論文利用單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)

1、利用單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 唐飛 設(shè)計(jì)時(shí)間: 2013年12月15日 物理與電氣工程學(xué)院 2013年 12 月 20 日摘 要在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。本設(shè)計(jì)所要介紹的是以單片機(jī)89C52為核心設(shè)計(jì)的一種頻率計(jì)。在本文的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)脈寬的機(jī)器周期數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),從而求得被測(cè)信號(hào)的頻率值, 最后通過動(dòng)態(tài)顯示電路顯示數(shù)值由于單片機(jī)內(nèi)部振蕩頻率很高, 所以一個(gè)機(jī)器周期的量化誤差相當(dāng)小, 可以有效地提高低頻信號(hào)的測(cè)量準(zhǔn)確性。 關(guān)鍵詞:

2、單片機(jī),頻率計(jì)數(shù)器,設(shè)計(jì),測(cè)量準(zhǔn)確性 Abstract :In the Electrical Technology,frequency is one of the basic parameters,What is more ,it connectss with measuring means and measuring reasults of many electrical parameters,so frequency measuring is more important.The design is a frequency counter whose nucleus is singlech

3、ip89C52.It uses the timer or counter of singlechip which countes the machine cycle of impulse width,and we will get the frequency results of measured signal. At last,by static displaying circuit and results.The hunting frequency of singlechip is so high, that the error of machine cycleis slow,so it

4、can improve the measuring veracity of low frequency in effect. Key words : Singlechip Frequency counter Design Measuring veracity目 錄目 錄1第一章 引言2第二章 頻率計(jì)總體方案設(shè)計(jì)32.1 方案設(shè)計(jì)32.2 方案選擇4第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)43.1 單片機(jī)43.2 顯示電路53.3 按鍵電路6第四章 軟件電路74.1 模塊軟件說明74.1.1 數(shù)碼管顯示74.1.2 按鍵功能獲取84.1.3 定時(shí)，記數(shù)的處理84.1.4 信號(hào)產(chǎn)生84.2 原理流程圖9附 錄10結(jié)

5、 論13參考文獻(xiàn)14第一章 引言 頻率計(jì)數(shù)器是測(cè)量信號(hào)頻率的裝置, 也可以用來測(cè)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(jiǎn)便易讀, 即所謂的數(shù)字頻率計(jì)頻率測(cè)量對(duì)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(yùn)行中的異常情況, 以便迅速作出處理,傳統(tǒng)的頻率計(jì)采用測(cè)頻法測(cè)量頻率, 通常由組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路構(gòu)成, 產(chǎn)品不但體積較大, 運(yùn)行速度慢, 而且測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)不宜直接采用基于單片機(jī)技術(shù),而數(shù)字式頻率計(jì)數(shù)器具有操作簡(jiǎn)單方便、響應(yīng)速度快、體積小等一系列優(yōu)點(diǎn), 可以及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量低頻信號(hào)的頻率。頻率計(jì)最基本的工作原理為：當(dāng)被測(cè)信號(hào)在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測(cè)信號(hào)的頻

6、率f=N/T。在一個(gè)測(cè)量周期過程中，被測(cè)周期信號(hào)在輸入電路中經(jīng)過放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門的一個(gè)輸入端。主門的另外一個(gè)輸入端為時(shí)基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門的期間，特定周期的窄脈沖才能通過主門，從而進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的顯示電路則用來顯示被測(cè)信號(hào)的頻率值，內(nèi)部控制電路則用來完成各種測(cè)量功能之間的切換并實(shí)現(xiàn)測(cè)量設(shè)置。頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門時(shí)間為1秒。閘門時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門時(shí)間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確。數(shù)字頻率計(jì)是數(shù)字

7、電路中的一個(gè)典型應(yīng)用, 實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)用到的器件較多, 連線比較復(fù)雜, 而且會(huì)產(chǎn)生比較大的延時(shí), 造成測(cè)量誤差、可靠性差。隨著復(fù)雜可編程邏輯器件( CPLD) 和功能越來越強(qiáng)大的單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。數(shù)字頻率計(jì)是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量儀器, 它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)、尖脈沖信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物量。在AT89C52單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)的頻率計(jì), 整個(gè)系統(tǒng)非常精簡(jiǎn), 而且具有靈活的現(xiàn)場(chǎng)可更改性。在不更改硬件電路的基礎(chǔ)上, 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種改進(jìn)還可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。該數(shù)字頻率計(jì)具有高速、精確、可靠、抗干擾性強(qiáng)和現(xiàn)場(chǎng)可編程等優(yōu)點(diǎn)。第二章 頻率計(jì)總體方案設(shè)計(jì)2.1 方

