頻率計(jì)課程設(shè)計(jì) (2)

1、<p><b>　　頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué)院名稱： 電氣信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電 子 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>

2、;　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2011年 9月 </p><p&

3、gt;<b>　　數(shù)字頻率計(jì)</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器是測(cè)量信號(hào)頻率的裝置, 也可以用來(lái)測(cè)量方波脈沖的脈寬通常頻率以數(shù)字形式直接顯示出來(lái), 簡(jiǎn)便易讀, 即所謂的數(shù)字頻率計(jì)頻率測(cè)量對(duì)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控有很重要的作用, 可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況, 以便迅速作出處理,傳統(tǒng)的頻率計(jì)采用測(cè)頻法測(cè)量頻率, 通常由組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路構(gòu)成, 產(chǎn)品不但體積較大, 運(yùn)行速度慢,

4、而且測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)不宜直接采用基于單片機(jī)技術(shù),而數(shù)字式頻率計(jì)數(shù)器具有操作簡(jiǎn)單方便、響應(yīng)速度快、體積小等一系列優(yōu)點(diǎn), 可以及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量低頻信號(hào)的頻率。</p><p>　　1、數(shù)字頻率計(jì)與單片機(jī)</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是數(shù)字電路中的一個(gè)典型應(yīng)用, 實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)用到的器件較多, 連線比較復(fù)雜, 而且會(huì)產(chǎn)生比較大的延時(shí), 造成測(cè)量誤差、可靠性差。隨著復(fù)雜可編程邏輯器件( CPLD)

5、和功能越來(lái)越強(qiáng)大的單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。數(shù)字頻率計(jì)是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器, 它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)、尖脈沖信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物量。在AT89C51 單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)的頻率計(jì), 整個(gè)系統(tǒng)非常精簡(jiǎn), 而且具有靈活的現(xiàn)場(chǎng)可更改性。在不更改硬件電路的基礎(chǔ)上, 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種改進(jìn)還可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。該數(shù)字頻率計(jì)具有高速、精確、可靠、抗干擾性強(qiáng)和現(xiàn)場(chǎng)可編程等優(yōu)點(diǎn)。</p><p

6、><b>　　2、技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　輸入脈沖幅度：0—5V</p><p>　　頻率測(cè)量范圍：100—100000Hz</p><p><b>　　測(cè)量精度：±1%</b></p><p>　　顯示方式：四位數(shù)字顯示</p><p><

7、;b>　　3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　硬件電路圖</b></p><p>　　圖2 硬件管腳圖</p><p>　　1、其具體連接

8、方法如下：</p><p>　　P3．4口(即T0)接輸入脈沖信號(hào)。</p><p>　　XTAL1與XTAL2管腳接兩個(gè)20pF電容和12 MHz晶振構(gòu)成時(shí)鐘電路。 RST管腳接510Ω電阻，10 μF電容及復(fù)位開(kāi)關(guān)構(gòu)成人工復(fù)位電路。P2.4—P2.1接驅(qū)動(dòng)7407的四個(gè)輸入端，四個(gè)輸出端接數(shù)碼管的位選通端。</p><p>　　P0.0—P0.7接數(shù)碼管的段選

9、線。</p><p><b>　　2、元件參數(shù)如下</b></p><p>　　R1=R2=510Ω，C1=C2=10uf，C3=C4=20pf。一片74ls00接成非門使用，用于整形。一片7407用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。四個(gè)共陰極數(shù)碼管，一個(gè)8路排阻，阻值為330Ω。</p><p>　　共陰級(jí)八段數(shù)碼管圖如圖</p><p>

10、;　　各模塊電路的實(shí)現(xiàn)及其功能</p><p><b>　　1、信號(hào)發(fā)生模塊</b></p><p>　　利用電容的充放電，產(chǎn)生近似矩形波的波形，再經(jīng)非門整形，就可以得到標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，若波形不夠標(biāo)準(zhǔn)，可多接入幾個(gè)非門。頻率計(jì)算公式為：</p><p>　　f=1/2.2*R2*C2

