝在C盤〕這個文件將在Keil的debug設(shè)置時用到?！?〕翻開Proteus軟件，新建一個文件將硬件原理圖繪入圖中?！?〕將Keil生成的HEX文件下載入單片機中，點擊“開場〞進展仿真。〔5〕在Keil中進展debug，同時在Proteus中查看直觀的結(jié)果〔如LCD顯示〕。這樣就可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。利用Proteus與KEIL整合進展實驗，具有比擬明顯的優(yōu)勢，當然其存在的缺點也是有的。利用仿真實驗可以做全部的軟件實驗和極大多數(shù)的硬件系統(tǒng)，虛擬仿真實驗室，因極少硬件投入、所以經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，不僅可以彌補實驗儀器和元器件缺乏帶來的缺乏，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素。程序編寫及仿真圖設(shè)計根據(jù)前面的程序流程框圖，分模塊編寫C語言程序，由于在用C語言編寫程序方面學藝不精，此次程序的編寫是在網(wǎng)上搜索相關(guān)資料然后在多位同學和老師的指導(dǎo)下完成，過程坎坷而且很揪心，相對后面的調(diào)試，這算是好的了。之前學過Proteus，而且比擬熟悉，所以仿真圖設(shè)計是在Proteus完成，設(shè)計之前理解要用的元器件特性以及各個元器件之間的連接方法，而且之前課程設(shè)計屢次用過，所以在本次設(shè)計中，沒遇到多大問題，相對順利很多?？傮w仿真圖如下圖：圖頻率計Proteus仿真圖5調(diào)試頻率計的系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試以及系統(tǒng)軟硬件結(jié)合調(diào)試。硬件調(diào)試包括顯示模塊、整形模塊、分頻模塊等模塊的調(diào)試，軟件調(diào)試就是通過修改程序，使頻率計功能完善，進步頻率計的測量精度。使用軟件仿真，調(diào)試仿真結(jié)果，同時使用數(shù)字萬用表和示波器測試輸出電壓值和輸出波形，調(diào)試出正確的軟硬件電路。系統(tǒng)調(diào)試Proteus仿真成功后，接著就是制作硬件板，在實驗電路安裝完畢后，不要急于通電測試，而首先必須做好以下調(diào)試前的檢查工作。檢查連線情況，經(jīng)常遇到有接錯、少接或是多接等連線錯誤。檢查連線可以直接對照電路原理進展，但是假如電路中布線較多，那么可以以元件為中心，依次檢查其引腳的有關(guān)連線，這樣不僅可以查出錯接或是少接，而且也較容易發(fā)現(xiàn)多余的線。為了確保連線的可靠，在查線的同時，還可以用萬用表電阻檔對接線作連通檢查，而且最好在器件外引線處測量，這樣有可能查出某些“虛焊〞的隱患。在通電前，還需要用萬用表檢查電源輸入端與地之間是否存在短路，假設(shè)有那么需要進一步檢查其原因。在完成了以上各項檢查并確認無誤后，才可以通電調(diào)試，但此時應(yīng)注意電源的正、負極不能接反?！?〕LCD顯示調(diào)試做好板子后，檢查電路，沒有短路或者短路，接著對顯示局部進展調(diào)試。給板子輸入電源，調(diào)節(jié)變阻器改變LCD背光亮度，直到亮度合適而且顯示正常。去掉前置放大整形局部，把顯示程序下載到單片機，送數(shù)據(jù)給LCD顯示，能正常顯示程序中設(shè)定顯示的數(shù)據(jù)，說明顯示電路局部正常工作?！?〕鍵盤調(diào)試在顯示正常的情況下調(diào)試鍵盤，按下設(shè)置鍵，看是否能正常進入中斷，假設(shè)能，進入中斷后，按下頻率/周期、閘門時間設(shè)置鍵，看是否能正常設(shè)置。在調(diào)試過程中，按上述進展調(diào)試，沒什么問題，鍵盤正常工作。〔3〕前置放大整形調(diào)試去掉LCD、單片機，調(diào)試放大器是否正常工作。給定輸入信號，用示波器分別測量輸入和輸出信號，看是否放大相應(yīng)倍數(shù)，限幅是否在指定范圍。調(diào)試結(jié)果：第一級放大倍數(shù)與料想要求的放大倍數(shù)相符合。第二級限幅在，與理論值有所出入，但仍然滿足電路要求。整形局部調(diào)試，主要是把不是方波的信號變成方波信號，輸入正弦波，用示波器觀察輸出波形是否是方波信號，這次整形局部在低頻段是可以整形的，在高頻段整形效果不太理想?！?〕分頻模塊調(diào)試本次設(shè)計有四分頻和十六分頻，輸入不同的信號值，用示波器觀察輸入信號是否可以進展分頻，還有分頻數(shù)是否正確。調(diào)試過程中，觀察輸入信號的頻率并記錄，然后測量分頻后的信號頻率并記錄，然后拿前后兩個頻率值比照，滿足四分頻和十六分頻。軟件調(diào)試單片機軟件調(diào)試主要是調(diào)試本次設(shè)計的主程序。