【正文】 結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率測量在科技研究和實際應(yīng)用中的作用日益重要。而采用單片機和相關(guān)可編程智能集成器件制成的現(xiàn)代數(shù)字頻率計情況就不同了，單片機的內(nèi)核 CPU 可完成多項工作如計數(shù)、讀入、譯碼、驅(qū)動和時基的產(chǎn)生等。運用單片機和高速計數(shù)器的組合設(shè)計頻率計，并采用適當?shù)乃惴ㄈ〈鷤鹘y(tǒng)電路，這種方法不僅能解決傳統(tǒng)頻率計結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、精度不高的弊端，而且性能也將大有提高，可實現(xiàn)精度較高、等精度和寬范圍頻率計的要求。 參數(shù)要求 電源： 直流 5V 顯示： 五位數(shù)碼管動態(tài)顯示 測量誤差： ≤177。若在一定的時間間隔 T 內(nèi)累計周期性的重復(fù)變化次數(shù) N，則頻率的表達式為式： TNfx? （ ） 圖 說明了測頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。 1 之間。通過計算，對 1KHZ 以下的信號用測頻法，反應(yīng)的時間長于或等于 10S 。 1 量化誤差，在不計其他誤差影響的情況下，測量精度將為： （ ） 應(yīng)當指出，測量頻率時所產(chǎn)生的誤差是由 N 和 T 倆個參數(shù)所決定的，一方面是NfA 1)( ??西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 單位時間內(nèi)計數(shù)脈沖個數(shù)越多時，精度越高，另一方面 T 越穩(wěn)定時，精度越高。這種方法的缺陷是受限于單片機計數(shù)的晶振頻率。前一個機器周期測出“ 1”，后一個周期測出“ 0”。該方法是單片機使用外部計數(shù)器對脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機讀取。因此通過對這兩種方案優(yōu)缺點的比較，本次設(shè)計選取方案一，因為其硬件結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性、可靠性高，易于實現(xiàn)，而且從軟件編程方面也可以盡量減少誤差，提高精度。定時 /計數(shù)器 T0 與 T1 的核心都是 16位的加 1 計數(shù)器， TH0 與 TL0 構(gòu)成在構(gòu)成定時 /計數(shù)器 T0 加 1 計數(shù)器的高 8 位和低8 位； TH1 與 TL1 構(gòu)成在構(gòu)成定時 /計數(shù)器 T1 加 1 計數(shù)器的高 8 位和低 8 位。外部輸入每個機器周期被采樣一次，這樣檢測一次從 1 到0 的跳變至少需要 2 個機器周期（ 24 個振蕩周期），所以最大計數(shù)速率為時鐘頻率的 1/24。T0 計數(shù)器對輸入的信號經(jīng)行計數(shù)。由于要盡可能的使用最少的元件，在滿足設(shè)計要求的前提下，我盡可能的減少了元器件的使用。 系統(tǒng)硬件模塊關(guān)系 系統(tǒng)總體 系統(tǒng)總體分為：中央控制芯片，時鐘電路，復(fù)位電路，顯示電路等部分。此外 ， AT89C51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 時 鐘 電 路 復(fù)位電路 AT89C51 單片機 電源電路 數(shù) 碼 管 顯 示 輸 入 信 號 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 AT89C51 引腳分布圖 P0： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口 ，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P1： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 RXD（串行輸入口） （串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0（計時器 0 外部輸入） T1（計時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些 控制信號。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR 8EH 地址上置 0。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 表 單片機 I/O 口分配表 開始鍵 信號采集 ~ 數(shù)碼管位選通端 ~ 數(shù)碼管段碼 頻率顯示電路 頻率顯示電路如圖 所示。為了保證各部件的同步工作，單內(nèi)部電路應(yīng)在唯一的時鐘信號下嚴格按時序進行工作。 其電路圖如圖 所示。 電源電路 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波及穩(wěn)壓電路所組成。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。在本次設(shè)計中采用了 LED 顯示器，即數(shù)碼管。共陽 極 數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼 管，共陽 極 數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動 5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40根I/O 端口來驅(qū)動，要知道一個 AT89C51單片機可用的 I/O 端口才 32個，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 本次設(shè)計采用了共陰極結(jié)構(gòu)動態(tài)顯示數(shù)碼管。