【正文】 片機是AT89S系列中增強型高檔產(chǎn)品，它片內(nèi)存儲器容量是AT89S51的一倍，即片內(nèi)8K的Flash程序存儲器和256B的RAM。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(shè)計使用的AT89S52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”。當上述測量判斷過程直到計數(shù)閘門寬度達到1s(對應的頻率測量范圍為100～999Hz)時測量結(jié)果仍不具有3位有效數(shù)字，頻率計則使用定時方法測量待測信號的周期。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：信號處理單片機信號處理LCD驅(qū)動LCD顯示圖31 頻率計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 頻率計方案概述本頻率計的設(shè)計以AT89S52單片機為核心，利用他內(nèi)部的定時/計數(shù)器完成待測信號周期/頻率的測量。測量結(jié)果的顯示格式采用科學計數(shù)法，即有效數(shù)字乘以10為底的冪。1) AT89S52中斷源AT89S52的中斷系統(tǒng)有8個中斷源，對應有6個中斷矢量。兩個或兩個以上的中斷源同時請求中斷時，主機只響應優(yōu)先級高的中斷請求。AT89S52單片機為定時計數(shù)器設(shè)有特殊功能寄存器TMOD、TCON和T2CON，用于定義他們的工作方式及其控制功能的實現(xiàn)。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。整個電路原理圖的元件清單圖44所示：圖44 頻率計電路元件清單5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計在軟件開發(fā)上我們采用KeilC做為開發(fā)工具，KeilC是WINDOWS平臺下的單片機開發(fā)工具，同時支持C語言和匯編語言編程，考慮到在頻率測量過程中有比較多的數(shù)學運算，所以在編程工具上我們采用了C語言，這樣開發(fā)過程就變的更加輕松了。圖57 在輸出選項中選擇創(chuàng)建二進制代碼文件圖58 將編寫的程序文件進行編譯鏈接⑹ 編譯成功后生成的所有文件如圖59所示。 a[4]=(t/1)%10。 str++。} 定時器中斷服務模塊子程序在頻率測量過程中，我們使用單片機的定式計數(shù)器來實現(xiàn)頻率的測量。 // 開定時器0EA=1。在工作前，要設(shè)置view 菜單下的捕捉對齊和system下的顏色、圖形界面大小等項目。其有點有以下幾點：① 內(nèi)容全面② 硬件投入少，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯③ 學可自行實驗，鍛煉解決實際工程問題的能力④ 實驗過程中損耗小，基本沒有元器件的損耗問題⑤ 與工程實踐最為接近，可以了解實際問題的解決過程⑥ 大量的范例，可供參考處理⑦ 協(xié)作能力的培養(yǎng)和鍛煉Proteus不僅可以作為學校單片機(電子等)實驗的模擬仿真，也可以作為個人工作室的仿真實驗。圖69 頻率計測頻結(jié)果所測試節(jié)點的信號的波形圖如圖610和圖611所示。通過系統(tǒng)實現(xiàn)和論文設(shè)計的過程，是我對基于單片機的頻率計的原理及應用有了更進一步的認識，并且熟練掌握了進行計算機硬件系統(tǒng)設(shè)計的一般原理及方法。這些都將使我的一生受益匪淺！老師的諄諄教誨將令我終身難忘。其中U2和U3組成仿真圖的控制電路，來實現(xiàn)頻率信號與單片機測頻信號的同步。圖63 在器件選擇窗口中選擇所需要的元器件然后，選擇對象選擇窗口中已經(jīng)添加的元器件，將其放到圖形編輯窗口中，并進行單片機仿真圖的設(shè)計。Proteus 還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。TH1=0x3c。\039。 a[i]==39。 //8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示,5*7點陣LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR)。 頻率計程序的建立過程首先運行Keil C軟件，打開之后首先出現(xiàn)如圖52所示畫面：圖52 Keil C運行界面接著按下面的步驟建立項目：⑴ 點擊Project 菜單，選擇下拉式菜單中的New Project，接著彈出一個標準Windows 文件對話窗口，在“文件名”中輸入一個C 程序項目名稱，這里我們用“plj”,“保存”后的文件擴展名為uv2，這是KEILuVision2 項目文件擴展名，以后我們可以直接點擊此文件以打開先前做的項目。當定義為I/O口時，為準雙向I/O口，需外接上拉電阻，在寫入“1”后就成為高阻抗輸入口。GATE：選通控制位。PT1()：定時/計數(shù)器1的中斷優(yōu)先級設(shè)置位。X()：保留位，無意義。如果測量結(jié)果仍不具有3位有效數(shù)字，頻率計則使用定時方法實現(xiàn)頻率測量。 本設(shè)計綜合考慮了頻率測量精度和測量反應時間的要求。完成信號的周期測量后，需要做一次倒數(shù)運算才能獲得信號的頻率。頻率計的工作過程為：定時/計數(shù)器0的計數(shù)寄存器清0，運行控制位TR置1，啟動定時/計數(shù)器工作；同時運行定時/計數(shù)器1定時1s，定時/計數(shù)器0對外部的待測信號進行計數(shù)，定時/計數(shù)器1定時1s時間到TR清0，停止計數(shù)。