微机原理课程设计频率计

实验题目：频率计

1．设计目的

通过数字频率计的设计，使同学们进一步掌握：

(1)8086/8088汇编语言程序的设计和调试；

(2)信号频率的数字测量方法；

(3)定时计数器8253的基本工作原理和应用；

(4)微机基本应用系统的设计方法；

2、实验设备

1．计算机一台；

2．Dais—958H+(80X88、8253、8259、数码管)；

3．基本TTL电路芯片若干（74LS138）；

4. 导线若干；

辅助设备：

示波器、函数发生器（最低要求为方波发生器）；

3．设计功能要求

用微机原理实验装置，设计并实现一个信号频率测试系统，要求频率测量范围不小于5Hz~50kHz，并将测得的频率显示在LED数码显示器上。

分析： 1.利用8088，8253，8259等芯片实现测量程序的功能；

2.测量的二进制数值转化成十进制，并且显示在数码管上；

3.误差不可以大于1Hz；

4．用函数发生器测试实验的结果；

提升要求：达到课设要求后，试着扩大测量范围，使其精确到0.1Hz~65kHz；

4．设计提示

1．频率测量方法

频率测量方法有M法，T法，M/T法，测量的基本要求是快速准确。

(1)M法：测量计数在一定时间Tc内的信号脉冲数M。譬如，Tc＝1秒，

计数值M＝1200，则信号频率为1200Hz；Tc＝0.1秒，计数值M=1200，则信号频率为12000Hz。显然，M法适用于高频信号的测量。

(2)T法：测量一个完整脉冲的周期T，则此周期T的倒数就是待测频率。

譬如，测得T＝0.1ms，则信号频率为10000Hz。显然，T适用于低频信号测量。

(3)M/T法：测量在一定时间Tc左右M个整数脉冲的完整周期T，则待

测信号频率为M/T。首先给定一个基本时间Tc，利用计数器测得Tc内的脉冲个数，设为M。但是，一般情况下，在Tc结束时刻并不严格的与第M个脉冲结束时刻（即第M+1个脉冲上升沿时刻）相对应，因此，利用定时器测量出Tc结束时刻到第M个脉冲结束时刻的时间ΔT，则T=Tc+ΔT,于是可求频率。

2．频率测量参考方案

设采用M法，定时时间T=1秒，则计数值即为待测频率。设频率计的测量频率范围为1Hz～65535Hz，则设计方案如下：利用8253CT0和CT1级联作一秒定时器，利用8253CT2作待测信号脉冲计数器，在定时开始之时也开启计数器，在一秒定时到之时关闭计数器并读取计数值，此计数值即为频率。

参考程序流程如下：

5．方案设计及其说明

5.1硬件电路设计

硬件线路部分主要采用了几个学过的芯片，即8088，8253，8259，74LS138。其工作过程如下：

利用8253芯片的CT1定时/计数器的OUT1端和CT0定时/计数器的CLK0端级联计时，CT2定时/计数器的CLK2端接收待测信号进行计数，OUTO端口将计时信号输出到8259芯片的IR7口产生中断。中断产生后，从CT2中读出计数值转化成频率值由数码管显示。

若CLK2接收到的为高频率的脉冲，令计时为1s，即每秒产生一次中断，即OUT1生成10ms的方波，OUT0出来的是1s的方波。利用M法可以知道，在下一个1s到来的时候可以测出1s经过的CLK2的基本脉冲数为M，则被测频率f=M,此时将M转换为十进制显示在数码管上即可。

若CLK2接收到的是低频率的脉冲，此时若计时仍为1s，则用M法无法测量，所以改设定中断时间为10s，即OUT1生成的依旧是10ms的方波，OUT0生成10s 方波脉冲。在下一个中断来临时，记下CLK2经过的脉冲数M个，所测的频率为：f=M/10，转换为十进制显示在数码管上。

5.1.1计时部分

8253的CT0和CT1级联产生出1秒的方波。基准时钟信号是CT1的CLK1自带的内部晶振1.8432MHZ。CT1写入初值18432，令OUT1输出10ms的方波信号再输入给CLKO。当待测信号为高频时，CT0写初值100从OUT0输出1s的脉冲时钟信号；当待测信号为低频时，修改CT0的初值为1000令其输出10s的脉冲信号。

控制字如下：

计数器0 从低到高读写工作方式3 二进制

计数器1 从低到高读写工作方式3 二进制

5.1.2计数部分

用8253的CT2产生计数。CLK2是待测信号脉冲的输入端。OUT2悬空不接线。初值定为65535，即从65535开始，每一个脉冲周期自减一。

控制字如下：

计数器2 从低到高读写工作方式0 二进制

5.1.3片选寻址部分

实验中用了8253和8259两片芯片。故需要进行地址的片选。

5.1.4中断部分

将8253的OUT0的计时信号给8259的IR7口产生中断。写入控制字令接收到上升沿产生中断。通过实验箱的内部已接好的输出电路给数码管显示。

5.1.5硬件线路图

8259

5.1.6操作时序图

5.2软件电路设计

项目作品的软件部分共划分为如下几个模块：

1.8253芯片定时模块

2.8253芯片计数模块

3.8259芯片中断模块

4.显示模块

5.2.1软件流程图

原程序：

8259初始化子程序

8253初始化子程序

8259中断子程序

二进制-十进制转化子程序(高频)

二进制-十进制转化子程序(低频)与高频流程类似，先显示最低位，再调用有小数点的数字显示带小数点位，最后显示高三位。

5.2.2源程序代码（见附页）

6．试验中出现问题及解决方法

刚开始课设时候小组出现两种方案，最后经过对比与讨论准备用第二种也就是做成功的这个方案，在实验硬件接线成功后进行测试时候发现测试不出来数据，最后经过反复研究，用示波器测波形，发现8253的CT0口出现问题，而CT1口可以正常产生1s方波，经过和孙老师研究后发现是8253芯片的问题，最后换箱子，结果换的新箱子数码管没有显示，最后经过一番折腾，再次换新箱子之后所有硬件才正常了，数码管正常显示。在此期间，我们还对程序做了一点改进，因为刚开始受书本知识的影响，8253,8259地址都做成一个了，经过修改使其能用74LS138进行片选。还有锁存程序也进行了改进。

7. 实验结果及分析

用函数发生器给频率计输入方波信号，可较精确的测得信号频率。测量范围为0.1Hz~ 65534Hz，经与函数发生器比较，测量误差为高频1Hz，低频

0.1Hz。

部分测量结果如下表：