畢業(yè)設(shè)計--單片機數(shù)顯計時系統(tǒng)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）</p><p>　　課題名稱 單片機數(shù)顯計時系統(tǒng) </p><p>　　專業(yè) 班</p><p>　　學生姓名

2、 學號 </p><p>　　指導老師 技術(shù)職稱 </p><p>　　2014年 12 月 31 日 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書</p><p>　　學生姓名

3、 班級 </p><p>　　1.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 單片機數(shù)顯計時系統(tǒng) 2.畢業(yè)設(shè)計（論文）使用的原始資料數(shù)據(jù)及設(shè)計技術(shù)要求：</p><p>　　要求能夠?qū)?－25KHZ的脈沖信號頻率進行準確計數(shù)，計數(shù)誤差不超過±2HZ。計數(shù)的頻率結(jié)果通過6位動態(tài)數(shù)碼管顯示出來。

4、 </p><p>　　3.畢業(yè)設(shè)計(論文）工作內(nèi)容及完成時間：</p><p>　　本課程設(shè)計主要任務是設(shè)計一個頻率計數(shù)器，其主要功能如下：利用AT89C51單片機的T0、T1的定時計數(shù)器功能，來完成對輸入的信號進行頻率計數(shù)，計數(shù)的頻率結(jié)果通過6位動態(tài)數(shù)碼管顯示出來。要求能夠?qū)?－25KHZ的信號頻率進行準確計數(shù)，計數(shù)誤差不超過&

5、#177;2HZ。 </p><p>　　日期：自 20 年 12 月 21 日至 20 年 3 月 31 日</p><p><b>　　指導老師評語：</b></p><p>　　指導老師 系主任

6、 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、前言--------------------------------------</p><p>　　1.1、 課程設(shè)計任務------------------------------------</p><p>　　1.2、 課程設(shè)計任務完成要求-

7、---------------------------</p><p>　　1.3、 設(shè)計目的---------------------------------------</p><p>　　二、方案提出與論證-----------------------------</p><p>　　2.1頻率測量原理與方法-------------------------

8、-</p><p>　　三、系統(tǒng)硬件設(shè)計------------------------------</p><p>　　3.1電路原理圖總圖-------------------------------------</p><p>　　3.1.1電源供電電路-------------------------------------</p><p

9、>　　3.1.2 單片機時鐘電路----------------------------------</p><p>　　3.1.3單片機復位電路-----------------------------------</p><p>　　3.1.4顯示及驅(qū)動電路-----------------------------------</p><p>　　3 .2

10、 AT89C51單片機芯片的功能及其參數(shù)-----------------</p><p>　　四、系統(tǒng)軟件設(shè)計------------------------------</p><p>　　4.1軟件流程圖-----------------------------------------</p><p>　　4.2程序調(diào)試及誤差分析--------------

11、-------------------</p><p>　　五、元器件明細表------------------------------</p><p>　　六、總結(jié)-------------------------------</p><p>　　前言 數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝

12、、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經(jīng)常使用到。</p><p>　　1.1、 課程設(shè)計任務</p><p>　　任務要求: 1、要求能夠?qū)?－25KHZ的脈沖信號頻率進行準確計數(shù)，計數(shù)誤差不超過±2HZ。</p><p>　　2、計數(shù)的頻率結(jié)果通過6位動態(tài)數(shù)碼管顯示出來。分析：本課程設(shè)計主要任務是設(shè)計一個頻率計數(shù)器

13、，其主要功能如下：利用AT89C51單片機的T0、T1的定時計數(shù)器功能，來完成對輸入的信號進行頻率計數(shù)，計數(shù)的頻率結(jié)果通過6位動態(tài)數(shù)碼管顯示出來。要求能夠?qū)?－25KHZ的信號頻率進行準確計數(shù)，計數(shù)誤差不超過±2HZ。</p><p>　　1.2、 課程設(shè)計任務完成要求</p><p>　　1、根據(jù)題目要求設(shè)計控制系統(tǒng)。</p><p>　　2、完成硬件系

14、統(tǒng)的制作。</p><p>　　3、完成軟件的編寫及調(diào)試（先用PROTEUS軟件仿真）。</p><p>　　4、完成的控制系統(tǒng)能達到題目的要求。</p><p><b>　　1.3、設(shè)計目的：</b></p><p>　　A、熟悉和掌握51單片機的原理、結(jié)構(gòu)和應用； B、用 PROTEL進行電路的設(shè)計,進一步了