11、 (1)</p><p>　　計(jì)算得到f=190Hz，但由于元件本身并不標(biāo)準(zhǔn)，且有較大誤差，以及接入電路后存在的一些干擾，從示波器實(shí)測(cè)得到的頻率為195HZ。</p><p><b>　　單片機(jī)系統(tǒng)模塊</b></p><p>　　選擇單片機(jī)是因?yàn)橛芯幊天`活、易調(diào)試的特點(diǎn)，而且它的引腳較多，利于電路的設(shè)計(jì)。它內(nèi)部集成了CPU，

12、RAM，ROM，定時(shí)器／計(jì)數(shù)器和多功能I／0口等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需的基本功能部件。晶振由外部接入，各個(gè)并行口可直接使用，故直接接數(shù)碼管的段選線，使得硬件設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)，且簡(jiǎn)化了程序。單片機(jī)的主要功能就是定時(shí)一秒鐘，統(tǒng)計(jì)被測(cè)信號(hào)的周期個(gè)數(shù)，在轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、送給單片機(jī)的并行口和驅(qū)動(dòng)7407。</p><p><b>　　數(shù)碼管顯示模塊</b></p><p>　　LED顯示器采用

13、動(dòng)態(tài)顯示方式。顯示時(shí)將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I／O口即P0口控制，形成段選線的多路復(fù)用。驅(qū)動(dòng)器7407連接位選部分，由P2.4—p2.1口控制。由于各位的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對(duì)各位來(lái)說(shuō)都是相同的。同一時(shí)刻，如果各個(gè)位選線都處于選通狀態(tài)的話，四位的LED將顯示相同的字符。要各位LDE能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就須采用掃描顯示方式。即在同一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同

14、時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字型碼，這樣同一時(shí)刻，四位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其他三位則是熄滅的。而在下一刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段選線上輸出相應(yīng)位將要顯示字符的字符碼。</p><p>　　這樣循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于人眼有視覺(jué)殘留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔

15、足夠短，則可造成多位同時(shí)亮的效果。所以數(shù)碼管的作用就是動(dòng)態(tài)顯示頻率值。</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1）主程序框圖</b></p><p>　　主程序中包含初始化，二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序和壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD碼程序。其中二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序和壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換成非壓縮BCD碼程序

16、是：</p><p>　　圖3 主程序框圖</p><p>　　2）數(shù)碼管顯示的調(diào)用函數(shù)</p><p>　　當(dāng)頻率低于10KHz時(shí)，調(diào)用函數(shù)有四個(gè)，QIANW調(diào)用函數(shù)、BAIW調(diào)用函數(shù)、SHIW調(diào)用函數(shù)、GEW調(diào)用函數(shù)，分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的從左到右四位。當(dāng)頻率不低于10KHz時(shí)，調(diào)用函數(shù)也有四個(gè)，QIANW1調(diào)用函數(shù)、BAIW1調(diào)用函數(shù)、SHIW1調(diào)用函數(shù)、GEW

17、1調(diào)用函數(shù)，分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的從左到右四位。TAB和TAB1是供查表用的。</p><p>　　TAB:DB 77H,41H,3BH,6BH,4DH,6EH,7EH,43H,7FH,6FH</p><p>　　TAB1:DB 0F7H,0C1H,0BBH,0EBH,0CDH,0EEH,0FEH,0C3H,0FFH,0EFH</p><p><b>　　3）中

18、斷函數(shù)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)間是由定時(shí)器1決定的，每中斷一次，則顯示一個(gè)數(shù)碼管，依次從左往右顯示。中斷函數(shù)主要負(fù)責(zé)調(diào)用顯示程序和存儲(chǔ)計(jì)數(shù)得到的頻率值。</p><p><b>　　四、軟件源程序代碼</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)的程序和解釋說(shuō)明如下：</p><p>　　O

