单片机频率计课程设计

贵州大学课程设计任务要求运用所学单片机原理、、模拟和数字电路等方面的知识，设计出一个数字频率计。

数字频率计要求如下：1）能对0~50kHz的信号频率进行计数；2）频率测量结果通过4位数码管显示（十进制）。

二、课程设计应完成的工作1）硬件部分包括微处理器（MCU）最小系统（供电、晶振、复位）、频率测量和数码管显示部分；2）软件部分包括初始化、频率计算、显示等；3）用PROTEUS软件仿真实现；4）画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图；内容摘要1.数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。

它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。

2.采用12 MHz的晶体振荡器的情况下，一秒的定时已超过了定时器可提供的最大定时值。

为了实现一秒的定时，采用定时和计数相结合的方法实现。

选用定时／计数器TO作定时器，工作于方式1产生50 ms的定时，再用软件计数方式对它计数20次，就可得到一秒的定时。

贵州大学课程设计第1节引言本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。

并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。

在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。

全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。

1.1数字频率计概述数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。

它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。

它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。

在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。

1.2任务分析与设计思路频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。

在本次设计使用的AT89C51单片机，本身自带有定时器和计数器，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，定时/计数器的工作由相应的运行控制位 TR 控制 ,当 TR 置 1 ,定时/ 计数器开始计数 ;当 TR 清 0 ,停止计数。

在定时1s里，计数器计的脉冲数就是频率数，但是由于1s超过了A T89C51的最大定时，因此我们采用50ms定时，在50ms 内的脉冲数在乘以14就得到了频率数，在转换为十进制输出就可。

第2节硬件系统设计2.1 系统组成框图2.2晶振电路和复位电路XTAL1与XTAL2管脚接两个22pF电容和12 MHz晶振构成时钟电路。

RST管脚接10 kΩ电阻，20 μF电容上电复位电路。

2.3 单片机与译码显示选择单片机AT89C51是因为有编程灵活、易调试的特点，而且AT89C51的引脚较多，利于电路的展。

它集成了CPU，RAM，ROM，定时器／计数器和多功能I／0口等一台计算机所需的基本功能部件，有40个引脚，32个外部双向输入／输出(I／O)端口，同时内含两个外中断口，两个16位可编程定时计数器，两个全双工串行通信口。

还提供了对程序进行加密保护的功能。

P1端口与74HC4511译码器，输出待显示的个位与十位的数据。

P2端口也与74HC4511译码器连接，输出频率计的百位和千位。

P3端口连接信号输入电路。

74HC4511译码器是4线七段译码驱动器，在设计中用它来译码并且驱动数码显示管来显示数值，一共需要4个74HC4511。

数码管是由若干发光二极管组成显示的字段，当二极管导通时相应的一段发光，控制不同组合的二极管导通，就可以显示出各种字符。

对于共阴级显示管，将所有二极管的阴极连接在一起，公共端3、8接低电平，当某个字段的阳极接高电平时，对应的字段就点亮。

设计中需要用到4个七段显示数码管，用来显示频率的数值2.3 输入信号为验证本设计的频率计的准确性与快速性，采用三个不同频率的信号源。

第3节系统的软件构成3.1 程序流程图3.2 初始化ORG 0000HAJMP STARTORG 0600HSTART: MOV TMOD , #51HMOV TH0 , #3CHMOV TL0 , #0B0HMOV IE ,#82HMOV TH1 , #00HMOV TL1 , #00HSETB TR0SETB TR1采用12 MHz的晶体振荡器的情况下，一秒的定时已超过了定时器可提供的最大定时值。

为了实现一秒的定时，采用定时和计数相结合的方法实现。

选用定时／计数器TO作定时器，工作于方式1产生50 ms的定时，再用软件计数方式对它计数20次，就可得到一秒的定时。

将定时器／计数器的方式寄存器TMOD，用软件赋初值51H，即01010001B。

这时定时器／计数器1采用工作方式1，方式选择位C／T设为1，即设T1为16位计数器。

定时器／计数器O采用工作方式1，C／T设为0，即设TO为16位定时器。

=TC16=-=us—,所以T0初值为3CB0H.M=23CB0HT/T155361/ms50计数3.3 频率计算LOOP:SJMP $ ；等待中断ORG 000BH ；入口地址AJMP BTR0ORG 0080HBTR0:CLR TR1 ；停计数CLR TR0MOV A,TH1CJNE A,#01H,NEXT1 ；判断TH1的计数是否大于01H，（500十六进制为01F4H）SJMP NEXT2NEXT1:JC BEGINJNC NEXT4NEXT2:MOV A,TL1CJNE A,#0F4H,NEXT3 ；等于则比较TL1的计数值和#0F4的大小SJMP NEXT4NEXT3:JC BEGINJNC NEXT4NEXT4:MOV A,#99H ；大于01F4H则输出9999MOV P1,AMOV P2,A由于定时50ms，采用4位显示，最大显示频率是9999，因此50ms里最大计数为500，否则显示不准确，500的十六进制为01F4H,当计数器的高八位大于01时，计数值大于500超过最大显示，即直接显示9999，档高八位等于01时，在判断第四位TL1与F4H的大小，大于或等于也直接显示频率9999，小雨时在进行十进制转换，当高八位小于01时，在跳转到十六进制转换到十进制的程序中，再显示出来。

