單片機原理及應用課程設計---數(shù)字音頻測試儀

1、<p>　　《單片機原理及應用》課程設計報告</p><p>　　題 目：數(shù)字音頻測試儀</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、課程設計要求··············

2、·····························1</p><p>　　軟硬件設計要求··

3、83;····································&

4、#183;····1</p><p><b>　　二、設計思路</b></p><p>　　2.1.程序設計基本思路·················

5、3;····················1</p><p>　　2.2.使用HIS輸入并測量信號周期·········&#

6、183;·····················1</p><p>　　2.3.測量結果處理和顯示部分········

7、83;··························1</p><p>　　三、硬件和軟件設計····

8、3;···································2</p&

9、gt;<p>　　1.硬件部分·································

10、·······················2</p><p>　　1.1硬件部分········

11、83;····································&

12、#183;·······2</p><p>　　1.2程序流程圖·······················

13、83;···························3</p><p>　　2.軟件部分（程序清單）···&

14、#183;····································

15、;·····4</p><p>　　2.1程序運行結果··························

16、·····················9</p><p>　　2.2誤差分析··········

17、83;····································&

18、#183;···9</p><p>　　2.3調(diào)試過程···························

19、3;··············10</p><p>　　2.4驗收結果·················

20、··································10</p>&l

21、t;p>　　四．總結與設計心得·································

22、3;·········10</p><p>　　五．參考資料······················&

23、#183;·······················11</p><p><b>　　一、課程設計要求</b></p><p>　　題目

24、：數(shù)字音頻頻率測試儀：能測試頻率范圍20~20000Hz的信號，誤差小于0.1%，實時在LED顯示測試結果（保留五位有效數(shù)據(jù)）。</p><p><b>　　具體設計要求</b></p><p>　　1.完成規(guī)定的設計內(nèi)容，包括相應的硬件電路原理圖和設計的軟件。</p><p>　　2.在規(guī)定時間驗收并回答指導教師的提問。驗收時，先在仿真機的L

25、ED上顯示自己學號的后8位，再進行相應內(nèi)容驗收。</p><p>　　設計目的：能夠獲得一個精確的聲頻信號頻率測量軟件。</p><p><b>　　二、設計思路</b></p><p><b>　　程序設計基本思路</b></p><p>　　根據(jù)設計的要求，首先進行學號后八位的顯示，然后進行頻率

26、測量。在學號顯示程序段中設計讀鍵子程序，判斷是否有鍵按下，一旦掃描出有按鍵被按下，則程序立即跳轉到頻率測量程序段。在程序測量過程中，由于要保留5位有效數(shù)字，因此對于小頻率便涉及到小數(shù)點及小數(shù)點后有效位的計算和顯示，在設計中為了使程序有較為強的邏輯性，我首先對頻率測量范圍（20Hz—20000Hz）進行了分段處理，即分為20 Hz—99Hz,100Hz—999Hz，1000Hz—9999Hz,10000Hz—20000Hz，對于四個頻率段

27、，每次測量結果都用六位數(shù)碼管進行顯示（包括5位有效數(shù)字和1位小數(shù)點）。對于不同的測量范圍，都進行不同的運算處理（當然處理的原理是相似的，只是存儲的路徑不同）。</p><p>　　2.使用HIS高速輸入測量信號周期</p><p>　　本設計中的主要是應用高速輸入HIS進行周期（頻率）測量，設置HIS.1端口每發(fā)生一次正跳變觸發(fā)一個事件，同時HIS時間寄存器記下該正跳變事件的觸發(fā)時間，根據(jù)

28、兩次觸發(fā)事件之間的觸發(fā)時間的差值計算出被測周期信號一個周期內(nèi)所經(jīng)歷的狀態(tài)周期個數(shù)（當然此處要考慮定時器的溢出，即若兩次的測量結果的差值小于零，說明兩次測量之間發(fā)生了定時器溢出，需重新進行測量）。再根據(jù)單片機的主頻（已給定）計算出一個狀態(tài)周期的時間，進而計算出被測周期信號的周期，進一步轉化為頻率。</p><p>　　3.測量結果處理和顯示部分</p><p>　　接下來是對所得頻率的處理和

