頻率計課程設(shè)計 (2)

1、<p><b>　　頻率計課程設(shè)計</b></p><p>　　學院名稱： 電氣信息工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 電 子 </p><p>　　班 級： </p><p>

2、;　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導老師： </p><p>　　設(shè)計時間： 2011年 9月 </p><p&

3、gt;<b>　　數(shù)字頻率計</b></p><p>　　數(shù)字頻率計數(shù)器是測量信號頻率的裝置, 也可以用來測量方波脈沖的脈寬通常頻率以數(shù)字形式直接顯示出來, 簡便易讀, 即所謂的數(shù)字頻率計頻率測量對生產(chǎn)過程監(jiān)控有很重要的作用, 可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行中的異常情況, 以便迅速作出處理,傳統(tǒng)的頻率計采用測頻法測量頻率, 通常由組合電路和時序電路等大量的硬件電路構(gòu)成, 產(chǎn)品不但體積較大, 運行速度慢,

4、而且測量低頻信號時不宜直接采用基于單片機技術(shù),而數(shù)字式頻率計數(shù)器具有操作簡單方便、響應速度快、體積小等一系列優(yōu)點, 可以及時準確地測量低頻信號的頻率。</p><p>　　1、數(shù)字頻率計與單片機</p><p>　　數(shù)字頻率計是數(shù)字電路中的一個典型應用, 實際的硬件設(shè)計用到的器件較多, 連線比較復雜, 而且會產(chǎn)生比較大的延時, 造成測量誤差、可靠性差。隨著復雜可編程邏輯器件( CPLD)

5、和功能越來越強大的單片機的廣泛應用。數(shù)字頻率計是一種用十進制數(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、尖脈沖信號及其他各種單位時間內(nèi)變化的物量。在AT89C51 單片機上實現(xiàn)的頻率計, 整個系統(tǒng)非常精簡, 而且具有靈活的現(xiàn)場可更改性。在不更改硬件電路的基礎(chǔ)上, 對系統(tǒng)進行各種改進還可以進一步提高系統(tǒng)的性能。該數(shù)字頻率計具有高速、精確、可靠、抗干擾性強和現(xiàn)場可編程等優(yōu)點。</p><p

6、><b>　　2、技術(shù)指標</b></p><p>　　輸入脈沖幅度：0—5V</p><p>　　頻率測量范圍：100—100000Hz</p><p><b>　　測量精度：±1%</b></p><p>　　顯示方式：四位數(shù)字顯示</p><p><

7、;b>　　3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計</b></p><p><b>　　硬件電路圖</b></p><p>　　圖2 硬件管腳圖</p><p>　　1、其具體連接

8、方法如下：</p><p>　　P3．4口(即T0)接輸入脈沖信號。</p><p>　　XTAL1與XTAL2管腳接兩個20pF電容和12 MHz晶振構(gòu)成時鐘電路。 RST管腳接510Ω電阻，10 μF電容及復位開關(guān)構(gòu)成人工復位電路。P2.4—P2.1接驅(qū)動7407的四個輸入端，四個輸出端接數(shù)碼管的位選通端。</p><p>　　P0.0—P0.7接數(shù)碼管的段選

9、線。</p><p><b>　　2、元件參數(shù)如下</b></p><p>　　R1=R2=510Ω，C1=C2=10uf，C3=C4=20pf。一片74ls00接成非門使用，用于整形。一片7407用于驅(qū)動數(shù)碼管。四個共陰極數(shù)碼管，一個8路排阻，阻值為330Ω。</p><p>　　共陰級八段數(shù)碼管圖如圖</p><p>

10、;　　各模塊電路的實現(xiàn)及其功能</p><p><b>　　1、信號發(fā)生模塊</b></p><p>　　利用電容的充放電，產(chǎn)生近似矩形波的波形，再經(jīng)非門整形，就可以得到標準的矩形波，若波形不夠標準，可多接入幾個非門。頻率計算公式為：</p><p>　　f=1/2.2*R2*C2

11、 (1)</p><p>　　計算得到f=190Hz，但由于元件本身并不標準，且有較大誤差，以及接入電路后存在的一些干擾，從示波器實測得到的頻率為195HZ。</p><p><b>　　單片機系統(tǒng)模塊</b></p><p>　　選擇單片機是因為有編程靈活、易調(diào)試的特點，而且它的引腳較多，利于電路的設(shè)計。它內(nèi)部集成了CPU，

