毕业设计（论文）基于51单片机的频率计的设计.doc

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1、本科学生毕业论文（设计）c题目(中 文):基于单片机的数字频率设计(英 文):Based on the number of frequency designSCM姓 名学 号院 （系）物理与电子工程系专业、年级电子信息工程 2004级指导教师2008年 5 月 10 日湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明

2、的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 二八 年 月 日 毕业论文（设计）任务书课题名称：基于单片机的数字频率设计学生姓名： 周序新系 别：物理与电子工程系专 业：电子信息工程指导教师：何红松 2007 年 12 月 28 日湖南科技学院本科毕业论文（设计）任务书1、主题词、关键词： AT89C51单片机；软硬件；硬件原理图；程序框图；2、毕业论文（设计）内容要求：从硬件和软件两方面介绍了基本设计原理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。对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述。在电子技术中，频率是最基本的参数

3、之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。频率测量仪器在生产和科研的各个部门使用 ,也是某些大型系统的重要组成部分。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。本设计以 AT89C51单片机为核心,利用其内部的定时（计数）器完成待测信号周期（频率）的测量。频率计的硬件电路是用Protel绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是用汇编语言编写而成3、文献查阅指引：1李光飞 ，楼苗然主编.51系列单片机.北京：北京航空航天大学出版社，20032黄正瑾编著.CPLD系统设计技术入门与应

4、用. 北京: 电子工业出版社, 20023谢自美编著.电子线路设计实验测试.华中理工大学出版社,20024陈永甫编著.电子电路智能化设计.实例与应用.北京：电子工业出版,2002.85Zhao Shuguang principle of programmable logic devices, development and application of M. Xian: Xian Electronic Science and Technology University Press, 20006XUE Ping, Chen Haiyan, Shu Pei ISP Army chips based

5、 on the frequency of programmable digital design J. - Measurement and Instrumentation, 20027LAB Jufeng, Zhou Hao Yang, Zhu Jianhua based on programmable logic devices (Lattice) multi-functional digital frequency of J Electronics Engineers, 20024、毕业论文（设计）进度安排：1、2007年10月31日指导教师发选题表电子文档给教研室主任，11月2日教研室主

6、任汇总上交系里，系里对题目进行审核。11月15日指导教师给学生下达任务书，11月30日完成开题。开题时间写： 2007年12月28日2、第8期第4周中期检查，指导教师填写好中期检查表。3、第7周拿出初稿。4、第8周，正式答辩前，学生根据自身完成的情况提出答辩申请，并填写“学生答辩申请及资格审查表”。5、第10周答辩教研室意见： 负责人签名： 注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目基于单片机的数字频率设计作 者 姓 名周序新所属系、专业、年级 物理与电子工程系 电子信息工程专业

7、 2004年级指导教师姓名、职称何红松 讲师预计字数10000开题日期2008.1.15选题的根据：1）说明本选题的理论、实际意义2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解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

8、打下了坚实的基础单片机是20世纪中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，具有功能强、体积小、可靠性高、价格低廉等特点，在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。主要内容：1）概述基于单片机的数字频率设计的研究意义2）提出系统设计任务，设计系统框架3）设计模块硬件，软件4）实验测试5）设计效果及结论研究方法：本文从硬件和软件两方面介绍了基本设计原理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。对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述完成期限和采取的主要

9、措施：1)07年12月上旬：确定课题并且检索与课题相关的文章，收集相关资料确定设计方案(2)07年12月下旬-1月上旬：查阅相关资料，进行整体方案的设计(3)08年1月下旬-2月上旬：编写程序并且进行软件仿真(4)08年3月份：仿真完成之后进行硬件设计并调试(5)08年4月份： 根据查询所得的资料及所编写的程序撰写论文，并在导师的指导下修改论文。(6)08年5月份： 定稿，完成论文答辩主要参考资料：1李光飞 ，楼苗然主编.51系列单片机.北京：北京航空航天大学出版社，20032黄正瑾编著.CPLD系统设计技术入门与应用. 北京: 电子工业出版社, 20023谢自美编著.电子线路设计实验测试.华

10、中理工大学出版社,20024陈永甫编著.电子电路智能化设计.实例与应用.北京：电子工业出版,2002.85 principle of programmable logic devices, development and application of M. Xian: Xian Electronic Science and Technology University Press, 20006XUE Ping, Chen Haiyan, Shu Pei ISP Army chips based on the frequency of programmable digital design J.