29、顯示，根據(jù)設計要求，無論是高頻率段還是低頻率段，最終的顯示結果均要保持5為有效數(shù)字。因此對于低頻段的測量，便涉及到了小數(shù)點后有效數(shù)字的計算。那么該如何對小數(shù)點后數(shù)字進行有效處理呢？我們都知道，整數(shù)部分相除，所得余數(shù)部分與被除數(shù)相除即為整個除法運算的小數(shù)部分，由于本設計中并不需要完全地顯示測量結果，而是僅需要顯示小數(shù)點后1位到3位數(shù)字，這樣我們便可以采用簡單的算法。即讓整數(shù)部分相除所得余數(shù)部分乘以10再除以被除數(shù)，所得商即為第一位小數(shù)；讓

30、第二次相除所得余數(shù)再乘以10再除以被除數(shù)，所得商即為第二位小數(shù)······以此類推便可得到測量結果的小數(shù)部分。最后將所得六位數(shù)值（包括一位小數(shù)點）放到固定的存儲單元，在顯示部分測量結果的每位數(shù)值都作為偏移量疊加到表格首地址上，讀取表格相應存儲單元，并輸出到接口芯片的相應端口進行段選，顯示相應位的測量結果，用循環(huán)控制數(shù)碼管的位選，便可顯示完整的測量結果（包括5位有效數(shù)字和一位小數(shù)

31、點）。</p><p>　　本次設計程序中也有使用短時的延時子程序，設計簡單，方便調(diào)用。</p><p><b>　　三、硬件和軟件設計</b></p><p><b>　　硬件部分</b></p><p>　　根據(jù)軟件設計要求，將硬件實現(xiàn)部分分為學號顯示、鍵盤掃描并跳轉、HIS測量、對測量結果進行

32、處理并顯示測量結果。</p><p>　　1.1硬件電路設計：本設計中硬件電路主要由MCS-51單片機、接口芯片和仿真機（包括數(shù)碼管）構成，本實驗中根據(jù)測量要求只需要在HIS.1端口與地之間加上被測量信號即可實現(xiàn)設計要求。具體硬件電路及連線如下圖所示：</p><p><b>　　1.2程序流程圖：</b></p><p>　　2、 軟件部分（

33、程序清單）</p><p>　　;--------------------------------------------------------------</p><p>　　C8255 EQU 0C006H ;8255命令口地址</p><p>　　P8255A EQU 0C000H

34、 ;8255 PA口地址</p><p>　　P8255B EQU 0C002H ;8255 PB口地址</p><p>　　P8255C EQU 0C004H ;8255 PC口地址</p><p&

35、gt;　　;---------------------------------------------------------------</p><p>　　AX EQU 1CH </p><p>　　AL EQU 1CH </p><p>　　AH EQU

36、 1DH</p><p>　　BX EQU 1EH</p><p>　　BLEQU1EH</p><p>　　BHEQU1FH</p><p>　　CXEQU20H</p><p>　　CLEQU20H</p><p>　　CHEQU21H</p&g

37、t;<p>　　DX EQU 22H</p><p>　　DL EQU 22H</p><p>　　DHEQU23H</p><p>　　EXEQU24H</p><p>　　FXEQU26H</p><p>　　GLEQU28H</p><p&g

38、t;　　EL EQU 30H</p><p>　　;---------------------------------------------------------------</p><p>　　ORG 2080H</p><p>　　LD SP,#00C0H</p><p>　　LCALL DELAY &l

39、t;/p><p>　　LDB AL,#82H ;PB口輸入,PA,PC口輸出</p><p>　　STB AL,C8255[0] </p><p>　　SH_NO: LDB AL,#00H</p><p>　　LDB BL,#0E0H</p><p>

40、　　SH1: SCALL DISP</p><p>　　SCALL DELAY</p><p>　　INCB AL </p><p>　　LDB GL,#08H ;鍵盤掃描第一行</p><p>　　STB GL,P8255C[0]</p><p>&l

41、t;b>　　SKIP</b></p><p><b>　　SKIP</b></p><p>　　LDB EL,P8255B[0] ;讀鍵值</p><p>　　XORB EL,#0FFH</p><p>　　JNE START</p><

42、p>　　CMPB AL,#08H</p><p>　　JNE SH1</p><p>　　SCALL DELAY</p><p>　　SJMP SH_NO</p><p>　　DISP: STB BL,P8255C[0] ;位選</p><p>　　LD

43、CX,#NO</p><p>　　EXTB AX</p><p>　　ADD CX,AX</p><p>　　LDB DL,[CX]</p><p>　　STB DL,P8255A[0] ;段選</p><p>　　SUBB BL,#20H&l

44、t;/p><p><b>　　RET</b></p><p>　　;---------------------------------------------------------------</p><p>　　NO: DB 3FH,3FH,07H,06H,5BH,4FH,5BH,6DH ;學號00712325</p>

