题 目： 基于51单片机的数字频率计
专 业： 计算机科学与技术（专升本）
班 级： 056计算机科学与技术
姓 名： 蔡永 学号： 05191131
指导老师： 余水宝
成 绩：
( 2006.6 )
目 录
第1节 引言 ……………………………………………………………2
1.1 数字频率计概述…………………………………………………………………………2
1.2 频率测量仪的设计思路与频率的计算…………………………………………………2
1.3 基本设计原理……………………………………………………………………………3
第2节 数字频率计（低频）的硬件结构设计…………………………4
2.1系统硬件的构成…………………………………………………………………………4
2.2系统工作原理图…………………………………………………………………………4
2.3AT
2.4信号调理及放大整形模块………………………………………………………………7
2.5时基信号产生电路………………………………………………………………………7
2.6显示模块…………………………………………………………………………………8
第3节 软件设计………………………………………………………12
3.1 定时计数 ………………………………………………………………………………12
3.2 量程转换 ………………………………………………………………………………12
3.3 BCD转换…………………………………………………………………………………12
3.4 LCD显示…………………………………………………………………………………12
第4节 结束语 ……………………………………………………… 13
参考文献 ………………………………………………………………14
附录 汇编源程序代码…………………………………………………15
数理与信息工程学院 计算机专升本 056班 蔡永
指导老师 余水宝
第1节 引言
本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。
1.1数字频率计概述
数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。
本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个
基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。
1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算
1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算
（注：To为标准信号的周期，所以T为分频后信号的周期，则可以算出被测量信号的频率f。）
由于单片机系统的标准频率比较稳定，而是系统标准信号频率的误差，通常情况下很小；而系统的量化误差小于1，所以由式T=NTo可知，频率测量的误差主要取决于N值的大小，N值越大，误差越小，测量的精度越高。
1.3 基本设计原理
基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。
所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。
第2节数字频率计（低频）的硬件结构设计
2.1 系统硬件的构成
本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT
2.2 系统工作原理图
图3 数字频率计系统工作原理图
2.3 AT
引脚说明：
·VCC：电源电压
·GND:地
·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。
当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。
在EPROM编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。程序校验时需要外接上拉电阻。
·P1口：P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。
·P2口：P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。
P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX ＠ DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX ＠R1）,P2口输出特殊功能寄存器的内容。
当EPROM编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。
·P3口：P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P3口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P3口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。
P3口同时具有AT
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD (串行输入口)
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
P3.3
P3.4
T0（定时器0）
P3.5
T1（定时器1）
P3.6
P3.7
表1 P3口的第二功能
·RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
·ALE/
一般情况下，ALE是以晶振频率的1/6输出，可以用作外部时钟或定时目的。但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
·
·
当执行内部编程指令时，
·XTAL1：振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。
·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
