簡易頻率計單片機課程設計

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文檔簡介

1、　　單片機課程設計　　———簡易頻率計　　班級:　　學號:　　姓名 </

2、b>　　摘要　　隨著電子信息產業(yè)的不斷發(fā)展，信號頻率的測量在科技研究和實際應用中的作用日益重要。傳統(tǒng)的頻率計通常是用很多的邏輯電路和時序電路來實現(xiàn)的，這種電路一般運行較慢，而且測量頻率的范圍較小?？紤]到上述問題，本論文設計一基于單片機設計頻率計。首先，我們把待測信號經過放大整形，然后把信號送入單片機的定時計數(shù)器

3、里進行計數(shù)，獲的頻率值，最后把測得的頻率數(shù)值送入顯示電路里進行顯示。本文從頻率計的原理出發(fā)，介紹了基于單片機的頻率計的設計方案，選擇了實現(xiàn)系統(tǒng)的各種電路元器件，并對硬件電路進行了仿真。　　關鍵字：單片機頻率計測量　　一、設計任務　　設計制作一個簡易頻率計，該頻率計能測

4、量正弦波和方波信號的頻率。　　設計框圖如下：　　圖一. 簡易頻率計框圖　　二、設計指標要求　　基本要求　?。?）能

5、測量頻率正弦波和方波10Hz—100kHz。　?。?）數(shù)碼顯示共3位，其中1位小數(shù)，自動換擋（00—999Hz）有一個指示燈亮，表示單位是Hz，0.00—99.9kHz，另一個燈亮，表示單位是kHz。　?。?）要有輸入信號超范圍的保護電路。　　發(fā)揮要求

6、　?。?）能測量方波的周期，并顯示。　?。?）能測量100mV的正弦波。　　三、設計儀器　　PC一臺、WAVE6000仿真試驗箱一臺、LM324芯片一個、三極管一個、10KΩ,2MΩ,5KΩ電阻各一個、穩(wěn)壓二極管一個、面包板一個和導線若干

7、　　四、設計原理　　圖二.電路原理圖　　方案選擇及實現(xiàn)原理　　單片機頻率計數(shù)原理　　本方案主要以單

8、片機為核心，利用單片機的計數(shù)定時功能來實現(xiàn)頻率的計數(shù)并且利用單片機的動態(tài)掃描把測出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。　　由于頻率計實現(xiàn)的可以說是對脈沖信號個數(shù)的技術，根據(jù)這一簡單原理，我們可以利用單片機片內的兩個定時器/計數(shù)器T0T1實現(xiàn)對輸入信號的頻率計數(shù)。具體設計思路如下：　　先利用定時器T1定時1s，但由于單片機的最大技術范圍為65536。因此，可先使用

9、T1定時100ms,定時十個周期，則達到定時1s的目的。在定時器1 T1定時的同時，將單片機內的另一個定時/計數(shù)器置為十六位計數(shù)功能，對輸入信號進行計數(shù)。同上述問題，單片機計數(shù)范圍僅能達到65536，與對頻率計數(shù)所要求的功能是遠遠不夠的。因此，當頻率計數(shù)值超過65536時，計數(shù)器會溢出。此時便需要通過軟件編程對計數(shù)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，從而實現(xiàn)對輸入信號頻率的無差錯計數(shù)。　　對正弦信號頻率計數(shù)處理電

10、路原理　　圖三.整形電路　　由于單片機屬于數(shù)字集成電路，它僅可以被輸入時間離散和幅度離散的數(shù)字信號。對于數(shù)字信號，時間連續(xù)和幅度連續(xù)的信號稱為模擬信號。最常見的模擬信號為正弦波，它是一種正負交替變化的周期信號。如果希望使用單片機測量正弦波信號的頻率，待測的正弦波信號首先必須被轉換成方波。在正弦波到方波的轉換電路中三極

