单片机频率计数器 湖南工程学院课设

第1章概述 (1)

1.1设计内容 (1)

1.2设计要求 (1)

1.3设计目的 (1)

第2章设计方案 (2)

2.1 测频原理 (2)

2.2 设计总体思路 (2)

第3章各模块硬件设计及说明 (3)

3.1 单片机的选择与说明 (3)

3.2 方波发生器电路设计 (4)

3.3 晶振电路的设计 (4)

3.4 复位电路设计 (5)

3.5 数码管显示电路设计 (6)

第4章软件部分的设计 (8)

4.1 软件设计思路 (8)

4.2 软件设计流程图 (9)

4.3 源程序编写 (9)

第5章系统的仿真与调试 (12)

第6章总结与体会 (14)

参考文献 (15)

附录：频率计数器电路图 (16)

第1章概述

1.1设计内容

以单片机为核心，设计和制作一个频率计数器，来完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过6位动态数码管显示出来。要求能够对0－250KHZ 的信号频率进行准确计数，计数误差不超过±1HZ。

1.2设计要求

（1）设计方案要合理、正确；

（2）系统硬件设计；

（3）完成必要元器件选择；

（4）系统软件设计及调试；

（5）写出设计报告。

1.3设计目的

（1）了解定时、计数器的结构及其工作原理；

（2）掌握单片机的定时、计数器的控制方式；

（3）掌握应用单片机进行频率测试控制的原理；

（4）能根据设计任务要求编制数显频率计数器的程序，理解程序对计数器的控制原理；

（5）会利用电路仿真软件绘制数显频率计数器的电路原理图；

（6）会用KeilC51软件对源程序进行编译调试及与Proteus软件联调，实现电路仿真。

第2章设计方案

2.1 测频原理

以被测信号整形后的方波脉冲作为控制闸门信号, 采用单片机内部的定时器计数器进行计数。方波脉冲的上升沿到达, 定时器计数器开始从零启动计数, 每一机器周期, 计数器加1, 直到方波脉冲的下降沿到达, 计数器则停止计数, 此时, 计数器内存储的是脉宽的机器周期数的2倍。由于单片机内部振荡频率很高, 故允许有一个机器周期的量化误差。

设定时器计数器内存储的机器周期数为N, 机器周期为Tc, 则信号周期为

T=2N×Tc (1) 于是，信号频率为

f=1/T=1/(2N×Tc) (2) 2.2 设计总体思路

在设计频率计数器前，需要先设计一个简单的输入信号发生器，在本课题我们选择设计一个简易的方波发生器，频率可以自行调整。

频率计数器的设计包括频率计数和显示电路的的设计，频率计数需包含复位，译码功能，显示电路的功能要求能通过6位动态数码管将计数频率的结果显示出来。

频率计数器的设计需先利用相应的编程软件设计出程序，编译通过后在利用仿真软件仿真出正确的结果。

总设计框图如下：

频率计数器总设计框图

第3章各模块硬件设计及说明

3.1 单片机的选择与说明

在本课题中使用的是AT89C51单片机。

一般的OTP产品，一旦错误编程就成了废品，而ATMEL公司89系列单片机内部采用了Flash存储器，所以，错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止。其次是它可反复进行系统试验。用89系列单片机设计的系统，可以反复进行系统试验，每次试验可以编入不同的程序，这样就可以保证用户的系统设计达到最优，而且还可以随用户的需要和发展进行修改，使系统能不断追随用户的最新要求。本次课程设计我选择AT89C51单片机。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh

Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微

处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，

ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，

1.主要特性：

与MCS-51 兼容；4K字节可编程FLASH存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24MHz；三级程序存储器锁定；128×8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。

2．振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为

片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2

应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信

号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

3．芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持

ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在

任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

AT89C51的引脚分布：

AT89C51的引脚分布

3.2 方波发生器电路设计

如下图：在P3.2输入频率可调方波。

方波发生器

3.3 晶振电路的设计

在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如下图所示：时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时