【正文】 畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)字頻率計的設計【畢業(yè)論文】 畢業(yè)論文（設計） 基于單片機的數(shù)字頻率計的設計 【摘要】 本設計以 AT89S52 單片機為核心充分利用硬件資源設計的一種頻率計，該頻率計首先將被測信號放大整形處理，變成滿足單片機 I/O 口接受的 TTL/ CMOS 兼容信號從單片機的 T1 輸入口輸入直接累加脈沖數(shù)，將單片機內(nèi)部定時器定時為 1S，這時累加的脈沖數(shù)即為被測信號的頻率。最后經(jīng)單片機處理送至 lcd液晶顯示屏顯示。 【關鍵字】 單片機（ AT89S52）、放大整形、 數(shù)據(jù)處理、 1602aLCD、 【 Abstract】 This design take at89S52 monolithic integrated circuit as the core full use hardware source design39。s one kind of frequency meter, this frequency meter will be measured first that signal enlargement reshaping processing, turns satisfies TTL/which the monolithic integrated circuit I/O mouth accepts the CMOS patible signal from monolithic integrated circuit39。s T1 input port input direct summation pulse number, the monolithic integrated circuit interior timer fixed time is 1S, by now accumulated the pulse number namely for is measured the signal the frequency. Finally passes through monolithic integrated circuit processing to deliver to the lcd liquid crystal display monitor demonstration. 【 Keyword 】 AT89S52 、 Larger plastic 、 Data processing 、1602aLCD??????????????????????????????????? 4 1. 系統(tǒng)概述???????????????????????????????? 5 數(shù)字頻率計概述???????????????????????????? 5 頻 率 測 量 儀 的 設 計 思 路 與 頻 率 的 計算 ???????????????????? 5 基 本 設 計 原理 ???????????????????????????? 5 2. 數(shù)字頻率計（低頻）的硬件結(jié)構設計???????????????????? 5 系統(tǒng)硬件的構成 ??????????????????????????? 5 AT89S52 單 片 機 及 其 引 腳 說明 ?????????????????????? 6 信 號 調(diào) 理 及 放 大 整 形 模塊 ???????????????????????? 7 0.理 ??????????????????????????? 8 . 信號放大仿真圖 ???????????????????????? ? 8 . 信號轉(zhuǎn)換成方波 ????????????????????????? 8 . LF353 雙運算放大器簡介 ????????????????????? 8 顯示模塊 ?????????????????????????????? 9 . 1602ALCD 與 單 片 機 的 接法 ????????????????????? 9 . 1602ALCD 基 本 技術 ??????????????????????? 10 3. 軟件設計 ?????????????????????????? ????? 12 系統(tǒng)工作流程圖 ??????????????????????????? 12 . T0 的 1s 定時??????????????????????????13 . T1 的 計 數(shù) 原理 ????????????????????????? 13 軟 件 工 作 原理 ???????????????????????????? 14 軟 件 處 理 方法 ???????????????????????????? 14 4. 實 驗 結(jié) 果 與 分析 ???????????????????????????? 15 實 驗數(shù)據(jù) ?????????????????????????????? 15 實 驗 結(jié) 果 分析 ???????????????????????????? 15 結(jié)束語 ?????????????????????????????????15 致謝詞 ?????????????????????????????????15 參考文獻 ????????????????????????????????15 程序附錄 ???????????????????????????????? 17 引言 頻率測量在科技研究和實際應用 中的作用日益重要。傳統(tǒng)的頻率計通采用組合電路和時序電路等大量的硬件電路構成，產(chǎn)品不但體積較大，運行速度慢，而且測量低頻信號時不宜直接使用。頻率信號抗干擾性強、易于傳輸 ,可以獲得較高的測量精度。同時 ,頻率測量方法的優(yōu)化也越來越受到重視 .