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第一篇：基于單片機的頻率計設計12

`武漢理工大學《電子系統設計與調試》課程設計說明書

摘要

數字頻率計是數字電路中的一個典型應用，實際的硬件設計用到的器件較多，而且會產生比較大的延時，造成測量誤差、可靠性差。傳統的數字頻率計一般是由分離元件搭接而成，隨著單片機的大規模的應用，單片機在頻率測量方面也越來越多的被使用。在本課題中使用的AT89S51 這種低功耗,高性能CMOS 8位單片機系列的單片機的出現，具有更好的穩定性，更快和更準確的運算精度，推動了工業生產，影響著人們的工作和學習。而本次設計就是要通過以AT89S51單片機為控制核心，實現對信號頻率進行準確計數的設計。

單片機是將微型計算機的基本功能部件全部集成在一塊半導體電路芯片上，具有功能強、體積小、價格低、穩定可靠、研制周期短等優點，具有廣闊的應用前景。本次畢業設計以ATMEL公司的AT89S51單片機為核心，實現頻率計數功能。頻率計裝置由單片機系統模塊，LED顯示模塊、MAX232串口通信模塊組成，實現對頻率進行測試并在LED顯示出來。

本次畢業設計基于AT89S51單片機的頻率計裝置，設計sch電路原理圖，并根據原理圖完成硬件部分的制作，采用KEIL-51單片機應用系統編制C語言系統程序，最后通過綜合調試，能實現所有要求的功能，完全滿足本次畢業設計的要求。

關鍵詞：頻率計；單片機；LED顯示；MAX232；定時器/計數器基于AT89S51單片機的頻率計的設計裝置原理圖及其設計思路

2單片機系統模塊原理設計

2.1 AT89S51芯片介紹 2.2 AT89S51芯片管腳介紹 2.3 AT89S51復位電路原理2.4 AT89S51的時鐘

2.5.1 P0口介紹2.5.2 P1口介紹2.5.3 P2口介紹2.5.4 P3口介紹

2.5.5端口的負載能力和輸入/輸出操作 2.5.6串行端口的基本特點

2.5.7串行端口的工作方式2.5.8串行端口的控制寄存器

2.6 定時器/計數器2.6.1定時器/計數器結構 2.6.2定時器/計數器控制寄存器

2.6.3定時器/計數器工作模式 2.6.4定時器/計數器的初始化

2.7 中斷系統 2.7.1中斷系統的結構 2.7.2中斷系統的控制寄存器2.7.3中斷的響應過程3 硬件設計 3.1 LED顯示模塊設計原理3.1.1 LED發光原理 3.1.2種類和符號

3.1.3 LED的特性3.2 LED數碼管介紹 3.2.1 LED數碼管原理結構3.2.2 LED數碼管工作方式

3.2.3靜態顯示方式 3.2.4動態顯示方式 3.2.5 LED顯示控制原理 3.3 MAX232芯片介紹4 軟件設計

基于51單片機頻率計的設計與制作

論文摘要: 本畢業論文代寫隨著無線電技術的發展與普及，“頻率”已經成為廣大群眾所熟悉的物理量。并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。本設計介紹了以8051單片機為核心的頻率測量技術, 給出了通過單片機系統的外部中斷和定時器/計數器, 并采用測周法和測頻法來實現信號頻率測量以及通過擴展鍵盤和顯示設備對現場頻率進行測量的設計方法。

關鍵詞：頻率單片機分頻器

引言

隨著無線電技術的發展與普及，“頻率”已經成為廣大群眾所熟悉的物理量。而單片機的出現，更是對包括測頻在內的各種測量技術帶來了許多重大的飛躍，然而，小體積、價廉、功能強等優勢也在電子領域發揮非常重要的作用，極大的提高了這些領域的技術水平和自動化程度。51系列單片機是國內目前應用最廣泛的一種8位單片機之一，隨著嵌入式系統、片上系統等概念的提出和普遍接受及應用。51系列及其衍生單片機還會在后繼很長一段時間占據嵌入式系統產品的低端市場，因此，作為新世紀的大學生，在信息產業高速發展的今天，掌握單片機的基本結構、原理和使用是非常重要的。為此, 本文給出了一種以單片機為核心的頻率測量系統的設計方法。

數字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進制數字顯示被測信號頻率的數字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號及其他各種單位時間內變化的物理量。在進行模擬、數字電路的設計、安裝、調試過程中，由于其使用十進制數顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經常要用到頻率計。概述

測量頻率的方法一般分為無源測頻法、有源測頻法及電子計數法三種。無源測頻法(又可分為諧振法和電橋法), 常用于頻率粗測, 精度在1%左右。有源比較法可分為拍頻法和差頻法,前者是利用兩個信號線性疊加以產生拍頻現象,再通過檢測零拍現象進行測頻, 常用于低頻測量, 誤差在零點幾Hz;后者則利用兩個非線性信號疊加來產生差頻現象, 然后通過檢測零差現象進行測頻, 常用于高頻測量, 誤差在± 20 Hz左右。以上方法在測量范圍和精度上都有一定的不足, 而電子計數法主要通過單片機進行控制。由于單片機的較強控制與運算功能, 電子計數法的測量頻率范圍寬, 精度高, 易于實現。2 系統硬件設計