45、;<p>　　;---------------------------------------------------------------</p><p><b>　　START:</b></p><p>　　LDB IOC0,#04H ;允許HSI.1輸入</p><p>　

46、　LDB HSI_MODE,#04H ;每次正跳變觸發(fā)一個事件</p><p>　　;--------------------------------------------------------------</p><p><b>　　TEST: </b></p><p>　　JBC

47、IOS1,7,TEST</p><p>　　LDBX,HSI_TIME</p><p><b>　　TEST1: </b></p><p>　　JBC IOS1,7,TEST1</p><p>　　LDCX,HSI_TIME</p><p>　　SUBEX,CX,BX</p&

48、gt;<p>　　JNCTEST ;定時器有溢出</p><p>　　LD 30H,EX ;8T=1.44678us, f=11.059MHZ</p><p><b>　　EXT 30H</b></p><p>　　MULU 30H,#0FFFF

49、H ;65535/45282 (原始0FFFF/BOF1)</p><p>　　DIVU 30H,#0B0E2H</p><p>　　LD EX,30H</p><p>　　LD30H,#4240H ;1000 000=0F4240H</p><p>　　LD32H,#000FH&l

50、t;/p><p>　　DIVU 30H,EX ;除法運算后，字30H中存儲頻率值整</p><p>　　數(shù)部分，要保留5位有效數(shù)字</p><p>　　CMP 30H,#270FH </p><p>　　JNC LOOP1</p><p>　　DIVUB 30H,#64H

51、 ;分別得到萬千百位， 和十個位</p><p>　　LDBZE 36H,30H</p><p>　　DIVUB 36H,#0AH </p><p>　　LDB42H,37H ;百位42H</p><p>　　LDBZE38H,36H <

52、;/p><p>　　DIVUB38H,#0AH </p><p>　　LD40H,38H ;萬位40H ,千位41H</p><p>　　LDBZE36H,31H </p><p>　　DIVUB36H,#0AH </p

53、><p>　　LDB43H,36H</p><p>　　LDB44H,37H ;十位和個位值分別存43H和44H</p><p>　　LDB45H,#10H ;顯示小數(shù)點，存于45H</p><p>　　SJMP SH_FREQ</p>&

54、lt;p>　　LOOP1: CMP 30H,#03E7H </p><p>　　JNC LOOP2</p><p>　　DIVUB30H,#64H ;分別得到千百位，和十個位</p><p>　　LDBZE36H,30H</p><p>　　DIVUB36H,#0AH </p>

55、<p>　　LD40H,36H ;千位40H，百位41H</p><p>　　LDBZE36H,31H </p><p>　　DIVUB36H,#0AH </p><p>　　LD42H,36H ;十位和個位值分別存42H和43H</p><p&g

56、t;　　LDB44H,#10H ;顯示小數(shù)點,存于44H</p><p>　　MULUB32H,#0AH ;乘以10除以除數(shù)，得到第一位小數(shù)</p><p>　　LD 34H,32H</p><p>　　EXT 34H</p><p>　　DIVU34H,EX</

57、p><p>　　LDB 45H,34H ;小數(shù)點后第一位存于45H , 小數(shù)點</p><p><b>　　后需一位</b></p><p>　　SJMP SH_FREQ</p><p>　　LOOP2: CMP 30H,#63H </p><p>　　JNC

58、 LOOP3</p><p>　　DIVUB30H,#64H ;分別得到百位，和十個位</p><p>　　LDBZE36H,30H</p><p>　　DIVUB36H,#0AH </p><p>　　LDB40H,37H ;百位40H</p>&l

59、t;p>　　LDBZE36H,31H </p><p>　　DIVUB36H,#0AH</p><p>　　LDB41H,36H </p><p>　　LDB42H,37H ;十位和個位值分別存41H和42H</p><p>　　LDB43H,#10H ;顯示小數(shù)點

60、,存于43H</p><p>　　MULUB 32H,#0AH ;乘以10,除以除數(shù), 得到第一位小數(shù)</p><p>　　LD 34H,32H</p><p>　　EXT 34H</p><p>　　DIVU 34H,EX</p><p>　　LDB44H,34H

61、 ;小數(shù)點后第一位存于44H</p><p>　　MULUB36H,#0AH ;乘以10，除以除數(shù)，得到第二位小數(shù)</p><p>　　LD 38H,36H</p><p><b>　　EXT 38H</b></p><p>　　DIVU 38H,EX</p><p&