此外，AT89S52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。這對于降低便攜類產(chǎn)品的功耗十分有用。單片機采用面向控制的指令系統(tǒng)，實時控制功能特別強。到80年代末，世界各地已相繼研制出大約50個系列300多個品種的單片機產(chǎn)品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z8系列，Rockwell公司的6501，6502等。目前,市場上有各種多功能、高精度、高頻率的數(shù)字頻率計,但價格不菲。,單片機的發(fā)展又進入了一個新的階段，單片機的體積更小功能更齊全可靠性更高。 C language 目 錄1 緒 論 1 課題的引入 1 產(chǎn)生背景 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 單片機頻率計設(shè)計的目的及意義 22 AT89S52單片機介紹及其發(fā)展概況 4 單片機的介紹 4 單片機概述 4 單片機的發(fā)展 5 單片機的特點及應用 5 AT89S52系列單片機 6 AT89系列單片機 6 AT89S52系列單片機的基本結(jié)構(gòu) 73 頻率計總體方案設(shè)計 10 頻率計設(shè)計原理 10 頻率檢測實現(xiàn)方法 10 頻率計測頻原理 11 設(shè)計思路及方法 11 頻率計方案概述 12 頻率計的量程自動切換 124 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 14 時鐘信號發(fā)生器 14 AT89S52 控制寄存器 15 AT89S52中斷控制系統(tǒng) 15 AT89S52定時/計數(shù)器的控制 17 LCD1602顯示電路 18 LCD1602的主要技術(shù)參數(shù)及接口說明 19 控制器接口及時序 19 頻率計硬件電路整體設(shè)計 205 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 22 Keil C簡介 22 頻率計程序的建立過程 23 軟件功能模塊設(shè)計 27 LCD初始化設(shè)置模塊 28 浮點數(shù)到ASCII碼轉(zhuǎn)換模塊 28 定時/計數(shù)器初始化模塊 29 定時器中斷服務模塊子程序 296 系統(tǒng)的模擬及仿真 31 Proteus ISIS簡介 31 Proteus ISIS的概況簡介及特點 31 Proteus ISIS的運行概況 31 用Proteus 軟件虛擬單片機實驗的優(yōu)點 32 系統(tǒng)的模擬與仿真過程 33 頻率計系統(tǒng)仿真分析 37結(jié)束語 41致謝 42參考文獻 43II1 緒 論 課題的引入在電子技術(shù)中，頻率是一種計算單位時間內(nèi)的信號變化的數(shù)值的儀器，是最基本的參數(shù)之一，由于頻率信號抗干擾能力強、易于傳輸，可以獲得較高的測量精度，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系。頻率計作為測量儀器的一種，常稱為電子計數(shù)器，它的基本功能是測量信號的頻率和周期頻率計的應用范圍很廣,它不僅應用于一般的簡單儀器測量,而且還廣泛應用于教學、科研、高精度儀器測量、工業(yè)控制等其它領(lǐng)域。此時單片機仍處在初級的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡單的I/O口集成到芯片上，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計算系統(tǒng)。 單片機頻率計設(shè)計的目的及意義在電子技術(shù)中，頻率是一種計算單位時間內(nèi)的信號變化的數(shù)值的儀器，是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。圖21 單片機結(jié)構(gòu)圖雖然單片機只是一個芯片,但無論從組成還是從其邏輯功能上看，都具有微機系統(tǒng)的含義。但其位數(shù)不一定會繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了32位單片機，但使用的并不多。 AT89S52系列單片機ATMEL公司是美國20世紀80年代中期成立并發(fā)展起來的半導體公司。AT89S52單片機是AT89S系列中增強型高檔產(chǎn)品，它片內(nèi)存儲器容量是AT89S51的一倍，即片內(nèi)8K的Flash程序存儲器和256B的RAM。3 頻率計總體方案設(shè)計 頻率計設(shè)計原理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。計數(shù)閘門由軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)，從計數(shù)閘門的最小值(即測量頻率的高量程)開始測量，計數(shù)閘門結(jié)束時TR清0，停止計數(shù)。 設(shè)計思路及方法本頻率計的結(jié)構(gòu)主要包括時鐘信號發(fā)生電路、分頻電路、單片機控制電路和LCD顯示電路組成。使用定時方法實現(xiàn)頻率測量時，外部的待測信號通過頻率計的預處理電路變成寬度等于待測信號周期的方波，該方波同樣加至定時/計數(shù)器的輸入腳。