2.1 系統硬件框圖

頻率計的組成框圖如圖2-1所示，它是以單片機作為核心控制電路，主要有放大電路、整形電路、分頻電路、鍵盤和顯示組成，完成頻率的測量功能。

當頻率輸入后經放大電路放大后進入整形電路進行整形，再由分頻器進行分頻，再送入單片機中進行處理，最后有數碼管顯示頻率。

2.2 單片機最小系統

本設計用STC89C51代替了以往使用的AT89C51，功能更強，速度更快，壽命更長，價格更低。STC89C51可以完成ISP在線編程功能，而AT89C51則不能。

STC89C51有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口。

STC89C51是一塊高性能單片機，它內含128×8位存儲空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點。AT24C02具有PDIP、MSOP/TSSOP及SOIC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。

最小系統是維持單片機，由于晶振、開關等器件無法集成到51芯片內部，由這些器件構成的晶振電路和復位電路是單片機工作的所必須的兩個基本電路，對于8051內由RAM、EPROM的系統來講，單片機與晶振電路及開關、電阻、電容等構成的復位電路組成最小系統。對于8031機型來說，片內不含有程序存儲器，所以除以上基本的配置外，必須外擴片外的程序存儲器，再用到地址鎖存器，才能構成最小系統。所以我們選用8051，這用的最小系統簡單可靠。

8051單片機中，XTALl、XTAL2 為片內振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，如圖2-3示。可采用石英晶體或陶瓷振蕩器組成時鐘振蕩器，如需從外部輸入時鐘驅動 STC89C51，時鐘信號從 XTAL1 輸入，XTAL2 應懸空。由于輸入到內部電路是經過一個 2分頻觸發器，所以輸入的外部時鐘信號無需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時序規范。

復位電路的基本功能是：系統上電時提供復位信號直至系統電源穩定后撤銷復位信號，為可靠起見電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位，有效的防止系統有時會出現一些不可預料的現象，如無規律可循的“死機”、“程序走飛”等。系統

2.3 頻率測量電路

本設計就是采用單片機電子計數法來測量頻率, 其系統硬件原理框圖如下

為了提高測量的精度, 拓展單片機的測頻范圍, 本設計采取了對信號進行分頻的方法。設計中采用兩片同步十進制加法計數器74LS160來組成一個100分頻器。該100分頻器由兩個同步十進制加法計數器74LS160和一個與非門74LS00共同設計而成。由于一個74LS160可以分頻十的一次方, 而當第一片74LS160工作時, 如果有進位,輸出端TC便有進位信號送進第二片的CEP端, 同時CET也為高電平, 這

樣兩個工作狀態控制端CET、CEP將同時為高電平, 此時第二片74LS160將開始工作。

2.4 顯示電路

顯示電路我選用共陰極數碼管，是由一個四位數碼管和二個一位數碼管組成。顯示主要包含了兩部分：段選和位選。在設計時用74ls240來驅動。

段選的信號和位選的信號由P0和P2口提供，P0口的接74ls240，把單片機輸出的十進制轉換成數碼管能顯示的字型碼。

3、數顯頻率計設計

以單片機為主要控制器件，配合外圍電路，測量１０ＭＨＺ以內的周期信號頻率，并用ＬＥ

Ｄ數碼管顯示測量結果。選擇一種精度較高的測量方法，繪出電路的原理圖，搭建硬件電路，編制單片機程序，實現上述功能。

第二篇：基于AT89C51單片機的簡易頻率計的設計

基于AT89C51單片機的簡易頻率計的設計 Algorithms of Signal Classification Based on

Spectrum Analysis

彭嵐峰胡佳佳 Peng Lanfeng Hu Jiajia(南昌大學科學技術學院，江西南昌330029)(College of Science and Technology } Nanchang University, Jiangxi Nanchang，330029)摘要:為了解決市場上各種多功能、高精度數字頻率計高價格的問題，本文通過綜合分析實際工作的要求，選擇市場上低價格的常用元件，由單片機產生閘門時間與時鐘等基準信號以減少外圍電路，從而提出了一種基于單片機(AT89C51)為主控制核心、LCD 1602為顯示界面的頻率計設計方案。本方案可滿足簡易頻率計體積小、成本低、精度高、可測頻帶寬的市場需求。關鍵詞:單片機;頻率計;液顯

中圖分類號:TM93文獻標識碼:A文章編號:1671-4792(2012)09-0121-03

Abstract： In order to meet the great necessity of multi-function, high-precision digital frequency meter with a lower price, we choose the common cheap components, and use microcontroller to produce the basic clock signalto minimize the peripheral circuit.A design of frequency meter based on microcontroller(AT89C51)andLCD1602 is proposed, which has the properties of small size, low cost, high precision and wide frequency bandwidth.Keywords: AT89C51:Frequency Meter;Liquid Crystal Displ 0引言實現復雜度。