11、- Measurement and Instrumentation, 20027LAB Jufeng, Zhou Hao Yang, Zhu Jianhua based on programmable logic devices (Lattice) multi-functional digital frequency of J Electronics Engineers, 2002指导教师意见： 指导教师签名： 教研室意见：签 名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时间 地点与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）会议记录摘要：会议主持人：记 录 人：年 月 日指导小

12、组意见负责人签名： 年 月 日系部 意 见负责人签名：年月日注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题 目基于单片机的数字频率设计学生姓名周序新学 号：2004010219系 别物理与电子工程专 业电子信息工程指导教师何红松检查日期指导教师检查情况记载及修改意见：签名： 注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。湖南科技学院毕业设计（论文）指导过程记录表毕业论文(设计)题目基于单片机的数字频率设计学生姓名周序新学号2004010219专业班级电

13、子信息工程04级01班指导教师何红松职称讲师系（教研室）指导过程记录指导内容记录(一) 学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录(二) 学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录（三) 学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录(四) 学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导过程记录指导内容记录(五)学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录(六)学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 2

14、00 年 月 日指导内容记录(七)学 生 签 名： 200 年 月 日指导教师签名： 200 年 月 日指导内容记录(八)学 生 签 名： 200 年 月 日 指导教师签名： 200 年 月 日答辩小组组长意见(对情况是否属实做出意见)组长(签名)： 200 年 月 日注：本表与毕业论文一起装订存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表论文题目基于单片机的数字频率设计作者姓名周序新所属系、专业、年级物理与电子工程 系 电子信息工程 专业 2004年级指导教师姓名、职称何红松 讲师字 数定稿日期2008.5.10中文摘要本文从硬件和软件两方面介绍了基本设计原理直接用十进制数字显示被测信号频率的

15、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。对硬件原理图和程序框图作了简捷的描述。在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。频率测量仪器在生产和科研的各个部门使用 ,也是某些大型系统的重要组成部分。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。本设计以 AT89C51单片机为核心,利用其内部的定时（计数）器完成待测信号周期（频率）的测量。频率计的硬件电路是用Protel绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是用汇编语言

16、编写而成关键词（3-5个）AT89C51单片机；软硬件；硬件原理图；程序框图；设计英文摘要From both hardware and software on the basic design principles of the direct use of decimal figures show that the measured frequency of a measuring device. It means to measure the cycle of the sine wave, square, triangular wave frequency automatic measure

17、ment. The hardware schematic diagram of a simple procedure and the description. From both hardware and software on the basic design principles of the direct use of decimal figures show that the measured frequency of a measuring device. It means to measure the cycle of the sine wave, square, triangul

18、ar wave frequency automatic measurement. the hardware schematic diagram of a simple procedure and the description. Among electronic technology, frequency is one of the most basic parameters, and result of measuring have a very close relation to a lot of electric parameters, so the measurement of fre

19、quency seems even more important. A kind of intelligent measure system against frequency based on microprocessor is introduced. In order to realize the counting of intellectuality examines frequently, realize a wide-range, high-accuracy cymometer, an effective method is to use one-chip computer for

20、the design of the cymometer. The design centerson SCMAT89S51，using inner timing （counting） device tomeasure the period （frequency） of the signal.The hardware circuit of the cymometer is drawing with Protel mapping software, the one-chip computer control procedure of the software part, wrote the asse

21、mbler language.关键词(3-5个)AT89C51 SCM; hardware and software, hardware schematics; process diagram of the design评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科

22、学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅

23、。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表论文题目基于单片机的数字频率设计作者姓名周序新所属系、专业、年级物理与电子工程系 电子信息工程专业 2004年级指导教师姓名、职称何红松 讲师答 辩 会 纪 要时间地点答辩小组成员姓 名职务（职称）

24、姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：会议主持人：记 录 人：年 月 日答辩小组意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日系学位委员会意见评语：论文（设计）最终评定等级：负责人（签名）： 系部（公章） 年月 日校学位委员会意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年月 日目 录绪论11.1 数字频率计概述21.2 频率测量仪的设计思路与频率的计算21.3 基本设计原理32 节数字频率计（低频）的硬件结构设计42.1 系统硬件的构成42.2 系统工作原理图42.3 AT89C51单片机及其引脚说明42.4 信号调理及放大整形模块62.5 时基信号产生

25、电路：62.6 显示模块82.6.1 主要功能82.6.2 技术参数82.6.3 引脚和指令功能92.7 、初始化方法112.7.1 利用内部复位电路进行初始化112.7.2 软件复位113 软件设计133.1 定时读数133.2 量程转换133.3 BCD转换133.4 LCD显示的功能13结 束 语14参考文献15附录 汇编源程序代码16致谢22基于单片机的数字频率设计 湖南科技学院 电子信息工程 周序新 摘 要：本文从硬件和软件两方面介绍了基本设计原理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。对硬件原理图和程序框图作了简

