【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 【摘要】 本設(shè)計(jì)以 AT89S52 單片機(jī)為核心充分利用硬件資源設(shè)計(jì)的一種頻率計(jì)，該頻率計(jì)首先將被測(cè)信號(hào)放大整形處理，變成滿足單片機(jī) I/O 口接受的 TTL/ CMOS 兼容信號(hào)從單片機(jī)的 T1 輸入口輸入直接累加脈沖數(shù)，將單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)為 1S，這時(shí)累加的脈沖數(shù)即為被測(cè)信號(hào)的頻率。最后經(jīng)單片機(jī)處理送至 lcd液晶顯示屏顯示。 【關(guān)鍵字】 單片機(jī)（ 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(jì)概述???????????????????????????? 5 頻 率 測(cè) 量 儀 的 設(shè) 計(jì) 思 路 與 頻 率 的 計(jì)算 ???????????????????? 5 基 本 設(shè) 計(jì) 原理 ???????????????????????????? 5 2. 數(shù)字頻率計(jì)（低頻）的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)???????????????????? 5 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成 ??????????????????????????? 5 AT89S52 單 片 機(jī) 及 其 引 腳 說(shuō)明 ?????????????????????? 6 信 號(hào) 調(diào) 理 及 放 大 整 形 模塊 ???????????????????????? 7 0.理 ??????????????????????????? 8 . 信號(hào)放大仿真圖 ???????????????????????? ? 8 . 信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波 ????????????????????????? 8 . LF353 雙運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介 ????????????????????? 8 顯示模塊 ?????????????????????????????? 9 . 1602ALCD 與 單 片 機(jī) 的 接法 ????????????????????? 9 . 1602ALCD 基 本 技術(shù) ??????????????????????? 10 3. 軟件設(shè)計(jì) ?????????????????????????? ????? 12 系統(tǒng)工作流程圖 ??????????????????????????? 12 . T0 的 1s 定時(shí)??????????????????????????13 . T1 的 計(jì) 數(shù) 原理 ????????????????????????? 13 軟 件 工 作 原理 ???????????????????????????? 14 軟 件 處 理 方法 ???????????????????????????? 14 4. 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 分析 ???????????????????????????? 15 實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù) ?????????????????????????????? 15 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 分析 ???????????????????????????? 15 結(jié)束語(yǔ) ?????????????????????????????????15 致謝詞 ?????????????????????????????????15 參考文獻(xiàn) ????????????????????????????????15 程序附錄 ???????????????????????????????? 17 引言 頻率測(cè)量在科技研究和實(shí)際應(yīng)用 中的作用日益重要。傳統(tǒng)的頻率計(jì)通采用組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，產(chǎn)品不但體積較大，運(yùn)行速度慢，而且測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)不宜直接使用。頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)、易于傳輸 ,可以獲得較高的測(cè)量精度。同時(shí) ,頻率測(cè)量方法的優(yōu)化也越來(lái)越受到重視 .并采用單片機(jī)和相關(guān)硬軟件實(shí)現(xiàn)。 AT89S52 系列單片機(jī)具有體積小，功能強(qiáng)，性能價(jià)格比較高等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領(lǐng)域。此頻率計(jì)以 AT89S52 單片機(jī)為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點(diǎn)。 以 AT89S52 單片機(jī)為控制器件的頻率測(cè)量方法， 并用 C 語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)智能控制，結(jié)合外圍電子電路。最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)頻率計(jì)的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種測(cè)試場(chǎng)所。 在基礎(chǔ)理論和專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，用十進(jìn)制數(shù)字來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量裝置。以精確迅速的特點(diǎn)測(cè)量信號(hào)頻率，在本設(shè)計(jì)在實(shí)踐理論上鍛煉提高了自己的綜合運(yùn)用知識(shí)水平，為以后的開(kāi)發(fā)及科研工作打下基礎(chǔ)。 1 系統(tǒng)概述 數(shù)字頻率計(jì)概述 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)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。 本數(shù)字頻率計(jì)將采用定時(shí)、計(jì)數(shù)的方法測(cè)量頻率，采用一個(gè) 1602A LCD 顯示器動(dòng)態(tài)顯示 6 位數(shù)。測(cè)量范圍從 Hz― 65535Hz 此測(cè)量范圍為計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)展，在 小節(jié)方案選擇有介紹如何擴(kuò)展 的正弦波、方波、三角波用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量功能。 基本設(shè)計(jì)原理是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率 的一種測(cè)量裝置。它以測(cè)量的方法對(duì)正弦波、方波、三角波的頻率進(jìn)行自動(dòng)的測(cè)量。所謂“頻率”，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（ 1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔 T 內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)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(cè)信號(hào)變成脈沖信號(hào)，其重復(fù)頻率等于被測(cè)頻率 f。，若其周期為1s，信號(hào)持續(xù)時(shí)間亦準(zhǔn)確地等于 1s。 