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 數(shù)碼管接線圖 輸入信號的要求 定時 /計數(shù)器的作用是用來精確地確定某一段時間間隔（作為定時器用）或累計外部輸入的脈沖個數(shù)（作為計數(shù) 器用）。由于定時的精度決定于輸入脈沖的周期，因此當需要高分辨率的定時時，應(yīng)盡量選用頻率較高的晶振。對于外部輸入信號的占空比并沒有什么西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 限制，但為了確保某一給定的電平在變化之前能被采樣一次，則這一電平至少要保持一個機器周期。最終的硬件電路圖如圖 所示。 C 語言也是目前使用最廣的單片機應(yīng)用系統(tǒng)編程語言。 程序的流程圖 定時 0 中斷的流程圖如圖 所示。//先關(guān)閉所有數(shù)碼管 P0=dispcode[dispbuf[dispcount]]。y=100) { P0=dispcod1[dispbuf[5]]。//掃描完第 4 個，回頭掃描第 0 個 ｝ 頻率計主程序 數(shù)字頻率計的主程序詳見附錄 B。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 低頻仿真 選取了一個中間頻率 700Hz，其仿真結(jié)果如圖 所示。加深了上課時所學(xué)的有關(guān)于中斷系統(tǒng)、存儲器、 I/O 端口、時鐘電路、復(fù)位方式等等環(huán)節(jié)的認識，不再對其一知半解或者毫無頭緒了，并深深意識到了自己所學(xué)知識的局限性。 由于查閱了許多英文資料，且使用的相關(guān)編譯與仿真軟件全部為英文，我感到自己的英文水品還有待于進一步提高。但是通過自己和與同學(xué)老師的努力，許多問題都最終被解決了。感謝西京學(xué)院為我提供了一個學(xué)習(xí)深造的機會。當我在硬件調(diào)試中遇到問題困惑不解時，何教授淵博的單片機知識和豐富的經(jīng)驗，給了我莫大的幫助，讓我越發(fā)對單片機世界向往。//定義數(shù)碼管位選碼 unsigned char code dispcod1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}。 unsigned char temp[8]。// 定時器 5ms 中斷的次數(shù) bit flag。//定時器 0 初值高 8 位為 0 TL0=0。//啟動定時器 1 TR0=1。//開總中斷 } /**********初始化模塊 **********/ void main(void) { 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 unsigned char i。//獲得整型的頻率值。 if(x999) { dispbuf[0]=11。 dispbuf[1]=8。//暫存緩沖區(qū)清零 } i=2。 } temp[i]=x。 } else break。//將暫存數(shù)組的數(shù)據(jù)賦給顯示數(shù)組 } timecount=0。//定時器 0 初值清零 TR0=1。//重裝初值 timecount++。//置標志位通知主程序 1s 已到 } /**********數(shù)碼管掃描部分 **********/ P2=0xff。amp。//下一次應(yīng)該掃描下一位數(shù)碼管所 以要加一 if(dispcount==5) //因為共有 5 個數(shù)碼管 { dispcount=0。 P2=dispbit[dispcount]。//先確定相應(yīng)數(shù)碼管的段碼，送入段碼 P2=dispbit[dispcount]。//關(guān)閉定時器 0，為了讀出定時器 0 計數(shù)個數(shù) timecount=0。//計數(shù)加一 } void t1(void) interrupt 3 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 { TH1=(655365000)/256。//計數(shù)清零 TH0=0。i8。i2。 x=x/10。i8。 } if(x499999) { x=888888。 dispbuf[0]=12。 /**********信號頻率測量 **********/ while(1) { if(flag==1) //如果定時時間到了 1s { flag=0。//開定時器 0 中斷 ET1=1。//定時器 1 初值高 8 位 TL1=(655365000)%256。//定義變量用來存放頻率值 /**********初始化模塊 **********/ void chushihua(void) { TMOD=0x15。// 掃描位的記錄 unsigned char T0count。 unsigned char dispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,0,0}。 圖 系統(tǒng)硬件電路圖 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 附錄 B 元器件清單 元器件清單表如圖 所示。最后感謝這次畢業(yè)設(shè)計中我的指導(dǎo)老師何景峰教授。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 致 謝 四年的時間匆匆而過，在這即將離開學(xué)校的時刻，不禁讓我想起了四年來學(xué)校對我的照顧和關(guān)懷。這更加激發(fā)了我學(xué)習(xí)英語的熱情。在查閱