微機(jī)原理課程設(shè)計--頻率計

1、<p><b>　　微機(jī)原理課程設(shè)計</b></p><p><b>　　頻率計</b></p><p>　　學(xué) 院： 電 氣 工 程 學(xué) 院 </p><p>　　班 級： 電氣0909班 </p><p>　　姓 名

2、： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 老師 </p><p>　　2011年12月10日</p><p><b>　　一．實驗內(nèi)容 </b

3、></p><p>　　用89C52單片機(jī)實現(xiàn)頻率計</p><p><b>　　二．實驗器材</b></p><p>　　89C52一片， 74HC573一片，74HC245兩片，74LS74一片，555芯片一片，300Ω電阻兩個，導(dǎo)線若干。</p><p><b>　　三．實驗要求 </b>

4、;</p><p>　　信號的頻率變化在50Hz~50KHz范圍，能夠較精確測量，在數(shù)碼管顯示五位數(shù)字。</p><p>　　拓展要求：能夠測量大于65536Hz以上的頻率。 </p><p><b>　　四．實驗內(nèi)容</b></p><p><b>　　1、硬件電路</b></p>

5、<p>　　555構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波信號；74LS74里的一個D觸發(fā)器連成計數(shù)器，用來對555產(chǎn)生的方波分頻；74HC14非門做驅(qū)動，防止產(chǎn)生的信號不能驅(qū)動單片機(jī)的I/O口；方波信號連接在單片機(jī)的INT0和T0外部計數(shù)口上。單片機(jī)的P1口做字位，連接74HC245驅(qū)動數(shù)碼管的共陽端；P2口做字型，連接74HC573鎖存器和74HC245驅(qū)動數(shù)碼管的a~g端。</p><p><b&

6、gt;　　2、思路設(shè)計</b></p><p><b>　　頻率計原理</b></p><p>　　頻率的測量實際上就是在1s時間內(nèi)對信號進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)值就是信號頻率。用單片機(jī)設(shè)計頻率計通常采用兩種辦法，第一種方法是使用單片機(jī)自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進(jìn)行計數(shù)；第二種方法是單片機(jī)外部使用計數(shù)器對脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機(jī)讀取。第一種方法的好處是設(shè)計出的

7、頻率計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序編寫簡單，成本低廉，不需要外部計數(shù)器，直接利用所給的單片機(jī)最小系統(tǒng)就可以實現(xiàn)。這種方法的缺陷是受限于單片機(jī)計數(shù)的晶振頻率，輸入的時鐘頻率通常是單片機(jī)晶振頻率的幾分之一甚至是幾十分之一，在本次設(shè)計使用的98C51單片機(jī)，由于檢測一個由“1”到“0”的跳變需要兩個機(jī)器周期，前一個機(jī)器周期測出“1”，后一個周期測出“0”。故輸入時鐘信號的最高頻率不得超過單片機(jī)晶振頻率的二十四分之一。第二種方法的好處是輸入的時鐘信號頻率可以

8、不受單片機(jī)晶振頻率的限制，可以對相對較高頻率進(jìn)行測量，但缺點是成本比第一種方法高，設(shè)計出來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序也比較復(fù)雜。由于成本有限，本次設(shè)計中采用第一種方法，因此輸入的時鐘信號最高頻率不得高于11.0592MHz/24=460.8KHz。對外部脈沖的占空比無特殊要求。</p><p>　　根據(jù)頻率檢測的原理，很容易想到利用51單片機(jī)的T0、T1兩個定時/計數(shù)器，一個用來定時，另一個用來計數(shù)，兩者均應(yīng)該工作在中斷方

9、式，一個中斷用于1s時間的中斷處理，一個中斷用于對頻率脈沖的計數(shù)溢出處理，(對另一個計數(shù)單元加一)，此方法可以彌補計數(shù)器最多只能計數(shù)65536的不足。</p><p><b>　　程序設(shè)計原理</b></p><p>　　定時器T1作為定時器、定時器T0作為計數(shù)器。T1定時50ms，循環(huán)20次，實現(xiàn)定時1s，在1s用定時器T0計數(shù)，即計得脈沖的次數(shù)。由于T0計數(shù)到65