方案選擇 用單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)通常采用兩種辦法，第一種方法是使用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；第二種方法是單片機(jī)外部使用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值再由 單片機(jī)讀取。第一種方法的好處是設(shè)計(jì)出的頻率計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單，成本低廉，不需要外部計(jì)數(shù)器，直接利用所給的單片機(jī)最小系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)。這種方法的缺陷是受限于單片機(jī)計(jì)數(shù)的晶振頻率，輸入的時(shí)鐘頻率通常是單片機(jī)晶振頻率的幾分之一甚至是幾十分之一，在本次設(shè)計(jì)使用的 98C51單片機(jī)，由于檢測(cè)一個(gè)由“ 1”到“ 0”的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，前一個(gè)機(jī)器周期測(cè)出“ 1”，后一個(gè)周期測(cè)出“ 0”。故輸入時(shí)鐘信號(hào)的最高頻率不得超過(guò)單片機(jī)晶振頻率的二十四分之一。第二種方法的好處是輸入的時(shí)鐘信號(hào)頻率可以不受單片機(jī)晶振頻率的限制，可以對(duì)相 對(duì)較高頻率進(jìn)行測(cè)量，但缺點(diǎn)是成本比第一種方法高，設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序也比較復(fù)雜。 [2] 由于成本有限，本次設(shè)計(jì)中采用第一種方法，因此輸入的時(shí)鐘信號(hào)最高頻率不得高于 。對(duì)外部脈沖的占空比無(wú)特殊要求。根據(jù)頻率檢測(cè)的原理，很容易想到利用 51 單片機(jī)的 T0、 T1 兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè)用來(lái)定時(shí)，另一個(gè)用來(lái)計(jì)數(shù)，兩者均應(yīng)該工作在中斷方式，一個(gè)中斷用于 1s 時(shí)間的中斷處理，一個(gè)中斷用于對(duì)頻率脈沖的計(jì)數(shù)溢出處理， 對(duì)另一個(gè)計(jì)數(shù)單元加一 ，此方法可以彌補(bǔ)計(jì)數(shù)器最多只能計(jì)數(shù) 65536 的 不足。將計(jì)數(shù)中斷彌補(bǔ)計(jì)數(shù)器最高計(jì)數(shù) 65536 的不足作為本設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，故本設(shè)計(jì)最終選擇采用第一種方法并且只使用計(jì)數(shù)器的最多計(jì)數(shù) 65536。 2 數(shù)字頻率計(jì)（低頻）的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成 本頻率計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要元器件是單片機(jī) AT89，由它完成對(duì)待測(cè)信號(hào)頻率的計(jì)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€(gè)模塊：放大整形模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、 LCD 顯示模塊。各模塊關(guān)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(biāo)準(zhǔn)特征： 4K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)的 RAM,32 條 I/O 線， 2個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 , 一個(gè) 5 中斷源兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串行口 , 片上震蕩器和時(shí)鐘電路 引腳說(shuō)明： ??VCC：電源電壓 ??GND:地 ??P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。當(dāng)對(duì) 0 端口寫(xiě)入 1 時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。 當(dāng) P0 口訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)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(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸出指令字節(jié)在程序校驗(yàn)時(shí)。程序校驗(yàn)時(shí)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(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。當(dāng)對(duì) P1 口寫(xiě) 1 時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。當(dāng)作為輸入端使用時(shí)， P1 口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)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(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。當(dāng)向 P2 口寫(xiě) 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（ IIL）。 P2 口在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如 MOVX ＠ DPTR）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下， P2 口使用強(qiáng)大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出 1 時(shí)。當(dāng)利用 8 位地址線訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)（例 MOVX ＠R1） ,P2 口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。 當(dāng) EPROM 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 口同時(shí)接收高 8 位地址和一些控制信號(hào)。 ??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(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。當(dāng)向 P3 口寫(xiě) 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（ IIL）。 P3 口同時(shí)具有多種特殊功能，具體如下表 1 所示 : ??RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ??ALE/ :當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(dāng)在 Flash 編程時(shí)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(shí)鐘或定時(shí)目的。但也要注意，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 ?? ：程序存儲(chǔ)允許時(shí)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng) AT89C52 執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期 兩次有效，除了當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 將跳過(guò)兩個(gè)信號(hào)。 ?? /VPP:外部訪問(wèn)允許。為了使單片機(jī)能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從0000H 到 FFFH 單元的指令， 必須同 GND