在本次设计中，采用
2.4 信号调理及放大整形模块
放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。它将正弦输入信号Vx整形成同频率方波Vo,幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以避免波形失真。由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。同相输入的运算放大器的放大倍数为（R1+R2）/R1，改变R1的大小可以改变放大倍数。系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到闸门以便计数。
2.5 时基信号产生电路：
CD4013------双上升沿D触发器 ，引脚及功能见如下图5：
图5 CD4013芯片引脚用功能图
CD4060------14位二进制串行计数器，引脚及功能见如下图6：
CD4060 由一震荡器和14极二进制串行计数器位组成，震荡器的结构可以是RC或晶振电路。CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器 CP1非（和 CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。
时基信号的产生原理：
本电路采用32768HZ晶体震荡器，利用CD4060芯片经过14级分频得到2HZ的信号（32768/214），在经过CD4013双D触发器经过二分频得到0.5HZ的方波，即输出秒脉冲信号使单片机进行计数。
图七 秒脉冲产生电路原理图
2.6 显示模块
1602基本技术：
1）、主要功能
A、 40通道点阵LCD 驱动;
B、 可选择当作行驱动或列驱动;
C、 输入/输出信号:输出,能产生20×2个LCD驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1∽V6);
D、 通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。
2）、技术参数
2.1）极限参数表
名 称
符 号
标 准 值
单 位
MIN
TYPE
MAX
电路电源
VDD - VSS
-0.3
7.0
V
LCD驱动电压
VDD - VEE
VDD - 13.5
VDD + 0.3
V
输入电压
VIN
-0.3
VDD + 0.3
V
静电电压
-
-
100
V
工作温度
-20
+70
°C
储存温度
-30
+80
°C
2.2） 电参数表
名 称
符 号
测 试 条 件
标 准 值
单位
MIN
TYPE
MAX
输入高电平
VIH
-
2.2
VDD
V
输入低电平
VIL
-
-0.3
0.6
V
输出高电平
VOH
IOH = 0.2mA
2.4
-
V
输出低电平
VOL
IOL = 1.2mA
-
0.4
V
工作电流
IDD
VDD = 5.0V
2.0
mA
液晶驱动电压
VDD- VEE
Ta =
4.9
V
Ta =
4.7
Ta =
4.5
3）、时序特性表
项 目
符 号
测试条件
标 准 值
单位
MIN
TYPE
MAX
允许时间周期
TCYCE
1000
ns
允许脉冲宽度,高电平
PWEH
450
--
--
ns
允许上升和下降时间
tEr tEf
--
--
25
ns
地址建立时间
tAS
140
--
--
ns
数据延迟时间
tDDR
--
--
320
ns
数据建立时间
tDSW
195
--
--
ns
数据保持时间
tH
10
--
--
ns
DATA HOLD TIME
tDHR
20
--
--
ns
地址保持时间
tAH
10
--
--
ns
4）、引脚和指令功能
4.1）模块引脚功能表
引 线 号
符 号
名 称
功 能
1
Vss
接地
0V
2
VDD
电路电源
5V±10%
3
VEE
液晶驱动电压
保证VDD-VEE=4.5∽5V电压差
4
RS
寄存器选择信号
H:数据寄存器 L:指令寄存器
5
R/W
读/写信号
H:读 L:写
6
E
片选信号
下降沿触发,锁存数据
7
|
14
DB0
|
DB7
数据线
数据传输
4.2）寄存器选择功能表
RS
R/W
操 作
0
0
指令寄存器(IR)写入
0
1
忙标志和地址计数器读出
1
0
数据寄存器(DR)写入
1
1
数据寄存器读出
（注:忙标志为"1"时,表明正在进行内部操作,此时不能输入指令或数据,要等内部操作结束,即忙标志为"0"时。）
4.3） 指令功能
格式:RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
共11种指令:清除,返回,输入方式设置,显示开关,控制,移位,功能设置,CGRAM地址设
置,DDRAM地址设置,读忙标志,写数据到CG/DDRAM,读数据由CG/DDRAM。
5）、显示位与DD RAM 地址的对应关系
显 示 位 序 号
1 2 3 4 5 ……………… 40
DD RAM
地 址(HEX)
第 一 行
00 01 02 03 04 ..………….. 27
第 二 行
40 41 42 43 44 …………….. 67
6）、初始化方法
用户所编的显示程序,开始必须进行初始化,否则模块无法正常显示,下面介绍两种初始化方法;
6.1利用内部复位电路进行初始化
下面指令是在初始化过程中执行的。
(1) 清屏(DISPLAY CLEAR);
(2) 功能设置(FUNCTION SET);
DL = 1: 8Bit 接口数据;
N = 0: 1行显示; F = 0:5×7dot字形;
(3) 显示开/关控制(DISPLAY ON/OFF CONTROL)
D = 0: 显示关; C = 0: 光标关; B = 0: 消隐关
(4) 输入方式设置(ENTRY MODE SET )
I/D = 1:(增量): S = 0: 无移位:
6.2） 软件复位
如果电路电源不能满足复位电路的要求的话,那么初始化就要用软件来实现,过程如下:
八位接口初始化流程图
电 源 开
本文关键字：单片机 自动控制-单片机，电子制作 - 自动控制-单片机
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