8、案設(shè)計(jì)方案一：以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)、定時(shí)器功能來實(shí)現(xiàn)頻率的計(jì)數(shù)并且利用單片機(jī)的動(dòng)態(tài)掃描把測(cè)出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。檢測(cè)定時(shí)器定時(shí)t秒內(nèi)記數(shù)器測(cè)得的周期脈沖個(gè)數(shù)N，則信號(hào)頻率：f=N/t 赫茲。方案二：直接測(cè)量被測(cè)信號(hào)的周期T,則由周期與頻率的關(guān)系知道f=1/T。 2.2 方案選擇 比較以上兩種方案可以知道，方案一是通過定時(shí)記數(shù)測(cè)量t秒內(nèi)周期信號(hào)的數(shù)目，時(shí)間越長測(cè)得頻率值越精確。原理電路簡(jiǎn)單，調(diào)試簡(jiǎn)單只要改變程序的設(shè)定值則可以實(shí)現(xiàn)不同頻率范圍的測(cè)試能自動(dòng)選擇測(cè)試的量程。而相比較方案二如要測(cè)量高頻的信號(hào)還需要加上分頻電路，會(huì)增加硬件電路，而且當(dāng)信號(hào)受到干擾時(shí)，波形改變測(cè)量會(huì)出現(xiàn)較

9、大誤差?；谏鲜觯赃x擇了方案一。第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模

10、式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。3.2 顯示電路該設(shè)計(jì)采用共陽數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，P2口送位選信號(hào)，P0口送段選信號(hào)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)數(shù)碼管顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼。在單片機(jī)系統(tǒng)中動(dòng)

11、態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。其接口電路是把所有顯示器的8 個(gè)筆劃段a-h 同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極COM 是各自獨(dú)立地受I/O 線控制。CPU 向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)顯示器亮，則取決于COM 端，而這一端是由I/O 控制的，所以我們就能自行決定何時(shí)顯示哪一位了。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的辦法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM 端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃

12、描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 3.3 按鍵電路該設(shè)計(jì)采用矩陣鍵盤掃描的方式查詢鍵盤，從而設(shè)置開關(guān)等功能鍵，利用單片機(jī)的P1口送按鍵信號(hào)檢測(cè)，確定為哪一功能按鍵按下使單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)功能。對(duì)單片機(jī)的P1口送0xf0數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)谝涣杏邪存I按下，則P1.4就會(huì)變成低電平。第二列、第三列、第四列也是相同方式。從而得到一個(gè)鍵值，在通過查表確定是哪一列有按鍵按下。給每一列賦予一個(gè)功能號(hào)，就會(huì)使相應(yīng)功能與按鍵對(duì)應(yīng)起來。 第四章 軟件電路4.1 模塊軟件說明4.1.1 數(shù)碼管顯示采用共陽數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，P2口送位選信號(hào)，P0口送段選信號(hào)。段選位選信號(hào)均查表獲得。用十進(jìn)制

13、數(shù)字顯示，測(cè)得數(shù)據(jù)有幾位，就在八位的數(shù)碼管上顯示幾位。數(shù)據(jù)每一位的獲取采用數(shù)據(jù)除10取余獲得，在數(shù)碼管上從最低位開始顯示，直到最高位為止。4.1.2 按鍵功能獲取采用矩陣按鍵掃描，利用單片機(jī)的P1口送按鍵信號(hào)檢測(cè)，確定為哪一功能按鍵按下使單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)功能。對(duì)單片機(jī)的P1口送0xf0數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)谝涣杏邪存I按下，則P1.4就會(huì)變成低電平。第二列、第三列、第四列也是相同方式。從而得到一個(gè)鍵值，在通過查表確定是哪一列有按鍵按下。給每一列賦予一個(gè)功能號(hào)，就會(huì)使相應(yīng)功能與按鍵對(duì)應(yīng)起來。當(dāng)?shù)谝涣杏邪存I按下P1=0xf1，啟動(dòng)第一個(gè)功能測(cè)量現(xiàn)在信號(hào)頻率值。當(dāng)?shù)诙杏邪存I按下P1=0xf2，啟動(dòng)第二個(gè)功能查看前

14、一個(gè)信號(hào)頻率值。當(dāng)?shù)谌杏邪存I按下P1=0xf4，啟動(dòng)第三個(gè)功能查看后一個(gè)信號(hào)頻率值。當(dāng)?shù)谒牧杏邪存I按下P1=0xf8，啟動(dòng)第四個(gè)功能復(fù)位，退出測(cè)量功能。4.1.3 定時(shí)，記數(shù)的處理由于采集信號(hào)時(shí)間越長測(cè)得信號(hào)頻率在就相應(yīng)越準(zhǔn)確，誤差也會(huì)越小。但時(shí)間太長測(cè)量效率就會(huì)下降，所以時(shí)間不宜太長。本方案采用1.5s定時(shí)采集信號(hào)，采集周期信號(hào)數(shù)N/1.5就是頻率值。為了使測(cè)量值更加精確，采用實(shí)數(shù)計(jì)算，得到數(shù)據(jù)將顯示一位小數(shù)，這樣精度也會(huì)提高。4.1.4 信號(hào)產(chǎn)生對(duì)于測(cè)試檢測(cè)信號(hào)，可以利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的方波信號(hào)，但是這樣的信號(hào)不穩(wěn)定容易受到外界的干擾。還可通過單片機(jī)編寫連續(xù)方波信號(hào)，這樣的信號(hào)是

