基于-单片机频率计设计.doc

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第一章 绪论
1.1 课题研究的意义
随着科学技术的开展，尤其是单片机技术和半导体技术的高速开展，频率计的研究及应用越来越受到重视，这样对频率测量设备的要求也越来越高。目前的微处理器芯片开展迅速，出现诸如DSP、FPJA等不同领域的应用芯片。而单片机是一门开展极快，应用方式极其灵活的使用技术。它以灵活的设计、微小的功耗、低廉的本钱，在数据采集、过程控制、模糊控制、智能仪表等领域得到广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。
本次课程设计的容是使用AT89C51单片机最小系统设计频率计系统，系统以单片机为主控单元，主要用于对方波频率的测量。
1.2 频率计研究的开展趋势
对灵敏度和准确度的要求：
为了测量微波频率，频率计必须在测量频率点上有足够的灵敏度，这样当测量临界信号时才可能有更多的灵活性。如果要做准确的测量，一定要保证被测信号的频率和幅度在测量仪器的指标围之。
测量仪器的准确度的选择：
仪器的频率测量准确度取决于时基。大多数仪器使用的10MHZ参考振荡器具有107或108的频率准确度和稳定度。高分辨率比高精度更容易实现，因为增加显示位数比制造更稳定的振荡参考源要容易的多。
可能影响频率计选择和应用的还有另外几个值得考虑的特性，如：采样时间、测量速度和跟踪速度，这些特性可能影响测量结果的准确及结果的及时处理。

第二章 总体方案介绍
2．1 频率计原理
频率的测量实际上就是在1s时间对信号进展计数，计数值就是信号频率。用单片机设计频率计通常采用两种方法，第一种方法是使用单片机自带的计数器对输入脉冲进展计数；第二种方法是单片机外部使用计数器对脉冲信号进展计数，计数值再由单片机读取。本次设计中采用第一种方法，因此输入的时钟信号最高频率不得高于11.0592MHz/24=460.8KHz。对外部脉冲的占空比无特殊要求。根据频率检测的原理，很容易想到利用51单片机的T0、T1两个定时/计数器，一个用来定时，另一个用来计数，T0应该工作在中断方式，用于1s时间的中断处理，T1用于对频率脉冲的计数。
2.2 设计思想
明确频率计工作原理以后，为了更方思路更清晰地对程序编写，还应该作出程序的总体框图，如图2.1所示。程序的主体可以分为4个模块：定时计数、采集数据、进制转换和数码显示，当然，程序还应该包括很多细节问题。例如，动态显示的时候应该调用延时程序。

图2.1 频率计系统总体框图

第三章 硬件设计
3.1 系统硬件的构成
本频率计的数据采集系统主要元器件是AT89C51单片机，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还有显示驱动芯片、LCD显示器、按键控制等器件。可分为以下四个模块：计时模块、计数模块、信息采集处理模块、LCD显示模块。由于本设计非常简单，实现的功能较少，所以计数模块采用单片机本身的部计时器和计数器。
3.2 AT89C51单片机及其引脚说明
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停顿工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的容并且冻结振荡器，制止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

第四章单元程序的设计
4.1 1s定时
本次设计选用定时器T0完成定时功能，选用方式1时最多也只能定时，显然不能满足定时1的要求，可以用下面这种方法解决：采用T0定时50，连续循环定时20次即可完成1定时，用一个计数单元30H存放循环的次数，每一次循环30H单元自增1，当30H单元为20时那么1定时到时。其程序流程图如图4.1所示。
定时器T0初始化程序如下：
T EQU 30H
MOV IE,#8AH ;开放T0、T1中断
MOV TMOD,#51H ;T0定时，T1计数，都工作于方式一
MOV 30H,#00 ;对30H单元清零
SETB TR0
根据流程图设计的1s定时程序如下：
INT_T0:
MOV TH0,#3CH
MOV TL0,#0BH ;设置计时初值为50ms
INC T
MOV A,T
CJNE A,#20,RETUNE ；是否计时满1s
MOV T,#00H
RETUNE:
RETI
开场
30H=0
T0初始化
定时50ms
启动定时器T0
定时到
产生中断
30+1=20？？
1S定时到采
集计数数据
完毕

