中北大學單片機數(shù)字頻率計課程設計(已修改)
2025-08-22 20:52 本頁面
【正文】 中北大學信息商務學院 單片機課程設計說明 書 第 1 頁 共 15 頁 1. 緒論 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。 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。 任務分析與設計思路 頻率的測 量實際上就是在 1s 時間內(nèi)對信號進行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻率。在本次設計使用的 AT89C51 單片機，本身自帶有定時器和計數(shù)器，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)，定時 /計數(shù)器的工作由相應的運行控制位 TR 控制 ,當 TR 置 1,定時 /計數(shù)器開始計數(shù) 。當 TR 清 0,停止計數(shù)。在定時 1s 里，計數(shù)器計的脈沖數(shù)就是頻率數(shù)，但是由于 1s 超過了 AT89C51 的最大定時，因此我們采用 50ms 定時，在 50ms 內(nèi)的脈沖數(shù)乘以 14 就得到頻率數(shù)，再轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)出即可。 基本設計原理 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方波的頻率進行自動的測量。 單片機在采用了 12MHz 的晶體振蕩器，采用定時和計數(shù)相結(jié)合的方法，選用定時／計數(shù)器 TO 作定時器，工作方式 1 產(chǎn)生 50ms 的定時，再用軟件計數(shù)方式對它計數(shù) 20 次，就可得到一秒的定時，然后通過 74HC4511 譯碼器將顯示管驅(qū)動以顯示初測量結(jié)果。 2. 硬件系統(tǒng)設計 中北大學信息商務學院 單片機課程設計說明 書 第 2 頁 共 15 頁 系統(tǒng)硬件的構(gòu)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 為以下五個模塊：晶振電路、復位電路、譯碼轉(zhuǎn)換、單片機系統(tǒng)、數(shù)碼顯示模塊。各模塊關系圖如圖 1 所示。 A T 8 9 C 5 1晶 振 電 路復 位 電 路譯 碼 管 數(shù) 碼 管譯 碼 管 數(shù) 碼 管譯 碼 管 數(shù) 碼 管譯 碼 管 數(shù) 碼 管輸 入 信 號X T A LR T SP 3P 1P 2 圖 1 系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)硬件各模塊簡介 晶振電路和復位電路 XTAL1 與 XTAL2 管腳接兩個 22pF 電容和 12MHz 晶振構(gòu)成時鐘電路。 RST 管腳接 10kΩ電阻， 20μ F 電容上電復位電路。 AT89C51 單片機 本設計采用的是 AT89C51 單片機，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(gòu)，一個雙工的串行口 ,片上震蕩器和時鐘電路。 設計中主要用到 P2 端口與 74HC4511 譯碼器連接輸出待顯示的個位與十位的中北大學信息商務學院 單片機課程設計說明 書 第 3 頁 共 15 頁 數(shù)據(jù)， P1 端口與 74HC4511 譯碼器連接輸出頻率計的百位和千位， P3 端口連接信號輸入電路。 P3 是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向的 I/O 端口，它的輸出緩沖能驅(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）。 譯碼顯示 74HC4511 譯碼器是 4 線七段譯碼驅(qū)動器，在設計中用它來譯碼并且驅(qū)動數(shù)碼顯示管來顯示數(shù)值，共需要 4 個 74HC4511 和 4 個七段顯示數(shù)碼管。 89C51 單片機P2 端口與 74HC4511 譯碼器連接輸出待顯示的個位與十位的值， P1 端口與74HC4511 譯碼器連接輸出頻率計的百位和千位的值。 系統(tǒng)硬件電路圖 A7B1C2D6LT3BI4L E /S T B5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U17 4 HC 4 5 1 1A7B1C2D6LT3BI4L E /S T B5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U27 4 HC 4 5 1 1A7B1C2D6
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