12、RAM，ROM，定時器／計數(shù)器和多功能I／0口等一臺計算機所需的基本功能部件。晶振由外部接入，各個并行口可直接使用，故直接接數(shù)碼管的段選線，使得硬件設(shè)計易于實現(xiàn)，且簡化了程序。單片機的主要功能就是定時一秒鐘，統(tǒng)計被測信號的周期個數(shù)，在轉(zhuǎn)換、存儲、送給單片機的并行口和驅(qū)動7407。</p><p><b>　　數(shù)碼管顯示模塊</b></p><p>　　LED顯示器采用

13、動態(tài)顯示方式。顯示時將所有位的段選線相應的并聯(lián)在一起，由一個8位I／O口即P0口控制，形成段選線的多路復用。驅(qū)動器7407連接位選部分，由P2.4—p2.1口控制。由于各位的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對各位來說都是相同的。同一時刻，如果各個位選線都處于選通狀態(tài)的話，四位的LED將顯示相同的字符。要各位LDE能夠顯示出與本位相應的顯示字符，就須采用掃描顯示方式。即在同一時刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同

14、時，段選線上輸出相應位要顯示字型碼，這樣同一時刻，四位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其他三位則是熄滅的。而在下一刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段選線上輸出相應位將要顯示字符的字符碼。</p><p>　　這樣循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而且同一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于人眼有視覺殘留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔

15、足夠短，則可造成多位同時亮的效果。所以數(shù)碼管的作用就是動態(tài)顯示頻率值。</p><p><b>　　軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　1）主程序框圖</b></p><p>　　主程序中包含初始化，二十進制轉(zhuǎn)換程序和壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD碼程序。其中二十進制轉(zhuǎn)換程序和壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD碼程序

16、是：</p><p>　　圖3 主程序框圖</p><p>　　2）數(shù)碼管顯示的調(diào)用函數(shù)</p><p>　　當頻率低于10KHz時，調(diào)用函數(shù)有四個，QIANW調(diào)用函數(shù)、BAIW調(diào)用函數(shù)、SHIW調(diào)用函數(shù)、GEW調(diào)用函數(shù)，分別對應數(shù)碼管的從左到右四位。當頻率不低于10KHz時，調(diào)用函數(shù)也有四個，QIANW1調(diào)用函數(shù)、BAIW1調(diào)用函數(shù)、SHIW1調(diào)用函數(shù)、GEW

17、1調(diào)用函數(shù)，分別對應數(shù)碼管的從左到右四位。TAB和TAB1是供查表用的。</p><p>　　TAB:DB 77H,41H,3BH,6BH,4DH,6EH,7EH,43H,7FH,6FH</p><p>　　TAB1:DB 0F7H,0C1H,0BBH,0EBH,0CDH,0EEH,0FEH,0C3H,0FFH,0EFH</p><p><b>　　3）中

18、斷函數(shù)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　動態(tài)掃描顯示時間是由定時器1決定的，每中斷一次，則顯示一個數(shù)碼管，依次從左往右顯示。中斷函數(shù)主要負責調(diào)用顯示程序和存儲計數(shù)得到的頻率值。</p><p><b>　　四、軟件源程序代碼</b></p><p>　　數(shù)字頻率計的程序和解釋說明如下：</p><p>　　O

19、RG 0000H ;程序復位入口地址</p><p>　　AJMP MAIN </p><p>　　ORG 001BH ;計時器T0的中斷入口</p><p>　　AJMP PTF0 ;跳轉(zhuǎn)到中斷程序中</p><p&g

20、t;　　ORG 0033H ;主程序入口地址</p><p>　　MAIN:MOV SP, #60H</p><p>　　MOV TH1, #0ECH</p><p>　　MOV TL1,#78H ;定時5MS</p><p>　　SETB EA ;開放CPU中斷&l

21、t;/p><p>　　SETB ET1 ;開放定時器中斷</p><p>　　MOV TH0,#0</p><p>　　MOV TL0,#0 ;給計數(shù)器T0賦初值0</p><p>　　MOV TMOD,#15H ;計時器T1工作在方式1定時模式，計數(shù)器T0工作在方式1 計數(shù)模式</

22、p><p>　　MOV 30H,#0C8H ;循環(huán)200次，共定時1S </p><p>　　MOV 40H,#0 ;用于判斷顯示數(shù)碼管哪一位 </p><p>　　SETB TR0 ;啟動計數(shù)器0</p><p>　　SETB TR1 ;啟動定時器1</