贵州大学课程设计3.4 十六进制转为十进制算法设十六进制数为 b4b3b2b1（1）b4×6÷10=C1b3×6÷10=C2b2×6÷10=C3（b1+ C1+C2+ C3）÷10=C4……………d3（个位）（2）（C1 +C2+ C3+ C4+ b2+ b3×5+ b4×9）÷10=e……………d2（十位）（3）（e+ b3×2）÷10=f…………d1（百位）（4）b4×4+f=d（千位）最后转换成的十进制数为d0d1d2d3贵州大学课程设计第4节功能仿真调试4.1 仿真电路图4.2仿真结果分析本实验采用三个信号源分别为10000HZ ，4180HZ，120HZ。

分别模拟高频，中频和低频。

当开关打在10000HZ时，数码管显示9999，与预期符合，当开关打在4180hz的信号源上时，显示4180也吻合，打在120HZ的信号源上时，显示为120HZ与100HZ的跳变，显示有误差, 造成误差的原因有几点：①单片机技术速率的限制引起误差。

②晶振的准确度会影响一秒定时的准确度，从而引起测量误差。

③过多硬件连接会造成误差。

要减小误差，可以采用如下几条措施；①选用频率较高和稳定性较好的晶振。

②测量频率较高的信号时，可以先对信号进行分频，在进行测量。

③测量频率较低的信号时，可以适当调整程序，延长门限时间。

④尽可能选择少的硬件来实现所需功能。

贵州大学课程设计第5节附录5.1 元件清单与管脚51单片机译码器数码管5.2 程序清单ORG 0000H贵州大学课程设计AJMP STARTORG 0600HSTART:MOV TMOD,#51H ；送方式字MOV TH0,#3CH ；T0赋初值MOV TL0,#0B0HMOV IE,#82H ；开T0中断MOV TH1,#00H ；T1清零MOV TL1,#00HSETB TR0 ；开始计数SETR TR1LOOP:SJMP $ ；等待中断ORG 000BH ；入口地址AJMP BTR0ORG 0080HBTR0:CLR TR1 ；停计数CLR TR0MOV A,TH1CJNE A,#01H,NEXT1 ；判断TH1的计数是否大于01H，（500十六进制为01F4H）SJMP NEXT2NEXT1:JC BEGINJNC NEXT4NEXT2:MOV A,TL1CJNE A,#0F4H,NEXT3 ；等于则比较TL1的计数值和#0F4的大小SJMP NEXT4NEXT3:JC BEGINJNC NEXT4NEXT4:MOV A,#99H ；大于01F4H则输出9999MOV P1,AMOV P2,ALJMP LAST ；长转移BEGIN:MOV A TL1 ；小于01F4H则转换为十进制，以下程序段为十进制转换 MOV B,#14HMUL ABMOV R2,BMOV B,#10HDIV ABMOV RO,AMOV R1,BMOV A,TH1MOV B,#14HMUL ABADD A,R2贵州大学课程设计MOV B,#10HDIV ABMOV R2,BMOV R7,AMOV B,#06HMUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV 40H,AMOV 41H,BMOV B,#06HMOV A,R0MUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV R3,AMOV R4,BMOV A,R2MOV B,#06HMUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R6,BMOV A,R1ADD A,R4ADD A,R6ADD A,41HMOV B,#0AHDIV ABMOV R1,BADD A,R0ADD A,R3ADD A,R5MOV R0,AMOV A,R2MOV B,#05HMUL ABADD A,R0MOV R0,AMOV A,R7MOV B,#09H贵州大学课程设计MUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV 42H,AMOV A,BADD A,R0ADD A,40HMOV B,#0AHDIV ABMOV R0,BMOV R3,AMOV A,R2MOV B,#02HMUL ABADD A,R3ADD A,42HMOV B,#0AHDIV ABMOV R4,AMOV R5,BMOV A,R7MOV B,#04HMUL ABADD A,R4MOV B,#01HMUL ABADD A,R5MOV P1,AMOV A,R0MOV B,#10HMUL ABADD A,R1MOV P2,ALAST:MOV TH0,#3CH ；重装初值 MOV TL0,#0B0HMOV TH1,#00H ；停计数MOV TL1,#00HSETB TR1, ；开始计数SETB TR0RETI ；返回END ；结束贵州大学课程设计第6节总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。