15、解相關(guān)軟件的功能以及設(shè)計的一些規(guī)則; C、熟悉用C語言進行程序設(shè)計的一般方法、步驟和應用； D、積極發(fā)揚團隊精神和集體榮譽感，互相協(xié)作、互相幫助； E、熟悉電路的調(diào)試的接線方法和調(diào)試方法及其原理 F、鍛煉自己的實踐和動手能力，為以后能更快的投入工作而做準備；</p><p><b>　　二、方案提出與論證</b></p><p>　　2

16、.1頻率測量原理與方法</p><p>　　方案一：直接測頻法。把被測頻率信號經(jīng)過脈沖形成電路后加到閘門的一個輸入端，只有在閘門開通時間 1秒內(nèi)，被計數(shù)的脈沖被送到計數(shù)器進行計數(shù)。設(shè)計數(shù)器的值為N，由頻率定義式計算得到被測信號頻率為f＝N/T=N。 方案二：測量周期法。將被測量信號經(jīng)過過零檢測后轉(zhuǎn)換成方波信號，利用單片機查詢兩個下降沿，在此期間根據(jù)晶體振蕩器產(chǎn)生的時鐘經(jīng)過12分頻的脈沖送計數(shù)器進行計數(shù)，

17、設(shè)計數(shù)值為N，送入計數(shù)器的時鐘周期為T,則得被測量信號的周期值為NT，然后取其倒數(shù)即為被測量信號的頻率(1/NT) 。 　　理論上分析：采用直接測頻法在測量低頻段信號時的相對測量誤差較大，但在高頻段測量信號的頻率有較高的精度。如果采用測頻法測量低頻段頻率信號，要想提高精確度，勢必會大幅度增加閘門開通時間T，時效性較差。相反，采用測量信號周期然后取其倒數(shù)的方法在低頻段測量時精度很高。</p><p>　　但是本題

18、目要求誤差為±2HZ，經(jīng)過試驗分析，加上必要的軟件編程的措施，可以直接用高頻的測法，在高頻段，誤差與示波器的顯示頻率基本一致，低頻時，誤差小于±0.5HZ，滿足題目的要求！</p><p>　　52單片機中斷的進入都是需要一定的時間的，如果我們沒有把這個考慮進去，直接進行軟件的設(shè)計，誤差達到了±20HZ。不滿足題目的要求！因而在編程的時候，把中斷事件也考慮進去！這樣可以使得誤差減??！

19、</p><p><b>　　三、系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1電路原理圖總圖</p><p>　　3.1.1電源供電電路</p><p>　　3.1.2 單片機時鐘電路</p><p>　　如圖所示是采用內(nèi)部振蕩方式使8052單片機產(chǎn)生時鐘信號，在單片機芯片的X1和X2引腳兩端

20、跨接石英晶體振蕩器和兩個電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩電路，其中電容對振蕩頻率起微調(diào)作用。晶振頻率為12MHZ。</p><p>　　3.1.3單片機復位電路</p><p>　　復位是單片機的初始化操作。其功能是使CPU從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了使系統(tǒng)正常初始化外，當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復位鍵重新啟動。如圖為按鍵手動復位方式，通過復位端經(jīng)電阻和

21、電源+5V接通實現(xiàn)復位功能，兼?zhèn)渖想姀臀还δ堋?lt;/p><p>　　3.1.4顯示及驅(qū)動電路</p><p>　　共陽四位LED數(shù)碼管</p><p><b>　　三極管放大電路</b></p><p>　　10K上拉電阻驅(qū)動電路</p><p>　　該系統(tǒng)采用兩個四位 LED共陽極顯示器動態(tài)顯示

22、6位數(shù)。當某一字段發(fā)光二極管的陰極極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。要使數(shù)碼管正常發(fā)光一般都要加驅(qū)動電路，不加驅(qū)動電路是很暗的（特別是共陰極數(shù)碼管）。經(jīng)計算本次設(shè)計需采用上拉電阻+三極管放大器來驅(qū)動整個發(fā)光電路，在三極管基極加以分壓限流電阻，以防止數(shù)碼管因電流過大而燒壞。確保了試驗器件的安全。</p><p>　　3 .2 AT89C51單片機芯片的功能及其參數(shù)</p