11、管電路用來把正負交替變化的正弦波轉化成單向的脈沖波。三極管電路的電源與單片機電路采用同樣的電源。三極管電路的輸入端采用零偏置，當輸入信號為正弦波的負半周時，三極管截止，電路輸出電壓等于電源電壓；當輸入信號為正弦波的正半周時，三極管導通，電路輸出電壓隨著輸入信號電壓的增加而下降。在輸入信號電壓的幅度足夠大的情況下，三極管進入飽和狀態(tài)，電路輸出電壓將接近0。三極管電路輸出的單向的脈沖波的最高電壓為電源電壓，最低電壓接近0。這樣的單向脈沖波接

12、著再由具有施密特觸發(fā)的反相器進行整形，獲得前后沿陡直、頂部平緩的方整方波。這樣的方波具有與輸入正弦波同樣的頻率，通過以上處理，單片機通過P3.4口便可以完成對正弦輸入信號頻率的計數(shù)。　?。?）小信號測量原理　　由于小信號的幅度會很小，與TTL電平有可能差距很大。要完成對小信號頻率值的測量，一個顯而易見的思路就是先對小信號進行放大處理，然后再對其進行整形處

13、理即可。本次試驗選擇了LM324作為運放核心器件。具體實現(xiàn)電路如下：　　圖四.小信號放大電路　　五、程序流程圖及程序清單　　源程序如下：　　///////////////////////////////////////////////

14、///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////　　ORG 0000H　　SJMP MAIN&l

15、t;b>　　ORG 000BH　　LJMP INT0　　ORG 001BH　　LJMP INT1 ;定時器1定時100ms,定時器1計數(shù)定時中斷10次，達到計數(shù)閘門1s<

16、p>　　ORG 0030H　　KHZ BIT P1.0 ;p1.0接led指示燈，燈亮表示單位為KHz　　HZ BIT P1.1 ;p1.1接led指示燈，燈亮表示單位為Hz　　FRE EQU 40H ;40h,50h,51h,三個單元用來在數(shù)值轉換中

17、暫存數(shù)據(jù)　　TIME1 EQU 50H　　TIME2 EQU 51H　　/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

18、/////////////////////　　MAIN: MOV TMOD,#00010101B ;初始化,定時器1定時100ms，計數(shù)器0十六位計數(shù)方式　　MOV TH1,#3CH ;晶振6MHz,時間常數(shù)3CB0H　　MOV TL1,#0B0H

19、MOV DPTR,#8003H ;8255初始化,由PA口輸出八段碼數(shù)據(jù)信息　　MOV A,#80H ;A,B,C口均輸出　　MOVX @DPTR,A　　MOV R5,#0AH ;R5記定時器1中斷次數(shù)初值，共十次，定時一秒<p&

20、gt;　　MOV R3,#00H ;R3記定時器0中斷次數(shù)　　SETB PT1 ;將計數(shù)器1中斷優(yōu)先級高　　CLR KHZ 　　CLR HZ　　SETB E

21、A ;開啟總中斷和計數(shù)器/定時器T0、T1中斷　　SETB ET0　　SETB ET1 　　SETB TR0 ;啟動T0、T1計數(shù)　　SETB TR1<

22、/b>　　//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////　　;顯示主程序&

23、lt;/p>　　DISUP:MOV A,55H ;判斷單位為KHZ，百位是否有數(shù)據(jù)　　JNZ N1　　MOV A,56H ;判斷單位為KHZ，十位是否有數(shù)據(jù)　　JNZ N2</p&g

24、t;　　MOV A,57H ;判斷單位為KHZ，個位是否有數(shù)據(jù)　　JNZ MM　　SJMP HZZ ;若KHZ位均無數(shù)則跳轉到HZZ,進行單位為HZ數(shù)據(jù)的處理　　MM: LJMP N3

25、　;單位判斷為為赫茲，向下執(zhí)行相應HZ顯示程序　　HZZ: SETB HZ　　CLR KHZ　　MOV R0,#58H　　MOV R1,#01H　　TT: MOV DPTR,#BHSEG

