高精度单片机频率计的设计

《综合课程设计》

一．数字频率计的设计

姓名：万咬春学号2005142135

一、课程设计的目的

通过本课程设计使学生进一步巩固光纤通信、单片机原理与技术的基本概念、基本理论、分析问题的基本方法；增强学生的软件编程实现能力和解决实际问题的能力，使学生能有效地将理论和实际紧密结合，拓展学生在工程实践方面的专业知识和相关技能。

二、课程设计的内容和要求

1．课程设计内容

（硬件类）频率测量仪的设计

2．课程设计要求

频率测量仪的设计

要求学生能够熟练地用单片机中定时/计数、中断等技术，针对周期性信号的特点，采用不同的算法，编程实现对信号频率的测量，将测量的结果显示在LCD 1602

上，并运用Proteus软件绘制电路原理图，进行仿真验证。

三．实验原理

可用两种方法测待测信号的频率

方法一：（定时1s测信号脉冲次数）

用一个定时计数器做定时中断，定时1s，另一定时计数器仅做计数器使用，初始化完毕后同时开启两个定时计数器，直到产生1s中断，产生1s中断后立即关闭T0和T1（起保护程序和数据的作用）取出计数器寄存器内的值就是1s内待测信号的下跳沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启T0和T1这样即可进入下一轮测量。

原理示意图如下：

实验原理分析：

1．根据该实验原理待测信号的频率不应该大于计数器的最大值65535，也就是说待测信号应小于65535Hz。

2．实验的误差应当是均与的与待测信号的频率无关。

方法二（测信号正半周期）

对于1：1占空比的方波，仅用一个定时计数器做计数器，外部中断引脚作待测信号输入口，置计数器为外部中断引脚控制（外部中断引脚为“1”切TRx=1计数器开始计数）。单片机初始化完毕后程序等待半个正半周期（以便准确打开TRx）打开TRx，这时只要INTx （外部中断引脚）为高电平计数器即不断计数，低电平则不计数，待信号从高电平后计数器终止计数，关闭TRx保护计数器寄存器的值，该值即为待测信号一个正半周期的单片机机器周期数，即可求出待测信号的周期：待测信号周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt为测得待测信号的一个正半周期机器周期数；fsoc为单片机的晶振。所以待测信号的频率f=1/T。

原理示意图如下：

实验原理分析：

1．根据该实验原理该方法只适用于1：1占空比的方波信号，要测非1：1占空比的方波信号

2．由于有执行f=1/（2*cnt/(12/fsoc)）的浮点运算，而数据类型转换时未用LCD 浮点显示，故测得的频率将会被取整，如1234.893Hz理论显示为1234Hz，测

得结果会有一定程度的偏小。也就是说测量结果与信号频率的奇偶有一定关

系。

3．由于计数器的寄存器取值在1~65535之间，用该原理时，待测信号的频率小于单片机周期的1/12时，单片机方可较标准的测得待测信号的正半周期。故用

该原理测得信号的最高频率理论应为fsoc/12 如12MHZ的单片机为1MHz。

而最小频率为f=1/（2*65535/(12/fsoc)）如12MHZ的单片机为8Hz。

四．实验内容及步骤

1. 仿真模型的构建

数字方波频率计的设计总体可分为两个模块。一是信号频率测量，二是将测得的频率数据显示在1602液晶显示模块上。因此可搭建单片机最小系统构建构建频率计的仿真模型。原理图，仿真模型的总原理图如下：

2. 液晶显示部分功能与原理分析

由于此部分并非课程的主要部分，故仅作简要原理分析

A．1602硬件接口及功能接口

//硬件接口部分********************************************************** sbit LcdRs = P2^0;

sbit LcdRw = P2^1;

sbit LcdEn = P2^2;

sfr DBPort = 0x80; //P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.数据端口

//向LCD写入命令或数据

************************************************************

#define LCD_COMMAND 0 // Command

#define LCD_DATA 1 // Data

#define LCD_CLEAR_SCREEN 0x01 // 清屏

#define LCD_HOMING 0x02 // 光标返回原点

//设置显示模式************************************************************ #define LCD_SHOW 0x04 //显示开

#define LCD_HIDE 0x00 //显示关

#define LCD_CURSOR 0x02 //显示光标

#define LCD_NO_CURSOR 0x00 //无光标

#define LCD_FLASH 0x01 //光标闪动

#define LCD_NO_FLASH 0x00 //光标不闪动

//设置输入模式************************************************************ #define LCD_AC_UP 0x02 //将光标返回0x00

#define LCD_AC_DOWN 0x00 // default

#define LCD_MOVE 0x01 // 画面可平移

#define LCD_NO_MOVE 0x00 //default