當電路頻率為串聯(lián)諧振頻率時，晶體的等效電抗接近零(發(fā)生串聯(lián)諧振)，串聯(lián)諧振頻率信號最容易通過閉環(huán)回路，這個頻率信號通過兩級反相后形成反饋振蕩，晶體同時也擔任著選頻作用，在工作于串聯(lián)諧振狀態(tài)的振蕩電路，它的頻率取決于晶體本身具有的頻率參數(shù)。從上可見AT89S52的中斷響應為兩級控制，EA為總的中斷響應控制位，各對應的中斷源還有中斷響應控制位。因此，既可用于定時方式，又可用于對外部事件的計數(shù)方式，對于定時/計數(shù)器2還有“捕獲”方式。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端。當由外部時鐘源提供時鐘信號時，則本引腳浮空。這是Keil的C語法檢查生效，單詞呈現(xiàn)不同顏色。 //取得整數(shù)值到數(shù)組 a[1]=(t/1000)%10。 ji。 //定時器1是16位定時器方式，定時器0是16為計數(shù)器方式IP=0x08。 TL0=0x00。④ 具有強大的原理圖繪制功能。在執(zhí)行了start / restart debuging命令后，在debug菜單的下面要出現(xiàn)仿真中所涉及到的軟件列表和單片機的系統(tǒng)資源等，可供調(diào)試時分析和查看。圖68 頻率計仿真測試圖示波器有四個通道，從上至下依次為通道A、B、C、D。歸納起來，在整個論文的設(shè)計中，首先介紹了頻率計的產(chǎn)生背景以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，并針對其優(yōu)缺點提出了進行基于單片機的頻率計設(shè)計的目的及意義。最后，我要感謝所有在我論文完成過程中給予了幫助和關(guān)心的朋友。頻率計廣泛采用了高速集成電路和大規(guī)模集成電路，使儀器在小型化、耗電、可靠性等方面都發(fā)生了重大的變化。圖66 為單片機加載二進制代碼最后，在單片機的屬性窗口中為其添加系統(tǒng)時鐘頻率為3MHZ,則對應的機器周期為250ms。對于單片機硬件電路和軟件的調(diào)試，Proteus提供了兩種方法：一種是系統(tǒng)總體執(zhí)行效果，一種是對軟件的分步調(diào)試以看具體的執(zhí)行情況。② 支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。if(flag)P3=P3|15。 //關(guān)總中斷TR0=0。amp。 //AC遞增, 畫面不動} 浮點數(shù)到ASCII碼轉(zhuǎn)換模塊在LCD1602的顯示中，數(shù)據(jù)是以ASCII碼的形式在屏幕上顯示出來的，而通過系統(tǒng)測量出的頻率值為浮點數(shù)形式，因此必須將浮點數(shù)形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為ASCII碼的形式才能顯示出來。圖55 選擇所需要的單片機類型⑶ 首先我們要在項目中創(chuàng)建新的程序文件。XTAL1(19腳)：外接晶振時，接外部晶振的一個引腳。整個系統(tǒng)的設(shè)計最終結(jié)果都要通過顯示器來反應出來。 AT89S52定時/計數(shù)器的控制AT89S52片內(nèi)集成了3個16位定時/計數(shù)器，定時/計數(shù)器0和1是通用的定時計數(shù)器，定時計數(shù)器2集定時、計數(shù)和捕獲三種功能于一體，功能更強。ET1()：定時/計數(shù)器1回0溢出或捕獲中斷響應控制。4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計本頻率計的硬件電路主要由時鐘信號發(fā)生器、頻率計控制電路和LCD顯示電路組成。這時用方波作計數(shù)閘門，當待測信號的頻率＝100Hz，周期為10ms，使用12MHz時鐘時的最小計數(shù)值為10000，完全滿足測量精度的要求。待測信號周期的3個字節(jié)定點數(shù)通過截取高16位、設(shè)置數(shù)符和計算階碼轉(zhuǎn)換為上述格式的浮點數(shù)。2) 定時法測頻率使用定時方法實現(xiàn)頻率測量時，外部的待測信號通過頻率計的分頻器二分頻變成寬度等于待測信號周期的方波，該方波加至定時/計數(shù)器1的輸入腳，及外部中斷INT1口，由INT1口高電平和軟件置位TR1，同時控制啟動定時/計數(shù)器1對單片機的機器周期的計數(shù)，并檢測方波高電平是否結(jié)束；當判定高電平結(jié)束時TR1清0，停止計數(shù)，然后從計數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù)。2) AT89S52單片機的幾種封裝形式AT89S52其有效引腳為40條，具有PDIP、TQFP、PLCC三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。⑤ 高標準的質(zhì)量檢測ATMEL公司能夠?qū)Ω鞣N集成電路進行嚴格且高標準的質(zhì)量檢測。2) 單片機的應用領(lǐng)域單片機由于其體積小、功耗低、價格低廉，而且具有邏輯判斷、定時計數(shù)、程序控制等多種功能，廣泛應用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、家用電器、智能玩具、通信系統(tǒng)、機械加工等領(lǐng)域。繼8位單片機之后，又出現(xiàn)了16位單片機，1983年Intel公司推出的MCS96系列單片機就是其中的典型