第一篇：單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告——智能數(shù)字頻率計(jì)

單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告

題目：智能數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)

專業(yè)： 信息工程 班級：信息111 學(xué)號：*** 姓名：*** 指導(dǎo)教師：***

北京工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院

1、設(shè)計(jì)目的

（1）了解和掌握一個(gè)完整的電子線路設(shè)計(jì)方法和概念；

（2）通過電子線路設(shè)計(jì)、仿真、安裝和調(diào)試，了解和掌握電子系統(tǒng)研發(fā)產(chǎn)品的一個(gè)基本流程。

（3）了解和掌握一些常見的單元電路設(shè)計(jì)方法和在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用： 包括放大器、濾波器、比較器、計(jì)數(shù)和顯示電路等。

（4）通過編寫設(shè)計(jì)文檔與報(bào)告，進(jìn)一步提高學(xué)生撰寫科技文檔的能力。

2、設(shè)計(jì)要求

（1）基本要求

設(shè)計(jì)指標(biāo)：

1.頻率測量：0～250KHz； 2.周期測量：4mS～10S； 3.閘門時(shí)間：0.1S，1S；

4.測量分辨率：5位/0.1S，6位/1S； 5.用圖形液晶顯示狀態(tài)、單位等。

充分利用單片機(jī)軟、硬件資源,在其控制和管理下,完成數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示等工作,實(shí)現(xiàn)頻率、周期的等精度測量方案。在方案設(shè)計(jì)中,要充分估計(jì)各種誤差的影響,以獲得較高的測量精度。

（2）擴(kuò)展要求

用語音裝置來實(shí)現(xiàn)頻率、周期報(bào)數(shù)。

（3）誤差測試

調(diào)試無誤后，可用數(shù)字示波器與其進(jìn)行比對，記錄測量結(jié)果，進(jìn)行誤差分析。

（4）實(shí)際完成的要求及效果

1.測量范圍：0.1Hz～4MHz，周期、頻率測量可調(diào)； 2.閘門時(shí)間：0.05s～10s可調(diào)； 3.測量分辨率：5位/0.01S，6位/0.1S； 4.用圖形液晶顯示狀態(tài)、單位（Hz/KHz/MHz）等。

3、硬件電路設(shè)計(jì)

（1）總體設(shè)計(jì)思路 本次設(shè)計(jì)的智能數(shù)字頻率計(jì)可測量矩形波、鋸齒波、三角波、方波等信號的頻率。系統(tǒng)共設(shè)計(jì)包括五大模塊: 主芯片控制模塊、整形模塊、分頻模塊、檔位選擇模塊、和顯示模塊。設(shè)計(jì)的總的思想是以AT89S52單片機(jī)為核心，將被測信號送到以LM324N為核心的過零比較器，被測信號轉(zhuǎn)化為方波信號，然后方波經(jīng)過由74LS161構(gòu)成的分頻模塊進(jìn)行分頻，再由74LS153構(gòu)成的四選一選擇電路控制檔位，各部分的控制信號以及頻率的測量主要由單片機(jī)計(jì)數(shù)及控制，最終將測得的信號頻率經(jīng)LCD1602顯示。

各模塊作用如下: 1.主芯片控制模塊: 單片機(jī)AT89S52 內(nèi)部具有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的功能對被測信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。以AT89S52 單片機(jī)為控制核心，來完成對各種被測信號的精確計(jì)數(shù)、顯示以及對分頻比的控制。利用其內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測信號周期/頻率的測量。

2.整形模塊：整形電路是將一些不是方波的待測信號轉(zhuǎn)化成方波信號，便于測量。本設(shè)計(jì)使用運(yùn)放器LM324連接成過零比較器作為整形電路。

3.分頻模塊: 考慮單片機(jī)利用晶振計(jì)數(shù)，使用11.0592MHz 時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率將近500 kHz，因此需要外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測量使用統(tǒng)一信號，可使單片機(jī)測頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差。本設(shè)計(jì)使用的分頻芯片是74LS161實(shí)現(xiàn)4分頻及16分頻。

4.檔位選擇模塊：控制74LS161不分頻、4分頻 或者 16分頻，控制芯片是74LS153。5.顯示模塊：編寫相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動調(diào)節(jié)測量的量程，并把測出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示，本設(shè)計(jì)選用LCD1602。

(2)測頻基本設(shè)計(jì)原理

所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測得這個(gè)周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T（右圖3-1所示）。其中脈沖形成電路的作用是將被測信號變成脈沖信號，其重復(fù)頻率等于被測頻率fx。利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)T0、T1的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能產(chǎn)生周期為1s的時(shí)間脈沖信號，則門控電路的輸出信號持 圖3-1 續(xù)時(shí)間亦準(zhǔn)確地等于1s。閘門電路由標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號進(jìn)行控制，當(dāng)秒脈沖信號來到時(shí)，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。秒脈沖信號結(jié)束時(shí)閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。由于計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖數(shù)N是在1秒時(shí)間內(nèi)的累計(jì)數(shù)，所以被測頻率fx=NHz。

（2）系統(tǒng)框圖

本智能數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)框圖如圖3-2所示

圖3-2智能數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)框圖

（3）單片機(jī)部分

P0口經(jīng)上拉后做LCD數(shù)據(jù)接口 P2.1~P2.3作為LCD控制端口 P2.4~P2.5作為分頻選擇端口 P3.5作為被測信號輸入端口

P3.2~P3.4作為開關(guān)控制端口（對應(yīng)電路圖中K1，K2，SET）

圖3-3 89D52單片機(jī)部分電路

(4)分頻部分

74HC161與74ls161功能兼容，是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，他可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。