23、><p>　　AT89C51是一個有40個引腳的芯片，引腳配置如下 圖所示。與8031相比，AT89C51自帶4K的ROM和128B的RAM，因此編寫中小型系統(tǒng)就無需任何硬件進行擴展。</p><p>　　AT89C51引腳配置AT89C51芯片的40個引腳功能為：VCC：電源電壓。GND：接地。RST：復位輸入。當RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機器周期時，所有I/O引腳復位至“1”。X

24、TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩放大器的輸出。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SF

25、R8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外</p><p><b>　　四、系

26、統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1軟件流程圖</b></p><p>　　1 設(shè)計思路及原理</p><p>　　單片機當工作方式寄存器TMOD的C/T位=1時為計數(shù)方式，多路開關(guān)與定時器0的外部引腳連通，外部計數(shù)脈沖由引腳輸入。當外部信號由1至0跳變時，計數(shù)器加1，此時T0成為外部事件的計數(shù)器。由于確認一次由

27、1至0的跳變要用24個振蕩器周期，所以所設(shè)計計數(shù)器的最高計數(shù)頻率為單片機時鐘頻率的1/24。</p><p>　　定時/計數(shù)器T0和T1的工作方式設(shè)置，T0是工作在計數(shù)狀態(tài)下，對輸入的頻率信號進行計數(shù)，但對工作在計數(shù)狀態(tài)下的T0，最大計數(shù)值為fOSC/24，由于fOSC＝12MHz，因此：T0的最大計數(shù)頻率為250KHz。所以對于設(shè)計要求即測量范圍為0～～25KHZ是完全滿足的。對于頻率的概念就是在一秒只數(shù)脈沖的

28、個數(shù)，即為頻率值。所以T1工作在定時狀態(tài)下，每定時1秒中到，就停止T0的計數(shù)，而從T0的計數(shù)單元中讀取計數(shù)的數(shù)值，然后進行數(shù)據(jù)處理。送到數(shù)碼管顯示出來</p><p>　　T1工作在定時狀態(tài)下，最大定時時間為65ms，達不到1秒的定時，所以采用定時50ms，共定時20次，即可完成1秒的定時功能。因此每次放入定時器1的初值為TH1=65536/256,TL1=65536%256.</p><p&

29、gt;　　工作方式的確定。首先，兩個定時器都采用軟件啟動定時器，都工作在16位計數(shù)器狀態(tài)，即方式1，所以TMOD的高四位和低四位的GATE=0，M1M0=01；定時器1用于定時，所以D6位=0，定時器0用于技術(shù)，所以D3位=1。所以TMOD=0x15.控制方式寄存器TCON的相應位在程序中確定。</p><p>　　編寫并調(diào)試好的程序如下：</p><p>　　#include <r

30、eg51.h></p><p>　　unsigned char code dispbit[]={0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01}; </p><p>　　unsigned char code dispcode[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09}; </p><p&g

31、t;　　unsigned char dispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,10,10};</p><p>　　unsigned char temp[8];</p><p>　　unsigned char dispcount;</p><p>　　unsigned char T0count=0;</p><p>　　unsigned

32、char timecount=0;</p><p>　　unsigned int delay_count=0;</p><p>　　bit flag; </p><p>　　unsigned long x;</p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b>

33、</p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　TMOD=0x15;//定時器1為定時模式 定時器0為技術(shù)模式</p><p><b>　　TH0=0; </b></p><p><b>　　TL0=0;</b></p><p>　　TH1=(65

34、536-50000)/256;//50ms定時</p><p>　　TL1=(65536-50000)%256;</p><p>　　TR1=1;//定時器1開</p><p>　　TR0=1;//定時器0開</p><p>　　ET0=1;//定時器中斷開</p><p><b>　　ET1=1; <

35、/b></p><p>　　EA=1;//中斷開</p><p><b>　　while(1) </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　//P2=dispcode[9];</p><p>　　if(flag==1) //如果1S定時到<

36、;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　flag=0;</b></p><p>　　x=T0count*65536+TH0*256+TL0; //1S脈沖計數(shù)總量</p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b&

37、gt;　　{ </b></p><p>　　temp[i]=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　i=0; </b></p><p>　　while(x/10) </p><p><b>　　{</b>&l

38、t;/p><p>　　temp[i]=x%10; //取個位</p><p><b>　　x=x/10; </b></p><p><b>　　i++; </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　temp[i]=x;</p&

39、gt;<p>　　for(i=0;i<6;i++) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　dispbuf[i]=temp[i]; //取各個位碼</p><p><b>　　} </b></p><p>　　timecount=0; </p>