19、RG 0000H ;程序復(fù)位入口地址</p><p>　　AJMP MAIN </p><p>　　ORG 001BH ;計(jì)時(shí)器T0的中斷入口</p><p>　　AJMP PTF0 ;跳轉(zhuǎn)到中斷程序中</p><p&g

20、t;　　ORG 0033H ;主程序入口地址</p><p>　　MAIN:MOV SP, #60H</p><p>　　MOV TH1, #0ECH</p><p>　　MOV TL1,#78H ;定時(shí)5MS</p><p>　　SETB EA ;開(kāi)放CPU中斷&l

21、t;/p><p>　　SETB ET1 ;開(kāi)放定時(shí)器中斷</p><p>　　MOV TH0,#0</p><p>　　MOV TL0,#0 ;給計(jì)數(shù)器T0賦初值0</p><p>　　MOV TMOD,#15H ;計(jì)時(shí)器T1工作在方式1定時(shí)模式，計(jì)數(shù)器T0工作在方式1 計(jì)數(shù)模式</

22、p><p>　　MOV 30H,#0C8H ;循環(huán)200次，共定時(shí)1S </p><p>　　MOV 40H,#0 ;用于判斷顯示數(shù)碼管哪一位 </p><p>　　SETB TR0 ;啟動(dòng)計(jì)數(shù)器0</p><p>　　SETB TR1 ;啟動(dòng)定時(shí)器1</

23、p><p>　　LOOP1:ACALL ZHUANH ;將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮BCD碼</p><p>　　ACALL CHAIF ;將壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼</p><p>　　AJMP LOOP1 ; 循環(huán)處理計(jì)數(shù)器T0采集得到的數(shù)據(jù) </p><p>　　PTF0:MOV T

24、H1, #0ECH</p><p>　　MOV TL1,#78H ;給定時(shí)器T1重新賦值</p><p>　　INC 40H ;數(shù)碼管判斷位加1</p><p>　　MOV A,50H </p><p>　　CJNE A,#00H,DAY ;判斷50H單元是否為零，若為0繼續(xù)往下執(zhí)行

25、，若不為0，則跳轉(zhuǎn)到子程序DAY中</p><p>　　MOV A,40H ;每5ms顯示一位，從最高位開(kāi)始，到最低位時(shí)，返回高位</p><p>　　CJNE A,#1,LOP1</p><p>　　ACALL QIANW</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p>

26、<p>　　LOP1:CJNE A,#2,LOP2</p><p>　　ACALL BAIW</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p><p>　　LOP2:CJNE A,#3,LOP3</p><p>　　ACALL SHIW</p><p><b&g

27、t;　　AJMP TIAO</b></p><p>　　LOP3:ACALL GEW</p><p>　　MOV 40H,#0</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p><p>　　DAY: MOV A,40H</p><p>　　CJNE A,#1,LP1<

28、;/p><p>　　ACALL QIANW1</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p><p>　　LP1:CJNE A,#2,LP2</p><p>　　ACALL BAIW1</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p>

29、<p>　　LP2:CJNE A,#3,LP3</p><p>　　ACALL SHIW1</p><p><b>　　AJMP TIAO</b></p><p>　　LP3:ACALL GEW1</p><p>　　MOV 40H,#0</p><p>　　TIAO:DJNZ 3

30、0H,PTFR ;判斷是否到1S</p><p>　　MOV 20H,TH0 </p><p>　　MOV 21H,TL0 ;將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)轉(zhuǎn)移到20H，21H中</p><p>　　MOV TH0,#0</p><p>　　MOV TL0,#0 ;將計(jì)數(shù)器T0重新賦0</p

31、><p>　　MOV 30H,#0C8H</p><p><b>　　PTFR:RETI</b></p><p>　　ZHUANH:MOV R2,20H ;將計(jì)數(shù)得到的值存入R2和R3中</p><p>　　MOV R3,21H </p><p><b>　　CLR

