【正文】 畢業(yè)論文 基于 51 單片機的數(shù)字頻率計 基于 51 單片機的數(shù)字頻率計 目 錄 第 1 節(jié) 引言 ?? ????????????????????? 2 數(shù)字頻率計概述 ? ??????? ?????????? ?? ?????? ?? 2 頻率測量儀的設計思路與頻率的計算 ? ???? ?? ????????? ? ?? 2 基本設計 原理 ?????? ???????????? ? ???????? ?? 3 第 2節(jié) 數(shù)字頻率計（低頻）的硬件結(jié)構設計 ?????????? 4 系統(tǒng)硬件的構成 ??????????? ????????? ???????? 4 系統(tǒng)工作原理圖 ???????? ???????????? ???????? 4 單片機及其引腳說明 ??????????????? ??????? 5 信號調(diào)理及放大整形模塊 ???????????????? ???????? 7 時基信號產(chǎn)生電路 ??????????????? ???????? ???? 7 顯示模塊 ??????????????????????? ???????? 8 第 3 節(jié) 軟件設計 ……………………………………………………… 12 定時計數(shù) ?????????????????????? ??????? ? 12 量程轉(zhuǎn)換 ???????????????? ???????????? ?? 12 BCD 轉(zhuǎn)換 ????????????????????? ????????? ? 12 LCD 顯示 ?? ??????????????????? ????????? ? 12 第 4 節(jié) 結(jié)束語 ……………………………………………………… 13 參考文獻 ……………… …………… ………………………………… 14 附錄 匯編源程序代碼 ………………………………………………… 15 1 基于 51 單片機的數(shù)字頻率計 第 1 節(jié) 引言 本應用系統(tǒng)設計的目的是通過在“單片機原理及應用”課堂上學習的知識，以及查閱資料， 培養(yǎng)一種自學的能力。并且引導一種創(chuàng)新的思維，把學到的知識應用到日常生活當中。在設計的過程中，不斷的學習，思考和同學間的相互討論，運用科學的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，學會對常見問題的處理方法，積累設計系統(tǒng)的經(jīng)驗，充分發(fā)揮教學與實踐的結(jié)合。全能提高個人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應工作崗位上的工作打下了堅實的基礎。 數(shù)字頻率計概述 數(shù)字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻 等科研生產(chǎn)領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。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。 在進行模擬、數(shù)字電路的設計、安裝、調(diào)試過程中， 由于其使用十進制數(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 1Hz— 10kHz 的正弦波、方波、三角波，時基寬度為 1us,10us,100us,1ms。用單片機實現(xiàn)自動測量功能。 基本設計原理是 直接用十進制數(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、三角波的頻率進行自動的測量。 頻率測量儀的設計思路與頻率的計算 頻率測量儀的設計思路主要是：對信號分頻，測量一個或幾個被測量信號周期中已知標準頻率信號的周期 個數(shù)，進而測量出該信號頻率的大小，其原理如 右 圖1所示。 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 圖 1 頻率測量原理圖 2 （注： To為標準信號的周期，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 機系統(tǒng)的標準頻率比較穩(wěn)定，而是系統(tǒng)標準信號頻率的誤差，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。 基本設計 原理 基本設計原理是直接用十進制數(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、三角波的頻率進行自動的測量。 所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間（ 1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔 T內(nèi)測得這個周期性信號的重復變化次數(shù) N，則其頻率可表示為 f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是 將被測信號變成脈沖信號，其重復頻率等于被測頻率fx。時間基準信號發(fā)生器提供標準的時間脈沖信號，若其周期為 1s，則門控電路的輸出信號持續(xù)時間亦準確地等于 1s。閘門電路由標準秒信號進行控制，當秒信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路。秒信號結(jié)束時閘門關閉，計數(shù)器停止計數(shù)。由于計數(shù)器計得的脈沖數(shù) N 是在 1 秒時間內(nèi)的累計數(shù)，所以被測頻率 fx=NHz。 3 第 2節(jié) 數(shù)字頻率計（低頻）的硬件結(jié)構設計 系統(tǒng)硬件的構成 本 頻率計的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 主要元器件是單片機 AT89C51，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。可 分為以下幾個模塊：放大整形模塊、秒脈沖產(chǎn)生模塊、換檔模擬轉(zhuǎn)換模塊、單片機系統(tǒng)、LCD 顯示模塊。各模塊關系圖如圖 2 所示 ： 圖 2 數(shù)字頻率計功能模塊 系統(tǒng)工作原理圖 該系統(tǒng)工作的總原理圖如圖 3 所示 ： 圖 3 數(shù)字頻率計 系統(tǒng) 工作原理圖 顯示時基電路倍頻鎖相放大整形單片機被測信號 4 AT89C51 單片機及其引腳說明 89C51 是一種高性能低功耗的采用 CMOS 工藝制造的 8 位微控制器， 它提供下列標準特征： 4K 字節(jié)的程序存儲器 ， 128 字節(jié) 的 RAM,32 條 I/O 線， 2 個16 位定時器 /計數(shù)器 , 一個 5 中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結(jié)構，一個雙工的串行口 , 片上震蕩器和時鐘電路。 引腳說明： 178。 VCC：電源電壓 178。 GND:地 178。 P0 口： P0 口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口，作為輸出口用時，每個引腳能驅(qū)動 8個 TTL 邏輯門電路。當對 0端口寫入 1時，可以作為高阻抗輸入端使用。 當 P0 口訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，它還可設定成地址數(shù)據(jù)總線復用的形式。在這種模式下， P0 口具有內(nèi)部上拉電阻。 在 EPROM 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，同時輸出指令字節(jié)在程序校 驗時。程序校驗時需要外接上拉電阻。 178。 P1 口： P1 口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P1 口的輸出緩沖能接受或輸出 4 個 TTL 邏輯門電路。當對 P1 口寫 1時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時可以作為輸入端使用。當作為輸入端使用時， P1 口因為內(nèi)部存在上拉電阻，所以當外部被拉低時會輸出一個低電流（ IIL）。 178。 P2 口： P2 是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向的 I/O 端口。 P2 口的輸出緩沖能驅(qū)動 4個 TTL 邏輯門電路。當向 P2 口寫 1 時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在 上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（ IIL）。 P2 口在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如 MOVX ＠ DPTR）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下， P2 口使用強大的內(nèi)部上拉電阻功能當輸出 1 時。當利用 8位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時（例 MOVX ＠R1） ,P2 口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。 當 EPROM 編程或校驗時， P2 口同時接收高 8位地址和一些控制信號。 178。 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 4個 TTL 邏輯門電路。當向 P3 口寫 1 時， 通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入