基于单片机频率计的设计 - 图文

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目 录

第一章：绪 论 ........................................................ 3

1.1 概述 ............................................................ 3 1.2 发展现状 ........................................................ 3 1.3 单片机的发展 .................................................... 4 第二章：方案论证与选择 ................................................ 4

2.1 方案一 基于VHDL语言的频率计的设计 .............................. 5 2.2 方案二 基于单片机的频率计的设计 ................................. 6 2.3 方案的选择 ...................................................... 7 第三章：基于单片机频率计的设计 ........................................ 8

3.1系统硬件电路的设计 .............................................. 8

基于单片机频率计的原理框图 ...................................... 8 3.1.1 单片机的管脚 .............................................. 8 3.1.2 单片机的外围电路 ......................................... 10 3.1.3 液晶显示模块1602 ......................................... 11 3.1.4 硬件电路原理图 ........................................... 12 3.2 系统软件的设计 ................................................. 13

3.2.1 定时器/计数器工作方式的设置 .............................. 13 3.2.2 定时器/计数器开启/关闭的设置 ............................. 14 3.2.3 中断的设置 ............................................... 14 3.2.4 液晶显示模块1602内部的控制指令 .......................... 16 3.3 系统软件设计中的主要流程图 ..................................... 17 3.4 系统软件设计中的主要子程序 ..................................... 20

3.4.1 T1计数器中断服务子程序 ................................... 20 3.4.2 T0定时器中断服务子程序 ................................... 20 3.4.3 数据处理子程序 ........................................... 21 3.5程序的编译、仿真 ............................................... 22

3.5.1在Keil环境下的程序编写 ................................... 22 3.5.2在PROTEUS环境下的仿真结果 ................................ 25 3.6电路的调试 ..................................................... 26 致谢 ................................................................. 29 参考文献 ............................................................. 30 附录A ............................................................... 32

源程序： ........................................................... 32 附录B ............................................................... 41

元器件清单： ....................................................... 41

摘要：

在设计单片机和数字电路时经常需要测量脉冲个数、脉冲宽度、脉冲周期、脉冲频率等参数,虽然使用逻辑分析仪可以很好地测量这些参数,但其价格昂贵。且实现测量的数字化、自动化、智能化已成为各类仪器仪表设计的方向,这里介绍一种用单片

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机AT89C51控制的、全自动、数字显示的测量频率的方法。

频率计是我们在电子电路试验中经常会用到的测量仪器之一，它能将频率用数码管或液晶显示器直接显示出来，给测试带来很大的方便，使结果更加直接；且频率计还能对其它多种物理量进行测量，如机械振动的频率、声音的频率等，都可以先转变成电信号，然后用频率计来测量，研究频率计的设计与制作将会对我们的生活有很大意义。现代的频率计多是用数码管显示的，其结果不明确，表示也不直接，研究液晶显示的频率计对频率计的发展很有意义。

数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。 因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、尖脉冲信号及其他各种单位时间内变化的物理量。 它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。

数字式频率计是基于时间或频率的A/D转换原理，并依赖于数字电路技术发展起来的一种新型的数字测量仪器。由于数字电路的飞速发展，数字频率计的发展也很快。在电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高了系统的可靠性和速度。

纵观现在的数字频率计，其基本原理都是相同的，频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。但现在的频率计其显示部分都是通过LED数码管显示的，显示内容是BCD码，不直观，若用LCD液晶来显示，会使输出结果更直接，便于观察。正因为如此，所以未来数字频率计的发展必定会向用液晶显示的方向发展。

关键词：单片机AT89C51，频率计，液晶显示

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第一章：绪 论

1.1 概述

在电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高了系统的可靠性和速度。集成电路的类型很多，从大的方面可以分为模拟电路和数字集成电路两大类。数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个应用领域。测量频率是电子测量技术中最常见的测量之一，不少物理量的测量, 如时间、速度等都涉及到或本身可转化为频率的测量。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号，如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。 因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。

1.2 发展现状

数字频率计发展到现在，有基于CPLD的数字频率计的设计，基于VHDL语言的数字频率计的设计，还有基于单片机的简易数字频率计等。CPLD是一种新兴的高密度大规模可编程逻辑器件，它具有门阵列的高密度和PLD器件的灵活性和易用性，目前已成为一类主要的可编程器件；可编程器件的最大特点是可通过软件编程对其器件的结构和工作方式进行重构，能随时进行设计调整而满足产品升级，使得硬件的设计可以如软件设计一样方便快捷，从而改变了传统数字系统及用单片机构成的数字系统的设计方法、设计过程及设计概念，使电子设计的技术操作和系统构成在整体上发生了质的飞跃。VHDL

（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,超高速集成电路硬件描述语言）诞生于1982年，是由美国国防部开发的一种快速设计电路的工具，目前已经成为IEEE

（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）的一种工业标准硬件描述语言；相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下（Top to Down）和基于库（Library Based）的设计的特点。单片机技术在短短的20余年间已发展成为计算机技术中一个非常有活力的分

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支，它有自己的技术特征、规范、发展道路和应用环境。

1.3 单片机的发展

目前计算机硬件技术向巨型化、微型化和单片化三个方向发展。自1975年美国德克萨斯仪器公司第一块单片机芯片TMS-1000问世以来，在短短的30余年间，单片机技术已发展成为计算机技术中一个非常有活力的分支，它有自己的技术特征、规范、发展道路和应用环境。按单片机的生产技术和应用对象，单片机先后经历了4位机、8位机、16位机、32位机几个有代表性的发展阶段。

单片机与通用微机相比较，在结构、指令设置上均有其独特之处，其主要特点有： 1） 单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的，ROM称为程序存储器，只存放固

定常数及数据。RAM则为数据存储器，用于工作区及存放用户数据。 2）采用面向控制的指令系统。

3）单片机的输入/输出引脚通常是多功能的。 4）单片机的外部扩展能力强。

从80年代单片机被引入我国，单片机已广泛地应用于电子设计中。单片机的应用迅速发展，其性价比高，大量的外围接口电路，使基于单片机的电子系统设计方便，周期缩短，而且不断发展。新型单片机支持高级语言，进一步延伸了其发展空间。

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第二章：方案论证与选择

2.1 方案一 基于VHDL语言的频率计的设计

设计的基于VHDL语言频率计的系统原理框图系统原理框图如图2.1所示。

小

数启

停 开关控 点译码显示电路

信 号 制时钟 量程选择

标准信号发生器使能 锁 存 器 1K输出使能 各模块说明如下：

(1) 标准信号发生器, 开关控制电路。标准信号发生器产生1kHz 基准信号。开关控制

电路对键盘输入的启停信号进行处理 （2）分频器

当收到使能信号, 分频器启动, 将标准1kHz 信号经3次10分频, 得到100Hz, 10Hz, 1Hz 信号。1kHz, 100Hz, 10Hz 信号作为计数器闸门信号来控制计数, 以实现不同量程。

（3） 计数控制器

计数控制模块将输入的分频信号处理, 产生计数闸门信号、计数清零信号和锁存

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分 频 计数控制器 100Hz或10Hz 闸门信号 锁存信号 计 数 器 闸门信号 器图2.1 设计的基于VHDL语言频率计的系统原理框图

待测信号

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