10、536溢出，開T0中斷，將溢出次數(shù)存入R4。將溢出次數(shù)與T0計數(shù)值（TH0,TL0）綜合處理數(shù)據(jù)，經(jīng)BCD轉(zhuǎn)換，得到6位數(shù)碼管顯示的頻率。設(shè)計框圖如圖1所示，T1定時流程如圖2。</p><p>　　計數(shù)器T0采用計數(shù)功能，需要注意的一個問題是，輸入的待測時鐘信號的頻率最高可以達(dá)到460800Hz，但計數(shù)器最多只能計數(shù)65536次，顯然需要對計數(shù)單元進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展的思路是除了計數(shù)器T0的TH0和TL0用于計數(shù)外，

11、再選用一個計數(shù)單元23H，每當(dāng)計數(shù)器T1溢出回零時產(chǎn)生中斷，中斷程序執(zhí)行23H單元自增1，這樣，當(dāng)一秒到時時采集的計數(shù)數(shù)據(jù)，23H單元存放的是數(shù)據(jù)的最高位，TH1存放的是數(shù)據(jù)的次高位，TL1存放的是數(shù)據(jù)的最低位。當(dāng)然，這里所說的“最高位”“次高位”以及“最低位”都是針對十六進(jìn)制而言的。T0計數(shù)程序的流程圖如圖3所示。</p><p><b>　　進(jìn)制轉(zhuǎn)換</b></p><

12、;p>　　從計數(shù)器采集到的頻率數(shù)據(jù)是十六進(jìn)制的，如果直接把這些數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管顯示顯然很不直觀，因此需要把這些數(shù)據(jù)向十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的算法有兩種，第一種算法的思想是對該十六進(jìn)制數(shù)除以100，商為百位，余數(shù)再除以10，再得到的商為十位，余數(shù)為個位。這種算法雖然程序的編寫非常簡單，但是它的局限性也非常明顯，即它只能對不大于兩位的十六進(jìn)制數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對于大于兩位的十進(jìn)制數(shù)則無能為力。這次設(shè)計的頻率計頻率范圍遠(yuǎn)不止兩位十六進(jìn)制數(shù)就能記得下，

13、所以這里采用第二種方法。</p><p>　　第二種方法算法的編程實現(xiàn)非常復(fù)雜，但是可以對任意長度的十六進(jìn)制數(shù)向十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。這種算法的基本思路是：第一步將最高位的高半字節(jié)提出來，除以10，把商存儲起來，余數(shù)與最高位的低半字節(jié)組合成一個字節(jié)，再除以10，再存儲商，余數(shù)以此類推，直到最后一次計算得到的余數(shù)即為十進(jìn)制數(shù)的個位；第二步把第一步存儲的商組合成一個字節(jié)，依次除以10，仍然把每次得到的商存儲起來，以此類推最后一

14、次得到的余數(shù)即為十進(jìn)制數(shù)的十位；以后也是以此類推得到十進(jìn)制數(shù)的百位、千位……以上算法必須要注意的一個為題是，每次得到的余數(shù)與低位的半字節(jié)組合成一個字節(jié)時，余數(shù)必須放在該字節(jié)的高半字節(jié)，否則計算錯誤。該本次頻率計系待測的時鐘信號的最高頻率為67584Hz，對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)為10800H，這里就以10800H轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)為例來說明這種算法。</p><p>　　第一步：用1H除以10，商0H余1H，把商0存儲在24

