【文章內(nèi)容簡介】 是 12MHz,它的最大計數(shù)數(shù)率為 500K，而我所測的信號頻率范圍到了 2MHz，所以我們只能通過分頻 電路來將我們所測的頻率范圍變得更為寬廣，便于我們所測多種數(shù)字頻率的大小，達到本次設(shè)計的頻率設(shè)計要求。單片機控制電路模塊是該數(shù)字頻率計的核心所在，我們先是根據(jù)頻率計的原理即單位時間內(nèi)所計的脈沖個數(shù)，于是我們要產(chǎn)生標準的秒脈沖信號，這個功能我們就由單片機內(nèi)部 2個 16的定時 /計數(shù)功能來實現(xiàn)。我們先由單片機的中斷功能，每 100ms產(chǎn)生一次中斷，中斷 10次便得到了我們所要測的標準秒脈沖；接著我們使用單片機的計數(shù)功能，對每一個秒鐘脈沖進行計數(shù)，所計的數(shù)據(jù)即為該測信號的頻率 。 從系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)上來看，主要使用到 AT89C51單片機、 74LVC16 74HC15 74LVC04,數(shù)碼管、 發(fā)光二極管 等。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 從系統(tǒng)軟件設(shè)計角度來看，頻率計的軟件編著采用流程圖方法設(shè)計。將程序分為如下 5個模塊： 系統(tǒng) 初始化程序模塊、中斷 定時 程序模塊、 計數(shù)器 控制模塊、 檔位控制模塊、 頻率計顯示模塊等等。 中斷程序模塊由中斷定時方式與中斷計數(shù)方式相結(jié)合，定時標準的秒脈沖、測到相應(yīng)的頻率及量程功能的切換。矩形波產(chǎn)生原理方式來看，通過放大整形電路來產(chǎn)生矩形波脈沖。經(jīng)分頻電路分頻后實現(xiàn)了量程的選擇。單片機內(nèi)部的定時器來產(chǎn)生標準的時間T，通過測時間 T內(nèi)所計到的脈沖 數(shù)量，將所計的脈沖數(shù)量值顯示到數(shù)碼管上，由公式f=N/T測得待測信號的頻率。 單片機概述 AT89C51 介紹 AT89C51集成了計算機的所有基本功能部件，包括中央處理器（ CPU）、存儲器（ RAM和 ROM） I/O口 、中斷 定時 系統(tǒng)、定時 、 計數(shù)器和串行通信接口電路等。因此單片機只需要與適當?shù)能浖斑m當?shù)耐獠吭O(shè)備相結(jié)合，就可以構(gòu)成一個完整的計算機應(yīng)用系統(tǒng)，單片微型計算機（ Single Chip MicroComputer,SCMC）簡稱單片機?！皢纹瑱C”一詞真實的反映了單片機的形態(tài)和本質(zhì) [2]。 經(jīng)濟的發(fā)展，科技的進步，人們生活水平的迅速提高，單片機的應(yīng)用越來廣泛，近年來，它廣泛應(yīng)用于航空航天 技術(shù) 、電子產(chǎn)品、雙控、電子儀器、微電子、 FPGA、 CPLD、電子技術(shù)學科 等各個領(lǐng)域， 隨著社會的發(fā)展，人們的智商也突飛猛進的提高，目前單片機的功能越來越強大，應(yīng)用于各行各業(yè)，以單片機為核心及相關(guān)外圍電路來控制電子器，這一項新技術(shù)變得非常普遍，因此，當前許多廠家致力于提高電子 元器件的功能，現(xiàn)在的產(chǎn)品穩(wěn)定度強，精度高，功耗低，價格合理 ， 在工作環(huán)境適當?shù)那闆r下 ，盡可能 研發(fā)出功能強大的 單片機技術(shù) 來設(shè)計更多有利于人類的 產(chǎn)品 ， 這樣一來，使得單片機技術(shù)越來越先進 。 從單一到有點難度，從宇宙，陸地到大海，都有 MCU的身影 。 現(xiàn)在，越來越多的電子產(chǎn)品都采用數(shù)字化，用單片機來控制。微控制器的應(yīng)用有眾 多功能如 智能化的幫助，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，工作環(huán)境的改善，降低能源和材料消耗，安全的確保。 以 前的電子線路 大都數(shù)用大量的電子元器來實現(xiàn)， 運用 也比較 廣泛， 如今，經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技的迅速提高，大多數(shù)的 人們采用 CPU控制，編寫實現(xiàn)功能的程序，來完成相應(yīng)的功能。軟件實現(xiàn)的功能越來越強大，人們只需修改相應(yīng)的程序便能代替從前的硬件電路。可想而知，在軟件的幫 助下，電子器件越來越先進，由軟件來代替相應(yīng)的硬件電路 便成為一種潮流，軟件控制技術(shù) 是 一種 新形的設(shè)計方法 ，是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨單片機應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實。 簡易 數(shù)字頻率計 系統(tǒng)就是以單片機為主要 核心 器件設(shè)計的一個 頻率計 ，這只是單片機應(yīng)用的一個 很小 點，由點及面，希望可以更好的 掌握 和應(yīng)用單片機 系統(tǒng) 技術(shù)。