26、 ;查找不帶小數(shù)點的段表供輸出顯示　　MOV A,@R0　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV DPTR,#8000H　　MOVX @DPTR,A　　INC DPL

27、 ;DPTR加一指向PB口　　MOV A,R1　　MOVX @DPTR,A　　INC R0　　MOV A,R1<p&

28、gt;　　RL A ;A不斷左移送8255 B口選中相應數(shù)碼管　　MOV R1,A　　LCALL DELAY ;延時　　CJNE R0,#5BH,TT ;判斷剩下59H 5AH是否顯示完畢，否則，調回TT繼

29、續(xù)顯示　　LJMP DISUP　　;單位為KHZ,且最高位（百位）有值　　N1: SETB KHZ ;點亮KHZ對應的二極管　　CLR HZ　　MOV R0,#5

30、5H ;以下程序是顯示單位為KHZ，且百位有數(shù)　　TT1: MOV DPTR,#BHSEG　　MOV A,@R0　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV DPTR,#8000H<p&

31、gt;　　MOVX @DPTR,A　　INC DPL　　MOV A,#01H　　MOVX @DPTR,A　　INC R0　　LCALL DELAY<

32、/p>　　CJNE R0,#58H,TT1 ;判斷剩下的56H 57H是否顯示完畢　　LJMP DISUP　　;單位為KHZ,且次高位有值(十位),則要顯示小數(shù)　　N2: SETB KHZ　　CLR HZ<

33、/b>　　MOV A,56H ;顯示百位　　MOV DPTR,#BHSEG　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV DPTR,#8000H　　MOVX @DPTR,A&l

34、t;p>　　INC DPL　　MOV A,#01H　　MOVX @DPTR,A　　LCALL DELAY　　MOV A,57H ;由于單位為KHZ，固在顯示三位數(shù)的前提下必須有小數(shù)的顯示，便可從BHD

35、SEG中查找相應的段碼用以顯示，否則，則從BHSEG七段碼表中查找　　MOV DPTR,#BHDSEG　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV DPTR,#8000H　　MOVX @DPTR,A　　INC DP

36、L　　MOV A,#02H　　MOVX @DPTR,A　　LCALL DELAY 　　MOV A,58H 　　MOV DPTR,#BHSEG

37、　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV DPTR,#8000H　　MOVX @DPTR,A　　INC DPL　　MOV A,#04H　　MOVX @DPTR,A</

38、p>　　LCALL DELAY　　LJMP DISUP　　N3: SETB KHZ ;57H中有數(shù)，由于單位為KHZ，故必須顯示小數(shù)　　CLR HZ　　ZZ: MOV A,57

39、H　　MOV DPTR,#BHDSEG　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV DPTR,#8000H　　MOVX @DPTR,A　　INC DPL

40、　　MOV A,#01H　　MOVX @DPTR,A　　LCALL DELAY　　MOV A,58H 　　MOV DPTR,#BHSEG　　MOVC A,@A+DPTR<p

41、>　　MOV DPTR,#8000H　　MOVX @DPTR,A　　INC DPL　　MOV A,#02H　　MOVX @DPTR,A　　LCALL DELAY

42、 　　MOV A,59H 　　NADD2: MOV DPTR,#BHSEG　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV DPTR,#8000H　　MOVX @DPTR,A<p&

43、gt;　　INC DPL　　MOV A,#04H　　MOVX @DPTR,A　　LCALL DELAY　　LJMP DISUP　　INT0: CLR TR0 ;

44、計數(shù)器0中斷,中斷次數(shù)為1，則計數(shù)值超過65536　　CLR TR1　　INC R3　　SETB TR1　　SETB TR0</b&g

45、t;　　RETI　　INT1: CLR TR0 ;計數(shù)器0,1停止計數(shù)　　CLR TR1　　DJNZ R5,GOOON ;計數(shù)次數(shù)達到十次后處理數(shù)據(jù)