图4.1 1s定时流程图

4.2 T1计数程序
设计中T1采用计数功能，需要注意的一个问题是，输入的待测时钟信号的频率最高可以到达460800Hz，但计数器最多只能计数65536次，显然需要对计数单元进展扩展，扩展的思路是除了计数器T1的TH1和TL1用于计数外，再选用一个计数单元，每当计数器T1溢出回零时产生中断，中断程序执行计数扩展单元自增1，这样，当一秒时间到时采集的计数数据，扩展计数单元存放的是数据的最高位，TH1存放的是数据的次高位，TL1存放的是数据的最低位。当然，这里所说的“最高位〞“次高位〞以及“最低位〞都是针对十六进制而言的。本设计为了不增加设计的复杂性，从其他多方面因素考虑，不扩展计数单元。T1计数程序的流程图如图4.2所示。
开场
T1初始化置初值为零
计数开场
1S到时否？
按键为低电平？
采集数据
完毕

图4.2 T1计数流程图
计数器T1初始化程序如下：
MOV IE,#8AH ;开放T0、T1中断
MOV TMOD,#51H ;T0定时，T1计数，都工作于方式一
MOV TH1,#00H
MOV TL1,#00H ;计数初值为零
根据流程图设计的计数程序如下：
WAIT:
KEY,$
LCALL DELAY
KEY,$
SETB TR1
4.3 频率数据采集
1定时时间到时，存储计数器T1记录的数据即为输入时钟信号的频率，为了保证记录的频率准确度，1定时到时间后应立即停顿T1的计数，因为指令的执行也需要时间，并且待测的时钟信号频率越高，指令执行所需要的时间就越不能忽略，这里采用的指令为CLR TR1。
数据采集程序如下：
VALUEH EQU 20H
VALUEL EQU 21H
CLR TR0
CLR TR1
MOV VALUEH,TH1 ;1s定时到那么采集数据
MOV VALUEL,TL1
4.4 进制转换
从计数器采集到的频率数据是十六进制的，如果直接把这些数据送给数码管显示显然很不直观，因此需要把这些数据向十进制转换。下面这段程序将VALUEH/VALUEL中的16进制数转换成10进制并且把5位数依次存入DVALUE0至DVALUE4中。程序如下：
VALUEH EQU 20H ;暂存TH1的值
VALUEL EQU 21H ;暂存TL1的值
DVALUE0 EQU 22H ;暂存计数值的BCD码
DVALUE1 EQU 23H
DVALUE2 EQU 24H
DVALUE3 EQU 25H
DVALUE4 EQU 26H
HTOD: MOV R2,VALUEH
MOV R3,VALUEL
CLR A
MOV R4,A
MOV R5,A
MOV R6,A
MOV R7,#10H
LOOP1:CLR C
MOV A,R3
RLC A
MOV R3,A
MOV A,R2
RLC A
MOV R2,A
MOV A,R6
ADDC A,R6
DA A
MOV R6,A
MOV A,R5
ADDC A,R5
DA A
MOV R5,A
MOV A,R4
ADDC A,R4
DA A
MOV R4,A
DJNZ R7,LOOP1
CZ: MOV R0,#DVALUE4
MOV A,R6
ANL A,#0FH
MOV R0,A
DEC R0
MOV A,R6
SWAP A
ANL A,#0FH
MOV R0,A
DEC R0
MOV A,R5
ANL A,#0FH
MOV R0,A
DEC R0
MOV A,R5
SWAP A
ANL A,#0FH
MOV R0,A
DEC R0
MOV A,R4
ANL A,#0FH
MOV R0,A
RET

第五章 运行调试
5.1 频率计系统总体程序
各单元子程序已经设计完毕，将各子程序通过适当的指令起来，总程序的第一局部为T0、T1初始化，第二局部为1定时及计数，第三局部为采集频率，第四局部为进制转化，第五局部为数码显示，第六局部为延时程序。

5.2 综合测试
将编写的系统总体程序用WAVE6000软件编译成HEX文件，并且借助PROTEUS软件仿真运行。结果与设想相符合，满足要求。

参考文献

1 艳兵.计算机控制技术，国防工业，2006
2 涵芳. MCS-51/96系列 单片机原理及应用, 航空航天大学，1994
3 朝青.单片机原理及接口技术〔第三版〕. 航空航天大学，2005.9
4 王力虎.红波.PC控制及接口程序设计实例.科学，2004

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