毕业设计(论文)基于AT89S52单片机的数字式频率检测装置设计.doc
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1、毕业论文(设计) 基于单片机的数字频率计的设计【摘要】 本设计以AT89S52单片机为核心充分利用硬件资源设计的一种频率计,该频率计首先将被测信号放大整形处理,变成满足单片机I/O口接受的TTL/ CMOS 兼容信号从单片机的T1输入口输入直接累加脉冲数,将单片机内部定时器定时为1S,这时累加的脉冲数即为被测信号的频率。最后经单片机处理送至lcd液晶显示屏显示。【关键字】 单片机(AT89S52)、放大整形、 数据处理、1602aLCD、【Abstract】This design take at89S52 monolithic integrated circuit as the core fu
2、ll use hardware source designs one kind of frequency meter, this frequency meter will be measured first that signal enlargement reshaping processing, turns satisfies TTL/which the monolithic integrated circuit I/O mouth accepts the CMOS compatible signal from monolithic integrated circuits T1 input
3、port input direct summation pulse number, the monolithic integrated circuit interior timer fixed time is 1S, by now accumulated the pulse number namely for is measured the signal the frequency. Finally passes through monolithic integrated circuit processing to deliver to the lcd liquid crystal displ
4、ay monitor demonstration.【Keyword】AT89S52、 Larger plastic、Data processing、1602aLCD目录 引言41.系统概述51.1数字频率计概述51.2频率测量仪的设计思路与频率的计算 51.3基本设计原理 52.数字频率计(低频)的硬件结构设计52.1 系统硬件的构成 52.2 AT89S52单片机及其引脚说明 62.3 信号调理及放大整形模块 7 2.3.1工作原理 8 2.3.2 信号放大仿真图 8 2.3.3 信号转换成方波 8 2.3.4 LF353双运算放大器简介 82.4 显示模块 9 2.4.1 1602ALCD
5、与单片机的接法 92.4.2 1602ALCD基本技术 103.软件设计 123.1 系统工作流程图 123.1.1 T0的1s定时133.1.2 T1的计数原理 133.2 软件工作原理 143.3 软件处理方法 144.实验结果与分析 154.1实验数据 154.2实验结果分析 15结束语 15致谢词 15参考文献 15程序附录 17引言频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成,产品不但体积较大,运行速度慢,而且测量低频信号时不宜直接使用。频率信号抗干扰性强、易于传输 ,可以获得较高的测量精度。同时 ,频率测量方法的优化也越来越
6、受到重视.并采用单片机和相关硬软件实现。AT89S52系列单片机具有体积小,功能强,性能价格比较高等特点,因此被广泛应用于工业控制和智能化仪器,仪表等领域。此频率计以AT89S52单片机为核心,具有性能优良,精度高,可靠性好等特点。以AT89S52单片机为控制器件的频率测量方法,并用C语言进行设计,采用单片机智能控制,结合外围电子电路。最终实现数字频率计的设计方案,根据频率计的特点,可广泛应用于各种测试场所。在基础理论和专业技术基础上,通过对数字频率计的设计,用十进制数字来显示被测信号频率的测量装置。以精确迅速的特点测量信号频率,在本设计在实践理论上锻炼提高了自己的综合运用知识水平,为以后的开
7、发及科研工作打下基础。1系统概述 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1602A LCD显示器动态显示6位数。测量范围从0Hz65535Hz(此测量范围为计数器的最大计数,可根据实际需要进行扩展,在1.3小节方案选择有介绍如何扩展)的正弦波、方波、
8、三角波。用单片机实现自动测量功能。1.2 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。它以测量频率的方法直接对正弦波、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f。利用单片机的内部定时器作为定时时间周期,若其周期为1s,则输入的脉冲信号持续计数时间亦准确地等于1s,所计数的脉冲个数即为被测信号的频率。11.3 方案选择用单片机设计频率计通常采用两种办法,第一种
9、方法是使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数;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
10、振频率的限制,可以对相对较高频率进行测量,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。2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。根据频率检测的原理,很容易想到利用51单片机的T0、T1两个定时/计数器,一个用来定时,另一个用来计数,两者均应该工作在中断方式,一个中断用于1s时间的中断处理,一个中断用于对频率脉冲的计数溢出处理,(对另一个计数单元加一),此方法可以弥补计数器最多只能计数65536的不足。将计数中断弥补计数器最高计数65536的不足作为本设计的扩展,故本
11、设计最终选择采用第一种方法并且只使用计数器的最多计数65536。2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AT89S52,由它完成对待测信号频率的计数、计数处理、结果显示等功能,外部还要有信号处理、LCD显示器等器件。具体可分为以下几个模块:放大整形模块、单片机系统、LCD显示模块。各模块关系图如图2所示:3LCD显示基于51单片机的数字频率计日期:2008-01-11来源:东哥单片机学习网() 作者:佚名字体:大 中 小 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:
12、 蔡永 学号: 05191131 指导老师: 余水宝 成 绩: ( 2006.6 ) 目 录 第1节 引言 21.1 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42.2系统工作原理图42.3AT89C51单片机及其引脚说明 52.4信号调理及放大整形模块72.5时基信号产生电路72.6显示模块8第3节 软件设计123.1 定时计数 123.2 量程转换 123.3 BCD转换123.4 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 基于51单片机的数字频率计数理与信
13、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
14、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
15、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,分频数m1,分频后信号的周期为T,则:T=m1Tx 。由图可知: T=NTo (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
16、.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
17、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AT89C51,由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能,外部还要有分频器、显示器等器件。可分为以下几个模块:放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、LCD显示模块。各模块关系图如图2所示: 2.2 系统工作原理图 该系统工作的总原理图如图3所示: 图3 数字频率计系统工作原理图2.3 AT89C51单片机及其引脚说明89C51是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器,它提供
18、下列标准特征:4K字节的程序存储器,128字节的RAM,32条I/O线,2个16位定时器/计数器, 一个5中断源两个优先级的中断结构,一个双工的串行口, 片上震荡器和时钟电路。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
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