62、gt;　　LDB45H,38H ;小數(shù)點后第二位存于45H , 小數(shù)點后需二位</p><p>　　SJMP SH_FREQ</p><p><b>　　LOOP3:</b></p><p>　　DIVUB30H,#64H ;分別十個位</p><p>　　LDBZE36H,31

63、H </p><p>　　DIVUB36H,#0AH </p><p>　　LD40H,36H ;十位和個位值分別 存40H和41H</p><p>　　LDB42H,#10H ;顯示小數(shù)點，存于42H</p><p>　　MULUB32H,#0AH

64、 ;乘以10，除以除數(shù)，得到第一位小數(shù)</p><p>　　LD 34H,32H</p><p>　　EXT 34H</p><p>　　DIVU 34H,EX</p><p>　　LDB43H,34H ;小數(shù)點后第一位 存于43H</p><p>　　MULUB3

65、6H,#0AH ;乘以10，除以除數(shù)，得到第二位小數(shù)</p><p>　　LD 48H,36H</p><p>　　EXT 48H</p><p>　　DIVU 48H,EX</p><p>　　LDB44H,48H ;小數(shù)點后第二位存于44H</p>

66、<p>　　MULUB4AH,#0AH ;乘以10，除以除數(shù)，得到第三位小數(shù)</p><p>　　LD 4CH,4AH</p><p>　　EXT 4CH</p><p>　　DIVU 4CH,EX</p><p>　　LDB 45H,4CH ;小數(shù)點后第三位

67、存于45H , 小數(shù)點后需三位 </p><p>　　;--------------------------------------------------------------</p><p><b>　　SH_FREQ:</b></p><p>　　LDBAL,#00H</p><p>　　LDBB

68、L,#0A0H</p><p>　　LD 50H,#40H</p><p><b>　　SH2: </b></p><p>　　SCALLDISP1 ;可以增加延時</p><p>　　LCALL DELAY </p>

69、<p><b>　　INCBAL</b></p><p>　　CMPBAL,#06H</p><p><b>　　JNESH2</b></p><p>　　LJMPSH_FREQ</p><p><b>　　DISP1:</b></p>&

70、lt;p>　　STBBL,P8255C[0] ;位選</p><p>　　LDCX,#DATAO</p><p>　　CLRB 1BH</p><p>　　LDB 1AH,[50H]</p><p>　　ADDCX,1AH</p><p>　　LDBDL,[CX]

71、 ;段選</p><p>　　STBDL,P8255A[0]</p><p><b>　　INCB 50H</b></p><p>　　SUBB BL,#20H</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　;--

72、------------------------------------------------------------</p><p>　　DELAY: LD DX,#00FFH ;延時子程序</p><p>　　DELAY1: DEC DX</p><p>　　JNE DELAY1</p><p>

73、　　RET </p><p>　　;--------------------------------------------------------------</p><p>　　DATAO: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H ;0,1,2,3,4,5,6,7</p><p>　　DB 7FH,6F

74、H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,80H ;8,9,A,B,C,D,E,F,.</p><p>　　;--------------------------------------------------------------- </p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　程序運行結果：

75、</b></p><p>　　測量結果顯示，該軟件設計能夠有效的對低頻信號進行測量，且測量誤差較小，滿足設計要求（即誤差小于0.1%）；而在進行大頻率測量時，存在著較為明顯測量誤差，誤差范圍在1%左右，結果不十分理想。</p><p><b>　　誤差分析：</b></p><p>　　經(jīng)過分析不難發(fā)現(xiàn)，誤差來源主要有以下三個方面。

76、</p><p>　　1.首先是算法的問題。由于程序在進行除法運算時，不能能夠直接得到小數(shù)位，要想得到小數(shù)位，則必須對做商后的余數(shù)進行再次運算，由此帶來的運算誤差和相關存儲位數(shù)據(jù)的丟失時均會給測量結果帶來運算誤差。</p><p>　　2.其次是單片機的主頻誤差。由于主程序的編寫，特別是頻率處理部分的運算的準確度和主頻的精確度緊密相關。若單片機實際主頻率與給定頻率存在較大的實際偏差，就會給

77、運算部分帶來較為嚴重的誤差，最終的顯示結果誤差便不可消除。</p><p>　　3.另外一個較大的誤差因素是，信號發(fā)生器本身顯示頻率的準確度。若信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號本身的頻率測量存在誤差，那么單片機的測量結果與其進行對比，便顯得沒有可比性了，誤差也變得難以度量。</p><p><b>　　調(diào)試過程：</b></p><p>　　本次課程設計我