40、<p>　　T0count=0;</p><p><b>　　TH0=0; </b></p><p><b>　　TL0=0;</b></p><p><b>　　TR0=1; </b></p><p><b>　　}</b></p

41、><p>　　delay_count++;</p><p>　　if(delay_count>=100)//計時變量大于等于100時清零</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_count=0;</p><p>　　P0=0xff;//</p>&l

42、t;p>　　P2=dispcode[dispbuf[dispcount]];</p><p>　　P0=dispbit[dispcount];</p><p>　　dispcount++;</p><p>　　if(dispcount>=6)//如果位數(shù)大于6位</p><p><b>　　}</b><

43、/p><p>　　dispcount=0; </p><p>　　void t0(void) interrupt 1 using 0 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　T0count++; //脈沖計數(shù)溢出</p><p><b>　　}</b><

44、;/p><p>　　void t1(void) interrupt 3 using 0 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH1=(65536-50000)/256;//重裝計時器</p><p>　　TL1=(65536-50000)%256;</p><p>　　tim

45、ecount++;</p><p>　　if(timecount>=20) </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　TR0=0; </b></p><p>　　timecount=0;</p><p>　　flag=1; //1S定時到，標

46、志位置1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.2程序調(diào)試及誤差分析</p><p>　　寫好程序后用protues仿真。第一次仿真結(jié)果為：在低頻時測得的數(shù)據(jù)很準確，在5khz以上開始有誤差，且隨著頻率的上升，誤差增大。當信號頻率為25khz時，誤差為+77hz。分析了一下程序覺得T1重裝次多太多造成計數(shù)時間偏大是誤差

47、的主要原因。修改了程序，讓T0從原來的每次定時5ms，定時1s重裝200次變?yōu)槊看味〞r50ms，定時1s重裝20次后，第二次仿真。誤差大大減小，為+5hz。此時，誤差還是不能滿足要求。在程序中加以下幾個語句if((x>12000)&&(x<18000))x=x-1; else if((x>18000)&&(x<20000))x=x-2;</p><

48、p>　　else if((x>20000)&&(x<30000))x=x-3;來減小較高頻時的誤差。雖然覺得這樣不合理，不過這樣處理后，誤差真的減了好多。滿足了設(shè)計的初始要求。</p><p><b>　　六、元器件明細表</b></p><p><b>　　收獲和體會</b></p><p&

49、gt;　　我認為，在這次的畢業(yè)設(shè)計中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請教老師，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，更重要的是，在實驗中，我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。這樣我們才能成為一名合格的大學生。</p><p>　　我們在這過程中遇到很多困難，不管怎樣，這些都是一種鍛煉，一

50、種知識的積累，能力的提高。完全可以把這個當作基礎(chǔ)東西，只有掌握了這些最基礎(chǔ)的，才可以更進一步，取得更好的成績。很少有人會一步登天吧。永不言棄才是最重要的。 而且，這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在設(shè)計結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。    與隊友的合作更是一件快樂的事情

51、，只有彼此都付出，彼此都努力維護才能將作品做的更加完美。而團隊合作也是當今社會最提倡的。相信以后我們會以更加積極地態(tài)度對待我們的學習、對待我們的生活。我們的激情永遠不會結(jié)束，相反，我們會更加努力，努力的去彌補自己的缺點，發(fā)展自己的優(yōu)點，去充實自己，只有在了解了自己的長短之后，我們會更加珍惜擁有的，更加努力的去完善它，增進它。只有不斷的測試自己，挑戰(zhàn)自己，才能擁有更多的成功和快樂！To us, happiness

52、60;equals success! 快樂至上，享受過程，而不是結(jié)果！認真對待每一個實驗，珍惜每一分一秒，學到最多的知識和方法，鍛煉</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　非常感謝 老師在課程設(shè)計中給予了我很多的指導。 老師從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到說明書定稿，她給了我耐心的指導和無私的幫助。為了幫助我們

53、開拓視角，在我遇到困難的時候給予我最大的支持和鼓勵。 老師嚴謹求實的治學態(tài)度，踏實堅韌的工作精神，將使我終生受益。再多華麗的言語也顯蒼白。在此，謹向易老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 </p><p>　　感謝電子信息工程系的老師們?yōu)槲覀兙倪x題，讓我們在這次課程設(shè)計中有所得。感謝我的伙伴們，我們在這次課題上能夠團結(jié)一致，共同分析電路的問題，才能使這次課程設(shè)計順利完成。</p><