其管腳圖如圖3-4所示：

圖3-4 74HC161 圖3-5 74HC153管腳圖

74HC153是一個(gè)雙4選1數(shù)據(jù)選擇器，其管腳圖如圖3-5所示：

74LS161對整形后的防波信號進(jìn)行分頻，Q1為四分頻輸出，Q3為16分頻輸出。未經(jīng)分頻、經(jīng)過四分頻和經(jīng)過16分頻的三路信號作為74LS153的一個(gè)4選1數(shù)據(jù)選擇器低三位輸入，由單片機(jī)控制選擇分頻數(shù)，然后再送單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器T1（如圖3-6）。

圖3-6 分頻、選擇分頻檔位電路圖

（5）LCD顯示部分

LCD顯示，1602的八位數(shù)據(jù)I/O口與單片機(jī)的P0口相連，讀寫控制端接P2.0-P2.2口。三個(gè)按鍵中，設(shè)置鍵接P3.2單片機(jī)按外部中斷0接口，當(dāng)按鍵按下后，置P3.2口低電平，單片機(jī)中斷。S1、S2為頻率/周期、閘門時(shí)間加/減選擇按鍵（如圖3-7）。

圖3-7 LCD顯示部分電路圖

4、軟件設(shè)計(jì)

(1)主程序流程圖設(shè)計(jì)

本次程序設(shè)計(jì)采用的是C語言程序設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)流程圖4-1所示：

圖4-1主程序流程圖

（2）子程序流程圖設(shè)計(jì)

<1>顯示程序：

LCD顯示程序設(shè)計(jì)流程如圖4-2所示：

圖4-2顯示程序流程圖 <2>頻率測量程序框圖：

頻率測量程序的整體架構(gòu)如圖4-3所示：

圖4-3頻率測量框架圖

（3）中斷服務(wù)流程圖

INT0中斷流程圖如圖4-4所示：

圖4-4INT0中斷流程圖

（4）程序代碼

#include #include #include #include float f;

//頻率 float p;

//周期 float sj;

//閘門時(shí)間 char idata buff[20];char flag=0;

//頻率、周期選擇標(biāo)志位

char xs=0;//設(shè)置閘門時(shí)間結(jié)束后是否顯示結(jié)果的標(biāo)志位

unsigned char m=0,n=0,yichu=0,fenpin;

//m定時(shí)中斷次數(shù) n計(jì)數(shù)中斷次數(shù) yichu判斷是定時(shí)

//器還是計(jì)數(shù)器溢出

#define Key_Set P3 #define K1 0xf7

//11110111

P33 #define K2 0xef

//11101111

P34 #define NO_Set 0xff #define Freq 0 #define Peri 1

sbit B153=P2^4;sbit A153=P2^3;sbit P17=P3^4;sbit P16=P3^3;sbit P35=P3^5;sbit Set=P3^2;unsigned char LCD_Wait(void);void LCD_Write(bit style, unsigned char input);void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode);void LCD_SetInput(unsigned char InputMode);void LCD_Initial();void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y);void Print(unsigned char *str);void C52_Initial();void Delay(unsigned int t);void display(float f);void cepin();void panduan();void timedisplay(float sj);void Time_Set1();void Time_Set2();void t0();void t1();

/*****模塊名稱 LCD1602顯示程序******/

/***********************端口定義 ***********************************/

sbit LcdRs= P2^0;sbit LcdRw= P2^1;sbit LcdEn= P2^2;sfr DBPort= 0x80;

//P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.數(shù)據(jù)端口 /************************內(nèi)部等待函數(shù)********************************/

unsigned char LCD_Wait(void){

LcdRs=0;

//寄存器選擇輸入端 1:數(shù)據(jù) 0：指令

LcdRw=1;

_nop_();//RW：為0：寫狀態(tài);為1：讀狀態(tài);

LcdEn=1;

_nop_();

//使能輸入端,讀狀態(tài),高電平有效;寫狀態(tài),下降沿有效

LcdEn=0;

return DBPort;

} /**********************向LCD寫入命令或數(shù)據(jù)***************************/

#define LCD_COMMAND 0

// Command #define LCD_DATA 1

// Data #define LCD_CLEAR_SCREEN

0x01

// 清屏 #define LCD_HOMING

0x02

// 光標(biāo)返回原點(diǎn) void LCD_Write(bit style, unsigned char input){

LcdEn=0;

LcdRs=style;

LcdRw=0;

_nop_();

DBPort=input;

_nop_();//注意順序

LcdEn=1;

_nop_();//注意順序

LcdEn=0;

_nop_();

LCD_Wait();} /********************設(shè)置顯示模式*********************************/

#define LCD_SHOW

0x04

//顯示開 #define LCD_HIDE

0x00

//顯示關(guān)

#define LCD_CURSOR

0x02

//顯示光標(biāo)

#define LCD_NO_CURSOR

0x00

//無光標(biāo)

#define LCD_FLASH

0x01

//光標(biāo)閃動 #define LCD_NO_FLASH

0x00

//光標(biāo)不閃動 void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode){

LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x08|DisplayMode);

} /*********************設(shè)置輸入模式***********************************/ #define LCD_AC_UP 0x02 #define LCD_AC_DOWN 0x00

// default #define LCD_MOVE 0x01

// 畫面可平移 #define LCD_NO_MOVE 0x00

//default void LCD_SetInput(unsigned char InputMode){

LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x04|InputMode);} /******************初始化LCD**************************************/

void LCD_Initial(){

LcdEn=0;

LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);

//8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示,5*7點(diǎn)陣

LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);

LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR);

//開啟顯示, 無光標(biāo)

LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN);

//清屏

LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE);

//AC遞增, 畫面不動 }

/************************************************************************/ void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y){ if(y==0)

LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x);if(y==1)

LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x-0x40));} void Print(unsigned char *str){

while(*str!='