并采用單片機和相關硬軟件實現(xiàn)。 AT89S52 系列單片機具有體積小，功能強，性能價格比較高等特點，因此被廣泛應用于工業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領域。此頻率計以 AT89S52 單片機為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點。 以 AT89S52 單片機為控制器件的頻率測量方法， 并用 C 語言進行設計，采用單片機智能控制，結(jié)合外圍電子電路。最終實現(xiàn)數(shù)字頻率計的設計方案，根據(jù)頻率計的特點，可廣泛應用于各種測試場所。 在基礎理論和專業(yè)技術基礎上，通過對數(shù)字頻率計的設計，用十進制數(shù)字來顯示被測信號頻率的測量裝置。以精確迅速的特點測量信號頻率，在本設計在實踐理論上鍛煉提高了自己的綜合運用知識水平，為以后的開發(fā)及科研工作打下基礎。 1 系統(tǒng)概述 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 Hz― 65535Hz 此測量范圍為計數(shù)器的最大計數(shù)，可根據(jù)實際需要進行擴展，在 小節(jié)方案選擇有介紹如何擴展 的正弦波、方波、三角波用單片機實現(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 f。，若其周期為1s，信號持續(xù)時間亦準確地等于 1s。 方案選擇 用單片機設計頻率計通常采用兩種辦法，第一種方法是使用單片機自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進行計數(shù)；第二種方法是單片機外部使用計數(shù)器對脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)值再由 單片機讀取。第一種方法的好處是設計出的頻率計系統(tǒng)結(jié)構和程序編寫簡單，成本低廉，不需要外部計數(shù)器，直接利用所給的單片機最小系統(tǒng)就可以實現(xiàn)。這種方法的缺陷是受限于單片機計數(shù)的晶振頻率，輸入的時鐘頻率通常是單片機晶振頻率的幾分之一甚至是幾十分之一，在本次設計使用的 98C51單片機，由于檢測一個由“ 1”到“ 0”的跳變需要兩個機器周期，前一個機器周期測出“ 1”，后一個周期測出“ 0”。故輸入時鐘信號的最高頻率不得超過單片機晶振頻率的二十四分之一。第二種方法的好處是輸入的時鐘信號頻率可以不受單片機晶振頻率的限制，可以對相 對較高頻率進行測量，但缺點是成本比第一種方法高，設計出來的系統(tǒng)結(jié)構和程序也比較復雜。 [2] 由于成本有限，本次設計中采用第一種方法，因此輸入的時鐘信號最高頻率不得高于 。對外部脈沖的占空比無特殊要求。根據(jù)頻率檢測的原理，很容易想到利用 51 單片機的 T0、 T1 兩個定時 /計數(shù)器，一個用來定時，另一個用來計數(shù)，兩者均應該工作在中斷方式，一個中斷用于 1s 時間的中斷處理，一個中斷用于對頻率脈沖的計數(shù)溢出處理， 對另一個計數(shù)單元加一 ，此方法可以彌補計數(shù)器最多只能計數(shù) 65536 的 不足。將計數(shù)中斷彌補計數(shù)器最高計數(shù) 65536 的不足作為本設計的擴展，故本設計最終選擇采用第一種方法并且只使用計數(shù)器的最多計數(shù) 65536。 2 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 AT89，由它完成對待測信號頻率的計數(shù)結(jié)果顯示等功能，外部還要有、顯示器等器件?？煞譃橐韵聨讉€模塊：放大整形模塊、單片機系統(tǒng)、 LCD 顯示模塊。各模塊關系圖如圖 2 所示： 圖 2 系統(tǒng)工作原理圖 AT89S52 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： ??VCC：電源電壓 ??GND:地 ??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。 ??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）。 ??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。 ??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）。 P3 口同時具有多種特殊功能，具體如下表 1 所示 : ??RST:復位輸入。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。 ??ALE/ :當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低 8 位字節(jié)。當在 Flash 編程時還可以作為編程脈沖 輸出。 一般情況下， ALE 是以晶振頻率的 1/6 輸出，可以用作外部時鐘或定時目的。但也要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 ?? ：程序存儲允許時外部程序存儲器的讀選通信號。當 AT89C52 執(zhí)行外部程序存儲器的指令時，每個機器周期 兩次有效，除了當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 將跳過兩個信號。 ?? /VPP:外部訪問允許。為了使單片機能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲器從0000H 到 FFFH 單元的指令， 必須同 GND