46、，否則繼續(xù)　　//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////<b

47、>　　;計數(shù)值處理程序　　LKP: MOV TIME1,TL0 ;對計數(shù)器0進行數(shù)值轉換，轉換為壓縮BCD碼，　　MOV TIME2,TH0 ;轉換后的壓縮BCD存放在52H,53H,54H單元中　　MOV TL0,#00H&

48、lt;p>　　MOV TH0,#00H 　　MOV FRE,#10H　　CLR A　　MOV 52H,A　　MOV 53H,A<

49、;/p>　　MOV 54H,A　　ST: CLR C　　MOV A,TIME1　　RLC A　　MOV TIME1,A　　M

50、OV A,TIME2　　RLC A　　MOV TIME2,A　　MOV A,54H　　ADDC A,54H　　DA A

51、;　　MOV 54H,A　　MOV A,53H　　ADDC A,53H　　DA A　　MOV 53

52、H,A　　MOV A,52H　　ADDC A,52H　　DA A　　MOV 52H,A　　DJN

53、Z FRE,ST ;為方便取數(shù),將壓縮BCD碼變換為非壓縮BCD碼　　//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

54、////////////////　　MOV R0,#52H ;轉換后的結果存放在55H,56H,57H,58H,59H,5AH　　MOV R1,#55H　　AG: MOV A,@R0　　SWAP A<

55、;/p>　　ANL A,#0FH　　MOV @R1,A　　INC R1　　MOV A,@R0　　ANL A,#0FH</p&

56、gt;　　MOV @R1,A　　INC R1　　INC R0　　CJNE R0,#55H,AG　　CJNE R3,#01H,GOON

57、 ;判斷計數(shù)值是否超過65536，超過則計數(shù)值要加上　　LCALL ADDF ;不超過則中斷返回　　GOON:MOV R3,#00H ;將R3清零　　MOV R5,#0AH ;R5重新送值，以備下一次測量用

58、　　GOOON:MOV TH1,#3CH ;計數(shù)次數(shù)達不到1s,繼續(xù)啟動定時器1繼續(xù)定時　　MOV TL1,#0B0H　　SETB EA　　SETB TR0

59、　　SETB TR1　　LJMP BACK　　/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

60、/////////////////////////　　ADDF: MOV A,5AH ;將計數(shù)值加上65536,十進制相加,并加以十進制調整　　ADD A,#06H　　DA A　　MOV C,ACC.4

61、 ;高位保存到C，供進位使用　　ANL A,#0FH ;取低四位，并送入5AH中，完成了壓縮BCD到非壓縮BCD的轉換　　MOV 5AH,A 　　MOV A,59H ;繼續(xù)轉換其他的壓縮BCD并加以存儲</

62、p>　　ADDC A,#03H　　DA A　　MOV C,ACC.4　　ANL A,#0FH　　MOV 59H,A<b&

63、gt;　　MOV A,58H　　ADDC A,#05H　　DA A　　MOV C,ACC.4　　ANL A,#0FH　　MOV 58H,A</b&g

64、t;　　MOV A,57H　　ADDC A,#05H　　DA A　　MOV C,ACC.4　　ANL A,#0FH

65、;　　MOV 57H,A　　MOV A,56H　　ADDC A,#06H　　DA A　　MOV C,ACC.4　　A

66、NL A,#0FH　　MOV 56H,A　　RET　　BACK: RETI　　///////////////////////////////////////////////////////////

67、///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////　　DELAY: MOV R7,#02H ;延時　　DL0:MOV R6,#0FFH　　DL: DJNZ

68、 R6,DL　　DJNZ R7,DL0　　RET　　BHSEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H ;共陰極八段碼不帶小數(shù)點代碼　　DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH

69、　　BHDSEG:DB 0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H ;共陰極八段碼帶小數(shù)點代碼　　DB 0EDH,0FDH,87H,0FFH,0EFH　　END　　////////////////////////////////////////