78、選擇的題目和之前的單片機課程實驗有一定的相似之處，難點主要在于五位有效數(shù)字的獲得和測量精度的保證。因此在調(diào)試過程中并沒有遇到較大的困難，特別是在進行小頻率測量時，測量精度很高，達到了設計要求。而在進行高頻率測量時，卻出現(xiàn)了較大的誤差，在調(diào)試過程中，這個問題困擾了我較長的時間，一直在通過調(diào)節(jié)算法進行修改和矯正，但最后結果卻只能是差強人意。我仔細檢查了自己的程序算法，發(fā)現(xiàn)問題并不在于算法，誤差的來源可能來自其他方面，具體分析見上述誤差分析部

79、分。</p><p><b>　　驗收結果：</b></p><p>　　老師的驗收結果是“低頻誤差較大，且不能進行連續(xù)頻率測量”。</p><p>　　這樣的結果著實讓我郁悶，本來低頻測量是很準確的，結果老師過來測量時測量20Hz的方波信號，測量結果卻顯示19.618，誤差確實較大；而進行20000Hz的高頻測量時卻十分準確，這樣的驗收結果，

80、當時確實有點讓我難以接受。但老師卻說以驗收結果為準！</p><p>　　不過頻率的連續(xù)測量確實是我之前沒有想到的，在進行測量時，對不同的頻率進行測量，總要對程序重新加載和運行，確實比較不方便。這也是本次設計的不足之處。</p><p><b>　　四、總結與設計心得</b></p><p>　　本課程設計總的來說還是較為辛苦的，特別是5位有效

81、數(shù)字保留和0.1%的測量精度要求，一開始著實難住了我，為此自己查了很多的資料，花了很多的時間去編寫程序，然后去調(diào)試。嘗試了很多方法去實現(xiàn)，調(diào)試失敗了修改程序，再調(diào)試再修改······就這樣反反復復了很多次，最后才終于找到了合適的解決方法。但即便這樣卻還是在進行高頻測量時出現(xiàn)了較大的誤差，面對出現(xiàn)的高頻誤差，自己不斷調(diào)整算法，但最終的結果卻只能差強人意。</p>&

82、lt;p>　　最讓人感到意外的是，老師的驗收結果卻與我平時的調(diào)試結果剛好相悖，低頻不準確高頻卻相當準確。這樣的結果很讓我一時難以接受。不過后來想通了，這恰好說明了實驗中的誤差的隨機性和誤差出現(xiàn)的偶然性，正是因為不同單片機之間的固有差異和主頻誤差，使我的測量變的具有一定的隨機性誤差。我不敢完全確定自己的算法不存在問題，但是單片機和信號發(fā)生器的固有誤差是實際存在的，我們在分析實驗結果時，必須勇敢地去面對這個問題，只有這樣我們才能獲得正

83、確的分析結果。</p><p>　　當然我的設計中也存在不足之處，例如不能對信號頻率進行連續(xù)測量。在進行測量時，對不同頻率的信號，總要對程序重新加載和運行，這顯得十分的笨拙和不方便。當然這個問題可以通過一個簡單的自動重復掃描程序來完成，但這確實是我在進行設計之前沒有想到的。雖然實現(xiàn)了設計要求，但卻并沒有做到最優(yōu)，這是本次設計的一大缺憾！</p><p>　　總的來說通過本次課程設計自己是有

84、很大收獲的，進一步鞏固和熟悉了單片機課程知識和匯編編程就不言自明了。最重要的是通過本次課程設計增強了自己解決和處理問題的能力：當你獨自面對一個陌生的問題時，該如何思考進而找到解決問題的最佳途徑、即便你找到了解決問題的方法能否進一步思考進而做到最優(yōu)、對于獲得的最終結果該如何去考慮各種不利因素的影響，這些都是自己在解決問題時所必須思考的。而這些思想的獲得均得益于本次課程設計，可以說通過本次課程設計，我受益匪淺。</p><

85、;p><b>　　五、參考資料</b></p><p>　?。?）MCS-96系列單片機原理及應用技術 汪建 華中科技大學出版社 2004</p><p>　　（2）MCS51/96系列單片機原理及應用(修訂版) 孫涵芳 徐愛卿 北京航空航天大學出版社 1996</p><p>　?。?）微型計算機原理與應用（第二版）（MCS-