最新单片机课设报告

单片机原理及系统课程设计
专业：电气工程及其自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013年3月7日
基于51单片机的数字频率计
摘要
本文介绍了基于单片机的等精度频率计的系统构成和工作原理，以及系统的硬、软件设计本文采用单片机MC-51成以单片机为核心的数字频率计设计.通过单片机对译码器的控制,使被测信号和标准信号在闸门时间内同步测量
关键词:单片机控制;软硬件结合
Abstract
This paper adopts the single chip MCS-51 as the system control unit, supplemented by appropriate software, hardware resources in order to complete single-chip microcomputer as the core design of equal precision frequency meter. By means of single chip controlling the synchronous gate, so that the measured signal and standard signal in the gate time synchronization measurement
Key words: single chip control, the combination of hardware, and software
1 引言
1.1设计目的
设计一个基于51单片机的数字频率计，使我们不仅掌握了理论知识的同时也更好的提高了动手能力，让理论与实践相结合，更好的掌握了单片机原理。

1.2 设计要求
本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用4个七段显示数码管动态显示频率的数值。

测量范围从1HZ—9999kHZ的正弦波、方波、三角波，时基宽度为1us,10us,100us,1ms。

用单片机实现自动测量功能。

2基本设计原理
2.1 原理
基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。

它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间1s内变化的次数。

若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。

其中脉
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冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。

时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。

闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。

秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。

由于计数器计得的脉冲数N是在1s时间内的累计数，所以被测频率fx=NHZ。

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AT89C51的最大定时，因此我们采用50ms定时，在50ms内的脉冲数剩以20就得到频率数，再转换为十进制数出即可。

2.2 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=d0（千位）
最后转换成的十进制数为d0d1d2d3
3 硬件系统设计
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单片机AT89C51，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。

可分为以下五个模块：晶振电路、复位电路、译码转换、单片机系统、数码显示模块。

各模块关系图如图3.1所示。

3.2 晶振电路和复位电路
XTAL1与XTAL2管脚接两个22pF电容和12MHz晶振构成时钟电路。

RST 管脚接10kΩ电阻，20μF电容上电复位电路。

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3.3 译码显示
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。

晶振电路
XTAL
P1
AT89C51
P2
P3译码管
译码管
译码管
数码管
数码管
数码管
复位电路输入信号
图3.1模块关系图
4 系统的软件设计
本设计主要通过编写软件来控制硬件完成以下各模块的功能
4.1 程序流程图
程序流程图如图4.1所示
5 系统仿真与调试
5.1 仿真电路图
本次仿真是在Proteus平台上进行，仿真电路如5.1所示。

5.2 仿真结果分析
本实验采用三个信号源分别为9999HZ，800HZ，60HZ，分别模拟高频，中频和低频，见附录二所示。

当开关打在9999HZ时，数码管显示9999，与预期符合，当开关打在800HZ的信号源上时，显示800也吻合，打在60HZ的信号源上时，显示为60，依然吻合。

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图4.1 程序流程图
6 总结
6.1 设计任务完成情况
通过为期一周的课程设计，我完成了本次设计的技术指标，刚开始设计的时候，由于控制电路这部分比较难设计，所以在连接电路的时候，就会停下来设计控制电路，为了提高效率，在实际的操作中，先连好时基电路，分频电路测试通过后，再把显示电路和计数电路连好，调测符合要求，最后完成控制电路的连接。

本次频率计设计，实现了测被测信号的频率，周期和脉宽的功能。

在调测的过程中发现测量频率时，档位在1HZ~999HZ，最终得到的结果的误差稍微大了点，其他的测量结果非常接近测量值。

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参考文献
[1] 冯博琴,吴宁.微型计算机原理与接口技术.清华大学出版社,2007.
[2] 王思明,张金敏,苟军年等.单片机原理及应用系统设计.科学出版社,2012.
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附录一
程序清单
AJMP START
ORG 0600H
START:MOV TMOD,#51H ；送方式字
MOV TH0,#3CH ；T0赋初值
MOV TL0,#0B0H
MOV IE,#82H ；开T0中断
MOV TH1,#00H ；T1清零
MOV TL1,#00H
SETB TR0 ；开始计数
SETB TR1
LOOP:SJMP $ ；等待中断
ORG 000BH ；入口地址
AJMP BTR0
ORG 0080H
BTR0:CLR TR1 ；停计数
CLR TR0
MOV A,TH1
CJNE A,#01H,NEXT1 ；判断TH1的计数是否大于01H，（500十六进
制为01F4H）
SJMP NEXT2
NEXT1:JC BEGIN
JNC NEXT4
NEXT2:MOV A,TL1
CJNE A,#0F4H,NEXT3 ；等于则比较TL1的计数值和#0F4的大小
SJMP NEXT4
NEXT3:JC BEGIN
JNC NEXT4
NEXT4:MOV A,#99H ；大于01F4H则输出9999
MOV P1,A
MOV P2,A
LJMP 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,#14H
MUL AB
MOV R2,B
MOV B,#10H
DIV AB
MOV R0,A
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MOV A,TH1
MOV B,#14H
MUL AB
ADD A,R2
MOV B,#10H
DIV AB
MOV R2,B
MOV R7,A
MOV B,#06H
MUL AB
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 40H,A
MOV 41H,B
MOV B,#06H
MOV A,R0
MUL AB
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV R3,A
MOV R4,B
MOV A,R2
MOV B,#06H
MUL AB
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV R5,A
MOV R6,B
MOV A,R1
ADD A,R4
ADD A,R6
ADD A,41H
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV R1,B
ADD A,R0
ADD A,R3
ADD A,R5
MOV R0,A
MOV A,R2
MOV B,#05H
MUL AB
ADD A,R0
MOV R0,A
MOV A,R7
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MUL AB
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV 42H,A
MOV A,B
ADD A,R0
ADD A,40H
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV R0,B
MOV R3,A
MOV A,R2
MOV B,#02H
MUL AB
ADD A,R3
ADD A,42H
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV R4,A
MOV R5,B
MOV A,R7
MOV B,#04H
MUL AB
ADD A,R4
MOV B,#01H
MUL AB
ADD A,R5
MOV P1,A
MOV A,R0
MOV B,#10H
MUL AB
ADD A,R1
MOV P2,A
LAST:MOV TH0,#3CH ；重装初值MOV TL0,#0B0H
MOV TH1,#00H ；停计数
MOV TL1,#00H
SETB TR1 ；开始计数
SETB TR0
RETI ；返回
END ；结束
附录二
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单片机原理及系统课程设计报告
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