32、 A</b></p><p>　　MOV R4 ,A ;將R4、R5、R6清零</p><p><b>　　MOV R5 ,A</b></p><p>　　MOV R6,A </p><p>　　MOV R7,#16 </p><p>　　

33、LOOP:CLR C ; 將16位二進(jìn)制數(shù)逐位左移一位 ，移得的數(shù)據(jù)放入進(jìn)位C中 </p><p><b>　　MOV A,R3</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　MOV R3,A</b></p>

34、;<p><b>　　MOV A,R2</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　MOV R2,A</b></p><p>　　MOV A,R6 ;（R4R5R6）+（R4R5R6）+C=（R4R5R6）*2+C</p

35、><p><b>　　ADDC A,R6</b></p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV R6,A</b></p><p><b>　　MOV A,R5</b></p><p><b>

36、;　　ADDC A,R5</b></p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV R5,A</b></p><p><b>　　MOV A,R4</b></p><p><b>　　ADDC A,R4</b>&

37、lt;/p><p><b>　　DA A </b></p><p><b>　　MOV R4,A</b></p><p>　　DJNZ R7,LOOP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　CHAIF:MOV A,R5

38、 ;將壓縮BCD碼R4R5R6轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼 ,從高到低依次放于50H、51H、52H、53H、54H</p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　MOV 51H,A</b></p><p><b>

39、;　　MOV A,R5</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　MOV 52H,A</b></p><p><b>　　MOV A,R6</b></p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p><b>　

40、　SWAP A</b></p><p><b>　　MOV 53H,A</b></p><p><b>　　MOV A,R6</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　MOV 54H,A</b></p><p&

41、gt;　　MOV 50H,R4</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　QIANW: MOV A,51H ;頻率不超過(guò)10KHZ時(shí)，以HZ為單位，四位顯示，最高位為千位，以此類推</p><p>　　MOV DPTR,#TAB ;千位上顯示51H單元中的內(nèi)容</p><p&

42、gt;　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0EFH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　BAIW:MOV A,52H ;百位上顯示52H單元中的內(nèi)容 <

43、/p><p>　　MOV DPTR,#TAB </p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0F7H</p><p><b>　　RET </b></p><p&

44、gt;　　SHIW:MOV A,53H ;十位上顯示53H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0FBH</p

45、><p><b>　　RET </b></p><p>　　GEW:MOV A,54H ;個(gè)位上顯示54H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A&

46、lt;/b></p><p>　　MOV P2,#0FDH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　QIANW1:MOV A,50H ;頻率大于10KHZ時(shí)，小數(shù)點(diǎn)放千位，以KHZ為單位，省去個(gè)位，以四位顯示 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB

47、 ;千位上顯示50H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0EFH</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　BAIW1:MOV A

48、,51H ;百位上顯示51H單元中的內(nèi)容和顯示小數(shù)點(diǎn) </p><p>　　MOV DPTR,#TAB1</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0F7H</p><p>&l

49、t;b>　　RET </b></p><p>　　SHIW1: MOV A,52H ;十位上顯示52H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p><p><b>　　MOV P0,A</b></p&g

50、t;<p>　　MOV P2,#0FBH</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　GEW1:MOV A,53H ;個(gè)位上顯示53H單元中的內(nèi)容 </p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p&g

51、t;<p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　MOV P2,#0FDH </p><p><b>　　RET </b></p><p>　　TAB:DB 77H,41H,3BH,6BH,4DH,6EH,7EH,43H,7FH,6FH ;0—9</p><p&

52、gt;　　TAB1:DB 0F7H,0C1H,0BBH,0EBH,0CDH,0EEH,0FEH,0C3H,0FFH,0EFH ;0.—9.</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　END </p><p><b>　　五、調(diào)試與結(jié)果分析</b></p><p>