之所以湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 以 頻率計 為選題，目的在于從日常生活能接觸到的細微處著手，通過理論與實踐 相 結(jié)合，活學活用 ，在實踐中 找出課本上所學到的不足，針對自己的實際理論情況給予系統(tǒng)分析 ，對 當今迅 速發(fā)展的單片機應(yīng)用技術(shù) 有了更 強的 理性認識 和感性認識 ，使理論和實踐相得益彰。通過 數(shù)字 頻率計 這個選題， 使我 更深層次的了解了單片機技術(shù)，以前只是 純 理論，實踐的機會不是很多，在作單片機 頻率計 這個選題的過程中，更加熟練的掌握了一些單片機芯片的應(yīng)用，也解決了很多以前理論和實踐脫節(jié)的問題，可謂對單片機的認識有了一個小的飛躍。 AT89C51是一種低電壓，高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。該器件采用 Atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容 [3]， 外形及引腳排列如圖 。 （ a）單片機外形圖 （ b） 單片機的引腳排列 89C51單片機引腳結(jié)構(gòu) 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 AT89C51 分類 51系列單片機是美國 Intel公司于 1890年推出的一種八位單片機系列。 MCS51系列單片機已經(jīng)有很多品種，可分為基本型和增強型兩大系列： 51子系列和 52子系列，以芯片型號最末位的數(shù)字作為標志 [4]。 如 表 。 表 MCS51系列單片機分類表 分 類 芯片 型號 存儲器類型及容量 片內(nèi)其他功能單元數(shù)量 ROM RAM 并行口 串行口 定時器 中斷源 51子系列 8031/80C31 無 256B 4個 1個 2個 5個 8051/80C51 4KB 256B 4個 1個 2個 5個 8751/87C51 4KB EPROM 256B 4個 1個 2個 5個 89C51/89S51 4KB Flash 256B 4個 1個 2個 5個 52子系列 8032/80C32 無 256B 4個 1個 3個 6個 8052/80C52 8KB 256B 4個 1個 3個 6個 8752/87C52 8KB EPROM 256B 4個 1個 3個 6個 89C52/89S52 8KB Flash 256B 4個 1個 3個 6個 AT89C51 測頻應(yīng)用中的管腳分配 （ 1） VCC：供電 5V電壓。 （ 2） GND：接地。 （ 3） P0口： P0口為一個 8位雙向 I/O口，每腳可吸收 8路 TTL門電流。 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲 器 ， 它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 （ 4） P1口： 8位，它既可以做準雙向 I/O口又可以做普通 I/O口， 基本功能如表 。 P1口的基本功能表 引腳號 基本 功能 T2(定時器 /計數(shù)器 )，時鐘輸出 口 T2 (定時器 /計數(shù)器 T2的捕捉 ) MOSI MISO SCK 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 （ 5） P2口： P2口可以做通用 I/O口，又可以做地址總線口，內(nèi)部自帶上拉電阻，和P1口一樣，具有 8位，做通用 I/O時，功能與 P1口功能類似，且外接 I/O設(shè)備；當做地址總 線口時，在中央處理器控制下，使 P2口引腳輸出地址為 a8a15。 （ 6） P3口： P3口可以做準雙向 I/O口，又可以做通用 I/O口，且是一個雙功能口，當作第一功能時， P1口與 P2口功能類似，此時雙功能口輸出保持為 1， CPU將 1寫入鎖存器，當作第二功能時，與非門輸出為低電平，場效應(yīng)管 T截止，輸出引腳拉成 1，輸出‘ 0’時， CPU將‘ 0’ 寫入鎖存器，與非門輸出高電平， T導通，引腳輸出為‘ 0’ 。 可接收輸出 4個 TTL門電流 ， 當 P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入 ， P3的基本功能表如表 。 P3口的基本功能表 引腳號 第二功能 RXD（接收） TXD (發(fā)送 ) INT0 INT1 T0 T1 WR RD （ 7） RST： 手動復位和上電復位兩種， AT89C51是高電平復位；當 AT89C51為低電平時， 復位 退出，單片機從初試狀態(tài)開始工作。 （ 8） ALE/PROG： 平常階段 ， ALE輸出頻率 不變的 脈沖信號，此頻率為振蕩頻率的 1/6。 所以 它可 作為 脈沖 輸出使用 或 作為外部 定時。 當然也必須意識到 ： 當它用作 數(shù)據(jù) 存儲器時， 便不經(jīng)過 ALE脈沖。 若不打算 ALE工作， 可 將 SFR地址 清 0。此時， ALE便只能 執(zhí)行 MOVX指念 ， MOVC指令 對 ALE才 有 作用。 （ 9） /PSEN：外部程序存儲器的 讀 選通信號 ， 當其為 低電平 時， /PSEN才工作有效 。當 /PSEN由外部程序存儲器取 指令時 ，每 來二 個機器周期 ， /PSEN工作才 有效。 （ 10） /EA/VPP： /EA為片外程序存儲器訪問允許控制信號輸入端， 當其為 低電平 時，/EA才 有效 ，且 只 接收 訪問片外程序存儲器。 VPP為 其 第二功能 引腳 ， 在設(shè)計者 編程 時，湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 才 使能 作為 電壓輸入端。 