Keil和Proteus結(jié)合進展調(diào)試。調(diào)試過程如下：〔1〕新建一個工程。翻開Keil，單擊Project菜單，在彈出的下拉菜單項選擇擇NewProject?！?〕然后選擇要保存的途徑，輸入工程文件名字，保存?！?〕新建一個工程后彈出一個對話框，根據(jù)需要選擇使用單片機型號，單擊確定?！?〕單擊“File〞,選擇“New〞,新建文件并在其中輸入程序代碼，然后保存為C語言文件?！?〕回到編輯界面后，單擊“Target1〞前面的“+〞號，然后在“SourceGroup1〞單擊右鍵選擇“AddFileToGroup'SourceGroup1'〞,選中上一步保存的文件?！?〕單擊"Project"菜單，選中“BuiltTarget〞，完成程序的編譯，在工程文件夾中找到*.hex文件即可?！?〕翻開Proteus軟件，新建一個文件將硬件原理圖繪入圖中。〔8〕將KEIL生成的HEX文件下載入單片機中，點擊“開場〞進展仿真。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，進展Keil和Proteus系統(tǒng)仿真，不斷調(diào)試程序，修改電路圖，直到符合功能要求。本次設(shè)計Proteus仿真結(jié)果如下圖。圖局部仿真圖仿真數(shù)據(jù)記錄如下：表Hz檔的數(shù)據(jù)記錄表輸入頻率值100200330500690770930242仿真測量值100200330500690771930242表KHz檔的數(shù)據(jù)記錄表輸入頻率值13仿真測量值13由于仿真軟件自身問題，當輸入較高頻率時，需要較長時間才能測出來，所以以上表格的仿真數(shù)據(jù)是花了較長一段時間才記錄下來的，并且MHz單位無法仿真出來。實際測量所用的時間是很短的。經(jīng)上述測試，根本功能都以實現(xiàn)，可以測出輸入信號的頻率值，符合要求。軟硬件結(jié)合調(diào)試軟件系統(tǒng)測試只能測試方波信號，外加硬件整形電路，可以測試正弦波、三角波等各種波形的頻率值，把各模塊組合在一起，做成完好的頻率計，實物圖如下圖。經(jīng)過不斷的軟硬件結(jié)合調(diào)試，修改程序和硬件，最終符合設(shè)計功能要求。為了衡量這次設(shè)計的頻率計的工作情況和測量精度，我們對系統(tǒng)進展了調(diào)試。用這次設(shè)計的頻率計對信號進展了測量，使用函數(shù)發(fā)生器輸出各種波形，由實物頻率計測得頻率，記錄數(shù)據(jù)。實際記錄數(shù)據(jù)如下表所示。表Hz檔的數(shù)據(jù)記錄表輸入100155200500557630750821900測量100155200500557630750821900誤差/%000000000表KHz檔的數(shù)據(jù)記錄表輸入100150175200500550600700800測量100200誤差/%00表MHz檔的數(shù)據(jù)記錄表輸入123測量誤差/%11918215誤差分析從記錄的數(shù)據(jù)及計算的誤差值可以看出，系統(tǒng)軟件仿真誤差很小，在100Hz-4MHz范圍內(nèi)測量出來的頻率根本上就是輸入信號的頻率，誤差很小的。但是在硬件調(diào)試中，可能是由于元器件本身誤差，隨著時間的延長，其測量值也會產(chǎn)生誤差，造成測量結(jié)果沒有軟件仿真準確。同時手工焊接單片機最小系統(tǒng)、分頻整形電路等也會帶來一定的干擾，造成信號的失真，從而導(dǎo)致測量精度下降，測量范圍有所縮小，而且只有在輸入信號在1MHz以上，誤差才會比擬大，誤差不在允許范圍內(nèi)，所設(shè)計的電路根本在測量高頻時，穩(wěn)定性差。個人認為進步測量范圍和測量精度可以改善一下幾個方面：芯片的選擇、硬件制作、分頻局部、放大整形局部。進步放大整形這局部的準確度，分頻局部可以用多級分頻可以使分頻更準確，最后是把硬件做得更好，使其穩(wěn)定工作。這些都是可以進步精度的。6總結(jié)畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完畢，本次設(shè)計由于本人知識的有限，所以設(shè)計的系統(tǒng)并不是最理想的。在這次設(shè)計中，我學到很多很多東西，也很懊悔在之前的大學三年多沒有更加努力的學習，致使在這次的畢業(yè)設(shè)計中遇到很多很多問題，假設(shè)是之前學得好，就不會覺得那么難做，也不會那么頻繁的向老師和同學請教，想自己做好畢設(shè)，但是遇到的那么多問題不是自己可以全部解決的。畢業(yè)設(shè)計是一次綜合性的理論，它將各種知識結(jié)合到一起綜合運用到理論上來擴展、彌補、串聯(lián)所學的知識。通過本次畢業(yè)設(shè)計我得到了很多收獲。首先，理解了單片機的根本知識和在控制領(lǐng)域的作用和地位。