26、捷的描述。在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。频率测量仪器在生产和科研的各个部门使用 ,也是某些大型系统的重要组成部分。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。本设计以 AT89C51单片机为核心,利用其内部的定时（计数）器完成待测信号周期（频率）的测量。频率计的硬件电路是用Protel绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是用汇编语言编写而成。关键词：AT89C51单片机；软硬件；硬件原理图；程序框图；设计AbstractFrom bo

27、th hardware and software on the basic design principles of the direct use of decimal figures show that the measured frequency of a measuring device. It means to measure the cycle of the sine wave, square, triangular wave frequency automatic measurement. the hardware schematic diagram of a simple pro

28、cedure and the description. Among electronic technology, frequency is one of the most basic parameters, and result of measuring have a very close relation to a lot of electric parameters, so the measurement of frequency seems even more important. A kind of intelligent measure system against frequenc

29、y based on microprocessor is introduced. In order to realize the counting of intellectuality examines frequently, realize a wide-range, high-accuracy cymometer, an effective method is to use one-chip computer for the design of the cymometer. The design centerson SCMAT89S51，using inner timing （counti

30、ng） device tomeasure the period （frequency） of the signal.The hardware circuit of the cymometer is drawing with Protel mapping software, the one-chip computer control procedure of the software part, wrote the assembler language.Keywords： AT89C51 SCM; hardware and software, hardware schematics; proce

31、ss diagram of the design绪论前言 单片机是20世纪中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，具有功能强、体积小、可靠性高、价格低廉等特点，在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。频率测量不仅在工程应用中有非常重要的意义，而且在高精度定时系统中也处于核心地位，1个计数误差通常是限制频率测量精度进一步提高的重要原因。由于测频技术的重要性，使测频方法也有了很大的发展，常用数字频率测量方法有M法，T法，和MT(等精度测量法)法。M法，T法，和MT法都存在1个计数误差问题：M法存在被测闸门内1个

32、被测信号的脉冲个数误差，T法或MT法也存在1个字的计时误差，这个问题成为限制测量精度提高的一个重要的原因。全同步频率测量法1，从根本上消除了限制测量精度提高的1个计数误差问题，从而使频率测量的精度和性能大为改善。频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。本文。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，

33、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 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，从而提高系统可靠性和速度。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2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

34、重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个应用领域51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用。51系列及其衍生单片机还会在继后很长一段时间占据嵌入式系统产品的低端市场，因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、原理和使用是非常重要的。本次课程设计的内容是使用89C51RC单片机最小系统设计频率计系统，系统以单片机为主控单元，主要用于对方波频率的测量。2 频率计原理频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。用单片机设计频率计通常采用两种办法，第一种方法是使用单片机自带的计数器对

35、输入脉冲进行计数；第二种方法是单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取。第一种方法的好处是设计出的频率计系统结构和程序编写简单，成本低廉，不需要外部计数器，直接利用所给的单片机最小系统就可以实现。这种方法的缺陷是受限于单片机计数的晶振频率，输入的时钟频率通常是单片机晶振频率的几分之一甚至是几十分之一，在本次设计使用的98C51单片机，由于检测一个由“1”到“0”的跳变需要两个机器周期，前一个机器周期测出“1”，后一个周期测出“0”。故输入时钟信号的最高频率不得超过单片机晶振频率的二十四分之一。第二种方法的好处是输入的时钟信号频率可以不受单片机晶振频率的限制，可以对相对较高频

36、率进行测量，但缺点是成本比第一种方法高，设计出来的系统结构和程序也比较复杂。由于成本有限，本次设计中采用第一种方法，因此输入的时钟信号最高频率不得高于11.0592MHz/24=460.8KHz。对外部脉冲的占空比无特殊要求。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，学会对的综

37、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。频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。本文。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

38、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 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，从而提高系统可靠性和速度。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2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它是

39、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1602A LCD显示器动态显示6位数。测量范围从1Hz10kHz的正弦波、方波、三角波，时基宽度为1us,10us,100us,1ms。用单片机实现自动测量功能。 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

40、设计思路与频率的计算频率测量仪的设计思路主要是：对信号分频，测量一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频率的大小，其原理如右图1所示。若被测量信号的周期为Tx，分频数m1，分频后信号的周期为T，则：T=m1Tx 。由图可知： T=N To （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=N To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