頻率計又稱為電子計數器，是一種常用電子測量儀器。它的基本功能是測量信號的頻率和周期，廣泛應用于教學、科研、高精度儀器測量、工業控制等

領域。目前，市場上的頻率計基本上都是由專用計數芯片與數字邏輯電路組成。由于這些芯片的工作頻率低，從而限制了產品工作頻率的提高，遠不能滿足在一些特殊的場合需要。運用51系列單片機設計頻率計，并采用適當的算法取代傳統電路，不僅能克服傳統頻率計結構復雜、穩定性差、精度不高的弊端，而且頻率計性能也將大幅提高。本次設計給出了一種基于單片機(AT89C51)為主控制芯片的頻率計設計方案，不但切實可行，而且體積小、保密性強、設計簡單、精度高、可測頻帶寬，大大降低了設計成本和實現復雜度。

1總體設計方案

頻率計的結構主要包括時鐘信號發生電路、閥門控制、單片機控制電路和LCD顯示電路。頻率計的主要核心部件是采用AT89C51來產生定時和記錄脈沖變化次數，運用AT89C51來構成計數器，突破了大部分運用數字電路模板來構成計數器。本設計主要采用AT89S52芯片和LCD 1602來實現，軟件編程主要采用C51語言來編程。圖一給出了設計框圖。

圖一頻率計構造圖

1.1控制核心

以單片機為核心，待測信號先進入信號放大電路進行放大，再被送到波形整形電路整形，把待測的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機的計數器/定時器的功能對待測信號進行計數。編寫相應的程序可以使單片機自動調節測量的量程，并把測出的頻率數據送到顯示電路顯示。

1.2顯示部分

LCD 1602是具有記憶功能的液晶顯示器，當頻率值不發生變化時無需更新顯示區域。此特點可節約單片機的運行時間，減少測量轉換時間。

1.3波形整形電路

采用LM358比較電路來整形波形，40K電阻和100K的可調電阻對電壓分壓，因為LM358比較器的開環增益很大，所以輸入電壓大于分壓電壓的將變為電源電壓5v，而小于電源電壓的會變成0v。這樣就可以把正弦波、三角波整形成方波。圖二給出了整形電路圖。

圖二波形整形電路

2軟件設計

頻率計的核心部分是程序的編寫，算法的好壞將直接影響頻率計的精度。包括了以下的主要程序:主程序、LCD 1602顯示程序、顯示轉換程序、頻率計算程序。

2.1主程序

主程序只做控制作用，調用了三個子程序定時器1中斷初始化、LCD 1602初始化、在LCD上顯示Welcome，調用結束后等待中斷到來。void main(void)Initial_S1();

//定時器1中斷初始化 LCDSTART();

//LCD1602初始化 Putlcddata();//在LCD上顯示Welcome while(1);} 2.2 LCD 1602顯示程序

void LCDSTARTQ { LCDDATA=0x01;

//清屏光標復位 DISP();LCDDATA=0x38;

//設置顯示模式:8位子行Sx 7點陣 DISP();LCDDATA=0x0c;

//顯示器開、光標開、光標允許閃爍 DISP();LCDDATA=0x06;

//文字不動，光標自動右移 DISP();LCDDATA=0x84;

//設置顯示初始位置 DISP();} 2.3計數程序

本設計中T0采用計數功能，需要注意的一個問題是，輸入的待測時鐘信號的頻率最高可以達到460800Hz，但計數器最多只能計數65536次，顯然需要對計數單元進行擴展。擴展的思路是除了計數器TO的THO和TLO用于計數外，再選用一個計數單元，每當計數器TO溢出回零時產生中斷，中斷程序執行計數擴展單元自增1。本設計需要測量頻率最大為10000Hz，可以不用擴展。void timerl} interrupt 3 { TH1=THCLK;TL1=TLCLK;switch(n){

case2: }if(--switchtime==0)}Frequencyvalue=(THO*256+TLO)/4)* 1000;NumToCharO;

THO=O;TLO=0;} break;}

case3: {if(--switchtime==0){Frequencyvalue=(THO*256+TLO)/4)* 100;NumToChar();

TH0=0;TL0=0;} break;}

easel:{if(--switchtime==0){Frequencyvalue=(TH0*256+TLO)/4)* 10+60;NumToChar();

TH0=0;TL0=0;} break;}

}

} 2.4顯示轉換

從計數器采集到的頻率數據是整數，不能直接把這些數據送給LCD顯示，因此需要把這些數據轉換為標準有效的字符串。下面這段程序將整數轉換成字符串。

void NumToChar()

{

frequency [0]=Frequencyvalue/ 10000+48;

frequency

[1]=

(Frequencyvalue% 10000)/1000+48;

frequency [2]=(Frequencyvalue% 1000)/ 100+48;

frequency [3]=(Frequencyvalue% 100)/10+48;

frequency [4]=Frequencyvalue% 10+48;

frequency[5]='H';

frequency [6]='z';

frequency [7]='

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基于單片機的頻率計設計12

第一篇：基于單片機的頻率計設計12

第二篇：基于AT89C51單片機的簡易頻率計的設計