23、p><p>　　LOOP1:ACALL ZHUANH ;將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮BCD碼</p><p>　　ACALL CHAIF ;將壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼</p><p>　　AJMP LOOP1 ; 循環(huán)處理計數(shù)器T0采集得到的數(shù)據(jù) </p><p>　　PTF0:MOV T

24、H1, #0ECH</p><p>　　MOV TL1,#78H ;給定時器T1重新賦值</p><p>　　INC 40H ;數(shù)碼管判斷位加1</p><p>　　MOV A,50H </p><p>　　CJNE A,#00H,DAY ;判斷50H單元是否為零，若為0繼續(xù)往下執(zhí)行

25、，若不為0，則跳轉(zhuǎn)到子程序DAY中</p><p>　　MOV A,40H ;每5ms顯示一位，從最高位開始，到最低位時，返回高位</p><p>　　CJNE A,#1,LOP1</p><p>　　ACALL QIANW</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p>

26、<p>　　LOP1:CJNE A,#2,LOP2</p><p>　　ACALL BAIW</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p><p>　　LOP2:CJNE A,#3,LOP3</p><p>　　ACALL SHIW</p><p><b&g

27、t;　　AJMP TIAO</b></p><p>　　LOP3:ACALL GEW</p><p>　　MOV 40H,#0</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p><p>　　DAY: MOV A,40H</p><p>　　CJNE A,#1,LP1<

28、;/p><p>　　ACALL QIANW1</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p><p>　　LP1:CJNE A,#2,LP2</p><p>　　ACALL BAIW1</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p>

29、<p>　　LP2:CJNE A,#3,LP3</p><p>　　ACALL SHIW1</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p><p>　　LP3:ACALL GEW1</p><p>　　MOV 40H,#0</p><p>　　TIAO:DJNZ 3

30、0H,PTFR ;判斷是否到1S</p><p>　　MOV 20H,TH0 </p><p>　　MOV 21H,TL0 ;將計數(shù)器T0中的數(shù)轉(zhuǎn)移到20H，21H中</p><p>　　MOV TH0,#0</p><p>　　MOV TL0,#0 ;將計數(shù)器T0重新賦0</p

31、><p>　　MOV 30H,#0C8H</p><p><b>　　PTFR:RETI</b></p><p>　　ZHUANH:MOV R2,20H ;將計數(shù)得到的值存入R2和R3中</p><p>　　MOV R3,21H </p><p><b>　　CLR

32、 A</b></p><p>　　MOV R4 ,A ;將R4、R5、R6清零</p><p><b>　　MOV R5 ,A</b></p><p>　　MOV R6,A </p><p>　　MOV R7,#16 </p><p>　　

33、LOOP:CLR C ; 將16位二進制數(shù)逐位左移一位 ，移得的數(shù)據(jù)放入進位C中 </p><p><b>　　MOV A,R3</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　MOV R3,A</b></p>

34、;<p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　MOV R2,A</b></p><p>　　MOV A,R6 ;（R4R5R6）+（R4R5R6）+C=（R4R5R6）*2+C</p

35、><p><b>　　ADDC A,R6</b></p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV R6,A</b></p><p><b>　　MOV A,R5</b></p><p><b>

36、;　　ADDC A,R5</b></p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV R5,A</b></p><p><b>　　MOV A,R4</b></p><p><b>　　ADDC A,R4</b>&

37、lt;/p><p><b>　　DA A </b></p><p><b>　　MOV R4,A</b></p><p>　　DJNZ R7,LOOP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　CHAIF:MOV A,R5

38、 ;將壓縮BCD碼R4R5R6轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼 ,從高到低依次放于50H、51H、52H、53H、54H</p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　MOV 51H,A</b></p><p><b>

39、;　　MOV A,R5</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　MOV 52H,A</b></p><p><b>　　MOV A,R6</b></p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p><b>　

40、　SWAP A</b></p><p><b>　　MOV 53H,A</b></p><p><b>　　MOV A,R6</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　MOV 54H,A</b></p><p&

41、gt;　　MOV 50H,R4</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　QIANW: MOV A,51H ;頻率不超過10KHZ時，以HZ為單位，四位顯示，最高位為千位，以此類推</p><p>　　MOV DPTR,#TAB ;千位上顯示51H單元中的內(nèi)容</p><p&

42、gt;　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0EFH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　BAIW:MOV A,52H ;百位上顯示52H單元中的內(nèi)容 <

43、/p><p>　　MOV DPTR,#TAB </p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0F7H</p><p><b>　　RET </b></p><p&

44、gt;　　SHIW:MOV A,53H ;十位上顯示53H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0FBH</p