其次掌握了C語言的編寫程序，學會了使用Proteus和Keil的仿真來實現(xiàn)，同時掌握了如何搜集、查閱、應(yīng)用文獻資料，如何根據(jù)實際需要有選擇的閱讀書籍和正確確定系統(tǒng)所要使用的元器件的類型。再次，在精神方面鍛煉了思想、磨練了意志。面對存在的困難首先分析問題根據(jù)任務(wù)要求確定可實現(xiàn)的局部，定出那不準的方面找同學和老師討論研究，再完善、再修改、再發(fā)現(xiàn)問題、再解決，這個過程中培養(yǎng)了自己的耐心、恒心及遇事不亂的精神，在這次設(shè)計過程中，由于所需的高頻信號發(fā)生器不在本專業(yè)開放的實驗室，而有信號源的實驗室又沒有電腦，所以我需要在兩個實驗室之間來回跑，軟件需要不斷的調(diào)試不斷的修改，所以在調(diào)試過程中，沒有任何進展的時候，真的很考驗人的耐性，慶幸的是我堅持下來了?？傊?，我明白了理論和理論之間存在的間隔，只有靠不斷的考慮不斷的動手才能將所學的知識真正運用到理論上來，任何設(shè)計都不是那么簡單的就可以完成。在畢業(yè)設(shè)計中我的很多方面的才能都得到了進步，尤其在單片機軟件編程方面讓我感觸頗深。我個人認為軟件設(shè)計是個既靈敏又細膩的工作，它要求耐心和細心去不斷完善，同時還需要有良好的邏輯思維才能。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我分析問題和解決問題的才能有所進步，也穩(wěn)固了所學的知識，加深了對理論知識的理解，更重要的是鍛煉自己的獨立性，為我今后的工作和學習打下堅實的根底。回憶自己的學習歷程，感覺今天的生活與狀態(tài)是由一系列的偶爾與必然串聯(lián)成的結(jié)果。在這個過程中自己承受了比別人更多的挫折，但也學到了更多的感悟，獲得了比別人更大的成就。因為我的每一次成功的獲得都比別人晚了許多，但也都是在關(guān)鍵的時候比別人得到了更多的收獲，也比別人體會到更多的付出后的充實。很慶幸自己在過去歲月中每一次困難抉擇中做出的選擇，以及在不斷地鼓勵中為目的而不斷奮斗的堅持。謝辭從選題到寫開題報告再到如今的論文定稿，經(jīng)過了近半年的繁忙和奮斗，終于到了寫謝辭的時候了，舒一口氣的同時，我發(fā)現(xiàn)四年的大學生涯也將就此完畢,走的最快的總是時間，來不及感慨，大學生活已近尾聲，四年的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要劃下完美的句號?！案F那么獨善其身，達那么兼濟天下〞，古訓教誨我們不做自私人，懂得盡己所能，知恩圖報。我想向曾經(jīng)給我?guī)椭椭С值睦蠋?、同學們表示衷心的感謝。是你們對我的悉心指導(dǎo)和艱辛相伴，讓我攻破了一個個的難關(guān)；是你們對我的循循善誘和精心點撥，讓我的大學不留遺憾。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師王老師。本課題在選題及研究過程中得到老師的悉心指導(dǎo)。王老師屢次詢問設(shè)計制作進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。在本論文的撰寫過程中，王老師放下了繁重的工作，從選題到如何查閱資料，再是開題報告的完成和硬件軟件的設(shè)計過程再到論文正文的反復(fù)修改，直到最后的定稿，這其中的每一個環(huán)節(jié)，甚至是一些很小細節(jié)的完善、格式的矯正等，老師都給予了我悉心的指導(dǎo)。還有在我大學四年悉心教誨我的老師們，是你們教會我很多有用的知識，特別是教會了我解決問題考慮問題的方式和習慣，我在做畢業(yè)設(shè)計的時候才能有自己的思想和規(guī)劃，畢業(yè)設(shè)計工作才有了目的和方向。還有在整個畢業(yè)設(shè)計的制作過程中，很多同學給我很多的有意義的幫助和鼓勵，是在老師和同學們的鼓勵和支持下，我才可以順利做好畢業(yè)設(shè)計。在此我向所有老師和同學表示最誠摯的謝意。最后，感謝各位評審老師在百忙中抽出時間對論文進展審稿、參加辯論，并對參加辯論會的老師和同學表示謝意。參考文獻[1]王辛之等.AT89系列單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：北京航天大學出版社，2004.?實驗?測試.武漢[M]：華中科技大學出版社，2000.[3]孫江宏.Protel99電路設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.[4]辛友順.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[M].福建:福建科學技術(shù)出版社,2005.[5]張鑫.單片機原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.[6]Handbookofremotec