它的使用電壓接 +12V電源 。 （ 11） XTAL1： （ 19腳） 接晶振和電容的一端。在單片機內(nèi)部它是一個反向放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部時鐘時，此引腳作為外部時鐘輸入端。 （ 12） XTAL2： （ 20腳） 接晶振和電容的另一端。在單片機內(nèi)部它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶振的固有頻率。當采用外部時鐘時該引腳懸空。有時可以通過示波器來觀察 XTAL2是否有脈沖輸出來判斷單片機的振蕩電路是否正常工作 [5]。 AT89C51 存儲器 （ 1）程序存儲器：程序存儲器用于存放用戶的目標程序和 表格常數(shù)，它以程序計數(shù)器 PC作為地址指針， 89C51單片機 的 程序存儲器，當 /EA為高電平 時，低 4KB地址(0000H0FFFH)指向片內(nèi)程序存儲器，當 /EA為低電平時，指向片外程序存儲器空間。在程序存儲器的開始部分，定義了一段具有特殊功能的地址，用程序起始和中斷的入口 [6]，如表 。 表 單片機復位和中斷入口地址 入口地址 功能說明 0000H 單片機復位后， PC=0000H開始執(zhí)行指令 0003H 外部中斷 0（對應(yīng) ） 000BH T0溢出中斷（對應(yīng) ） 0013H 外部中斷 1（對應(yīng) ） 001BH T1溢出中斷（對應(yīng) ） 0023H 串行口中斷（對應(yīng) ） 程序存儲器的 0000H地址是單片機系統(tǒng)復位后的程序起始入口地址，使用時應(yīng)在該地址中放一條無條件跳轉(zhuǎn)指令，是程序無條件的跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計的主程序入口地址。另外，通常在相應(yīng)的中斷入口地址放置一條無條件跳轉(zhuǎn)指令，是程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷服務(wù)程序的起始地址處。 （ 2）數(shù)據(jù)存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 RAM用于暫存數(shù)據(jù)和運算結(jié)果等。數(shù)據(jù)存儲器分片內(nèi) RAM和片外 RAM兩種。二者的 地址空間相互獨立，各自有不同的訪問指令。片外 RAM最大地址空間是 64KB，地址為 0000H～ FFFFH，通過 R0、 R1和 DPTR間接尋址，用 MOVX指令訪問。片內(nèi) RAM地址范圍是 00H～ FFH，用 MOV指令訪問。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 片內(nèi) RAM 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器可以劃分為兩塊： 00H～ 7FH 為內(nèi)部低 128 字節(jié)； 80H～ FFH 為特殊功能寄存器（ SFR， Special Function Register）。 89C51 片內(nèi)低 128 字節(jié)的地址分配如表 所示。它可以劃分為三個區(qū)域，即工作寄存器區(qū)、可位尋址區(qū)和用戶 RAM 區(qū) [7]。 表 片內(nèi) RAM低 128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器結(jié)構(gòu) RAM地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 區(qū)域 7FH～ 30H 用戶 RAM區(qū) 2FH 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 可位尋址區(qū) 2EH 77 76 75 74 73 72 71 70 2DH 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 2CH 67 66 65 64 63 62 61 60 2BH 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 2AH 57 56 55 54 53 52 51 50 29H 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 28H 47 46 45 44 43 42 41 40 27H 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 26H 37 36 35 34 33 32 31 30 25H 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 24H 27 26 25 24 23 22 21 20 23H 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 22H 17 16 15 14 13 12 11 10 21H 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 20H 07 06 05 04 03 02 01 00 1FH～