45、><p><b>　　RET </b></p><p>　　GEW:MOV A,54H ;個位上顯示54H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A&

46、lt;/b></p><p>　　MOV P2,#0FDH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　QIANW1:MOV A,50H ;頻率大于10KHZ時，小數(shù)點放千位，以KHZ為單位，省去個位，以四位顯示 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB

47、 ;千位上顯示50H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0EFH</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　BAIW1:MOV A

48、,51H ;百位上顯示51H單元中的內(nèi)容和顯示小數(shù)點 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB1</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0F7H</p><p>&l

49、t;b>　　RET </b></p><p>　　SHIW1: MOV A,52H ;十位上顯示52H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p&g

50、t;<p>　　MOV P2,#0FBH</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　GEW1:MOV A,53H ;個位上顯示53H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p&g

51、t;<p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0FDH </p><p><b>　　RET </b></p><p>　　TAB:DB 77H,41H,3BH,6BH,4DH,6EH,7EH,43H,7FH,6FH ;0—9</p><p&

52、gt;　　TAB1:DB 0F7H,0C1H,0BBH,0EBH,0CDH,0EEH,0FEH,0C3H,0FFH,0EFH ;0.—9.</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　END </p><p><b>　　五、調(diào)試與結(jié)果分析</b></p><p>

53、<b>　　1、硬件調(diào)試</b></p><p>　　焊好電路后，首先檢查是否有虛焊，如果沒有，再上電檢測。首先檢測數(shù)碼管的好壞，由于P2.4—P2.1控制數(shù)碼管的位選線，P0.0—P0.7接數(shù)碼管的段選線，而且數(shù)碼管是共陰的，所以只要將+5V電源的地分別接P2.4—P2.1口，若數(shù)碼管顯示8和小數(shù)點，說明是好的，四個都檢測完后就檢查數(shù)碼管的接線。</p><p>　

54、　首先+5V電源的地接P2.4口，電源的正端接一個1KΩ的電阻，分別點觸P0.0—P0.7，若點觸到哪一個口，相對應的二極管熄滅，說明連線是正確的。檢測完一個數(shù)碼管，然后用相同的方法檢測完四個數(shù)碼管。</p><p><b>　　2、軟件調(diào)試</b></p><p>　　本次設(shè)計采用的單片機是AEDK51HB仿真機，所使用的編程軟件是LCA51，操作步驟較為簡單。首先

55、打開LCA51軟件，測試串口，然后新建文件，在內(nèi)部編程，編完程序，保存就可以了，后綴名為.ASM。沒有警告和錯誤時，在仿真機電源/運行的指示燈為綠色的情況下，點擊確定。下載完成以后，點擊全速運行，觀察檢測結(jié)果。</p><p><b>　　3、測量結(jié)果</b></p><p>　　用單片機檢測并由數(shù)碼管顯示的頻率范圍為180-182Hz,其誤差在±1%范圍內(nèi)

56、，所以滿足此項要求。</p><p><b>　　六，課程設(shè)計體會</b></p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)設(shè)計時，必須先確定該系統(tǒng)的技術(shù)要求，這是系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)和出發(fā)點，整個設(shè)計過程都必須圍繞這個技術(shù)要求來工作。在設(shè)計時遵循從整體到局部也即自上而下的原則。把復雜的問題分解為若干個比較簡單的、容易處理的問題，分別單個的加以解決。將總?cè)蝿辗纸獬煽梢元毩⒈磉_的子任務，

57、這些子任務再向下分，直到每個子任務足夠簡單，能夠直接而容易的實現(xiàn)為止。在程序調(diào)試時應按各個功能模塊分別調(diào)試。</p><p>　　在程序設(shè)計時，正確合理的設(shè)計是非常重要的，正確的程序設(shè)計包括程序的結(jié)構(gòu)是否合理，一些循環(huán)結(jié)構(gòu)和循環(huán)指令的使用是否恰當，能否使用較少的循環(huán)次數(shù)或較快的指令，是否能把某些延遲等待的操作改為中斷申請服務，能否把某些計算方法和查表技術(shù)適當簡化等。另外程序的設(shè)計要具有可擴展性，程序的結(jié)構(gòu)要標準化

58、，便于閱讀、修改和擴充。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我更加地了解和掌握單片機的基本知識和基本的編寫程序，也更加深入地了解單片機這么課程，掌握匯編語言的設(shè)計和調(diào)試方法。對于認識到自己在知識方面存在的不足，明確今后的學習方向是非常有益的。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 張毅坤，陳善久.單片微