53、<b>　　1、硬件調(diào)試</b></p><p>　　焊好電路后，首先檢查是否有虛焊，如果沒(méi)有，再上電檢測(cè)。首先檢測(cè)數(shù)碼管的好壞，由于P2.4—P2.1控制數(shù)碼管的位選線，P0.0—P0.7接數(shù)碼管的段選線，而且數(shù)碼管是共陰的，所以只要將+5V電源的地分別接P2.4—P2.1口，若數(shù)碼管顯示8和小數(shù)點(diǎn)，說(shuō)明是好的，四個(gè)都檢測(cè)完后就檢查數(shù)碼管的接線。</p><p>　

54、　首先+5V電源的地接P2.4口，電源的正端接一個(gè)1KΩ的電阻，分別點(diǎn)觸P0.0—P0.7，若點(diǎn)觸到哪一個(gè)口，相對(duì)應(yīng)的二極管熄滅，說(shuō)明連線是正確的。檢測(cè)完一個(gè)數(shù)碼管，然后用相同的方法檢測(cè)完四個(gè)數(shù)碼管。</p><p><b>　　2、軟件調(diào)試</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是AEDK51HB仿真機(jī)，所使用的編程軟件是LCA51，操作步驟較為簡(jiǎn)單。首先

55、打開(kāi)LCA51軟件，測(cè)試串口，然后新建文件，在內(nèi)部編程，編完程序，保存就可以了，后綴名為.ASM。沒(méi)有警告和錯(cuò)誤時(shí)，在仿真機(jī)電源/運(yùn)行的指示燈為綠色的情況下，點(diǎn)擊確定。下載完成以后，點(diǎn)擊全速運(yùn)行，觀察檢測(cè)結(jié)果。</p><p><b>　　3、測(cè)量結(jié)果</b></p><p>　　用單片機(jī)檢測(cè)并由數(shù)碼管顯示的頻率范圍為180-182Hz,其誤差在±1%范圍內(nèi)

56、，所以滿足此項(xiàng)要求。</p><p><b>　　六，課程設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須先確定該系統(tǒng)的技術(shù)要求，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都必須圍繞這個(gè)技術(shù)要求來(lái)工作。在設(shè)計(jì)時(shí)遵循從整體到局部也即自上而下的原則。把復(fù)雜的問(wèn)題分解為若干個(gè)比較簡(jiǎn)單的、容易處理的問(wèn)題，分別單個(gè)的加以解決。將總?cè)蝿?wù)分解成可以獨(dú)立表達(dá)的子任務(wù)，

57、這些子任務(wù)再向下分，直到每個(gè)子任務(wù)足夠簡(jiǎn)單，能夠直接而容易的實(shí)現(xiàn)為止。在程序調(diào)試時(shí)應(yīng)按各個(gè)功能模塊分別調(diào)試。</p><p>　　在程序設(shè)計(jì)時(shí)，正確合理的設(shè)計(jì)是非常重要的，正確的程序設(shè)計(jì)包括程序的結(jié)構(gòu)是否合理，一些循環(huán)結(jié)構(gòu)和循環(huán)指令的使用是否恰當(dāng)，能否使用較少的循環(huán)次數(shù)或較快的指令，是否能把某些延遲等待的操作改為中斷申請(qǐng)服務(wù)，能否把某些計(jì)算方法和查表技術(shù)適當(dāng)簡(jiǎn)化等。另外程序的設(shè)計(jì)要具有可擴(kuò)展性，程序的結(jié)構(gòu)要標(biāo)準(zhǔn)化

58、，便于閱讀、修改和擴(kuò)充。</p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我更加地了解和掌握單片機(jī)的基本知識(shí)和基本的編寫(xiě)程序，也更加深入地了解單片機(jī)這么課程，掌握匯編語(yǔ)言的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。對(duì)于認(rèn)識(shí)到自己在知識(shí)方面存在的不足，明確今后的學(xué)習(xí)方向是非常有益的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 張毅坤，陳善久.單片微