70、//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////　　六、測試結果及問題分析　　1、調試過程簡述　　(1)首先，將相關電路

71、連接好，注意連線前先檢查器件與導線的完好性；　　(2)將大信號（以5V為例）直接連接入三極管基極。并用示波器接入三極管集電極，觀察由三極管集電極輸出的波形是否符合整流要求；　　(3)調節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器信號的頻率值，觀察試驗箱上數(shù)碼管的顯示情況并記錄數(shù)組實驗數(shù)據(jù),并觀察兩個發(fā)光二極管的亮暗情況；　　(4)然后是測量

72、小信號，將信號發(fā)生器產生的小信號（以100MV為例）接入放大電路的輸入端，然后同大信號操作一樣（注意：根據(jù)自己測量可得，小信號的測量量程僅能有10HZ到33KHZ）,并觀察兩個發(fā)光二極管的亮暗情況；　　2、實驗數(shù)據(jù)記錄　　表1.小信號實測數(shù)據(jù)記錄表(100MV)　　表2.大信

73、號實測數(shù)據(jù)記錄表 (5 V)　　由以上表1與表二可以看出所設計的頻率計對于小信號的測量，量程為10HZ到33KHZ，詳細數(shù)據(jù)記錄如上表2；　　對于大信號（以5V為例）的測量，測量量程則可以達到預期目標，即10HZ到100KHZ，詳細數(shù)據(jù)記錄如上表2所示；　　3、結果分析<

74、;/p>　?。?）從以上量表測量記錄數(shù)據(jù)可以看出小信號不能達到預期目標，而大信號可以達到；　　這樣的結果可能由于對于小信號所經過的放大電路,該電路中的LM324運放存在一定的　　頻率帶寬。同樣，對于不同的運放，其性能肯定不一樣，由此，一個高性能的運放的選擇會對所設計的頻率計小信號的測量有著至關重要的作用。

75、　?。?）實驗中有時測得的頻率值跳躍不定，有可能是實驗板連線不穩(wěn)定而導致的。連線前一定要仔細檢查導線的完好性，防止因其而引起的較大誤差　　七、實驗設計總結與反思　　此次單片機課程設計從選獲知課題開始，自己便地通過各種途徑查閱資料，包括上網(wǎng)查閱以及圖書館借書查閱。在選擇電路方面，我和做同一題目的同學經過討論后，選擇了電路較為簡單的電路

76、。并對相應的電路一一進行的電路仿真。　　通過課設還知道進行實物連接時，一定要先對實驗芯片及導線檢驗一番，以免其由于導線的問題或芯片本身的問題導致實驗的巨大誤差。在對大信號的測量中，函數(shù)信號發(fā)生器的信號直接接入如圖一大信號接入點，運行程序后便可看到數(shù)碼管上的數(shù)據(jù)與函數(shù)信號的頻率值一樣。但將信號發(fā)生器的產生信號變?yōu)樾⌒盘枙r直接接入?yún)s不能得到正確的值，經過思考與討論，大家決定使用放大器現(xiàn)對小信號進行放

77、大，經過放大的信號變可以和大信號一樣實現(xiàn)頻率測量了。但不足的是，對小信號的測量頻率范圍僅能到33KHZ左右，進過查閱相關資料可能是與放大器的帶寬限制有關。　　此次課設也使自己對單片機有了更深的理解，懂得了如何對其應用。對單片機的程序設計更加熟練，對其中斷，顯示等有了更深的理解。同時也增加了對單片機這門課的興趣。　　經過此次單片機課程設計，自己不僅鍛煉了

78、自身的獨立思考問題，提出問題，解決問題的能力。有鍛煉了自己與他人團結合作的能力。此次單片機課程設計歷時一周時間，從電路框圖的確定到實物連接，最后到調試自己從中獲益良多。　　八、參考文獻　　[1] 傅豐林等編.《低頻電子線路》.高等教育出版社，2008　　[2] 朱紅等編.《電

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