15、計(jì)算得到，但由于程序的執(zhí)行時(shí)序，可能產(chǎn)生誤差。計(jì)時(shí)到取反利用單片機(jī)寫的脈沖信號(hào)是方波，通過單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)t=1/2f，定時(shí)到脈沖信號(hào)就取反一次，這樣就是頻率為f的方波信號(hào)。并且這個(gè)方波的峰峰值小于單片機(jī)承受電壓5v。t=0計(jì)時(shí)4.2 原理流程圖附 錄#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code zima= /顯示數(shù)字的字碼表0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e;uchar

16、code table= /位選信號(hào)字碼表0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;uchar code gongneng=0x70,0xb0,0xd0,0xe0; /按鍵功能碼uint k,t0,t1,n,j;/k為按鍵參數(shù)，t0為定時(shí)參數(shù)，t1為記數(shù)溢出參數(shù),num為頻率值,n是脈沖位數(shù)double num,a5; /num為頻率值，a5存放測(cè)得脈沖值（最多5個(gè)）void delay(uchar i) /i毫秒延時(shí)uchar j;while(i-)for(j=0;j115;j+);void chushi() /初始化函數(shù)t1=0;TMOD=0x51; /

17、設(shè)定定時(shí)器工作，T0為定時(shí)方式1，T1為記數(shù)方式1TH0=(65536-20000)/256; /20ms的記數(shù)初值TL0=(65536-20000)%256; TH1=0; /記數(shù)器T1從0開始記數(shù)TL1=0;EA=1; /把總中斷打開int key()while(1)int i;P1=0xf0;if(P1&0xf0)!=0xf0) /有按鍵按下執(zhí)行delay(10); /延時(shí)消抖if(P1&0xf0)!=0xf0);/確定有鍵按下，沒有不停掃描for(i=0;i4;i+)if(P1=gongnengi)k=i;while(P1!=0xf0);/按鍵松開檢測(cè)delay(10);while(P

18、1!=0xf0);/確定按鍵松開return(k); void jishu() /統(tǒng)計(jì)測(cè)量時(shí)間內(nèi)測(cè)得的脈沖數(shù)目ET0=1;ET1=1;TR0=1; /將定時(shí)器T0，計(jì)數(shù)器T1打開 TR1=1;while(1)if(t0=75) /定時(shí)器T0定時(shí)2s到，則初始化定時(shí)參數(shù)m t0=0; /重新設(shè)置定時(shí)參數(shù)EA=0; /并關(guān)閉總中斷break; /測(cè)量時(shí)間到關(guān)閉脈沖uint weishu(uint num) /求脈沖num值得位數(shù)uint m,n=0;for(m=num;m!=0;n+)m/=10;return n;void xianshi(uint num,uint n)uint x,i,a; /

19、x中顯示數(shù)字，a為除數(shù)x=0;while(1)a=num;for(i=0;in;i+) /各位的顯示x=a%10;P2=tablei;if(i=1) /判斷是否為個(gè)位，是顯示小數(shù)點(diǎn)，否則不執(zhí)行P0=zimax&0x7f;elseP0=zimax;delay(5);P2=0xff;a/=10;P1=0xf0;if(P1!=0xf0) /查看是否有其他功能鍵k=key(); break;void main()while(1)P2=0x7f; /初始狀態(tài)顯示的位選P0=zima0; /初始狀態(tài)一位顯示0chushi(); /調(diào)用初始化函數(shù)k=key(); /調(diào)用按鍵檢測(cè)函數(shù)jishu(); /1s記

20、數(shù)脈沖數(shù)while(1)if(k=3)/當(dāng)k=3時(shí)顯示當(dāng)前測(cè)得信號(hào)頻率num=TH1*256+TL1+t1*65536; /計(jì)算頻率值num/=1.5;num*=10;(int)num; aj=num;j+;n=weishu(num); /計(jì)算頻率值的位數(shù)nxianshi(num,n);if(k=2) /當(dāng)k=2時(shí)顯示前一個(gè)信號(hào)測(cè)量頻率num=a-j;n=weishu(num); /計(jì)算頻率值的位數(shù)nxianshi(num,n); else if(k=1) /當(dāng)k=1時(shí)顯示后一個(gè)信號(hào)頻率num=a+j;n=weishu(num); /計(jì)算頻率值的位數(shù)nxianshi(num,n); /顯示信號(hào)頻率else break;/不檢查前一個(gè)或后一個(gè)返回跳出w