15、H單元，余數(shù)1H與下一個字節(jié)08H的高半字節(jié)0H組合成一個字節(jié)10H。10H除以10，商1H余0H，把商1H存儲在25H單元，余數(shù)0H與8H組合成一個字節(jié)08H。08H除以10，商0H余4H，把商0H存儲在26H單元，余數(shù)4H與0H組合成一個字節(jié)40H。40H除以10，商4H余0H，把商4H存儲在27H單元，余數(shù)0H與0H組合成一個字節(jié)00H。00H除以10，商0H余0H，把商0H存儲在28H單元，余數(shù)4即為所需十進(jìn)制數(shù)的個位。<

16、/p><p>　　第二步：把存儲在24H與25H單元的商組合成一個字節(jié)0BH。0BH除以10，同第一步，存儲商，余數(shù)與下一個商組合成一個字節(jié)，再除以10，一次類推得到十進(jìn)制數(shù)的十位8。</p><p>　　第三步：方法同第二步，得到十進(jìn)制數(shù)的百位5。</p><p>　　第四步：方法同第三步，得到十進(jìn)制數(shù)的千位7。</p><p>　　第五步：方

17、法同第四步，得到十進(jìn)制數(shù)的萬位6</p><p>　　最后得到了十進(jìn)制數(shù)60800。圖4詳細(xì)的展示了這種進(jìn)制轉(zhuǎn)換算法的過程。</p><p><b>　　源程序：</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　LJMP MAIN</b&g

18、t;</p><p><b>　　ORG 000BH</b></p><p><b>　　LJMP T_0</b></p><p><b>　　ORG 001BH</b></p><p><b>　　LJMP T_1</b></p><

19、p><b>　　ORG 0100H</b></p><p><b>　　MAIN:</b></p><p>　　MOV SP,#70H</p><p>　　MOV R5,#20</p><p>　　MOV 23H,#0H</p><p>　　MOV TMOD,#0001

20、0101B</p><p>　　MOV TH0,#0H</p><p>　　MOV TL0,#0H</p><p>　　MOV TH1,#03CH</p><p>　　MOV TL1,#0B0H</p><p><b>　　SETB PT1</b></p><p><

21、b>　　CLR PT0</b></p><p><b>　　SETB ET0</b></p><p><b>　　SETB ET1</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p>　　MOV TCON,#01010000B</

22、p><p>　　LCALL DISP</p><p><b>　　T_0:</b></p><p><b>　　INC 23H</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p><b>　　T_1:</b></

23、p><p>　　DJNZ R5,BACK</p><p>　　MOV TCON,#0H</p><p><b>　　CLR EA</b></p><p>　　LCALL CHAI</p><p>　　LCALL TRANS</p><p>　　MOV TH1,#03CH<

24、/p><p>　　MOV TL1,#0B0H</p><p>　　MOV TH0,#0H</p><p>　　MOV TL0,#0H</p><p>　　MOV 23H,#0H</p><p>　　MOV R5,#20</p><p><b>　　SETB EA</b><

25、/p><p>　　MOV TCON,#01010000B</p><p><b>　　RETI</b></p><p><b>　　BACK:</b></p><p>　　MOV TH1,#03CH</p><p>　　MOV TL1,#0B0H</p><p

26、><b>　　RETI</b></p><p><b>　　CHAI:</b></p><p><b>　　MOV A,TH0</b></p><p>　　ANL A,#11110000B</p><p><b>　　RR A</b></p&g

27、t;<p><b>　　RR A</b></p><p><b>　　RR A</b></p><p><b>　　RR A</b></p><p><b>　　MOV 40H,A</b></p><p><b>　　MOV A,T

28、L0</b></p><p>　　ANL A,#11110000B</p><p><b>　　RR A</b></p><p><b>　　RR A</b></p><p><b>　　RR A</b></p><p><b>　

29、　RR A</b></p><p><b>　　MOV 42H,A</b></p><p><b>　　MOV A,TH0</b></p><p>　　ANL A,#00001111B</p><p><b>　　MOV 41H,A</b></p>&

30、lt;p><b>　　MOV A,TL0</b></p><p>　　ANL A,#00001111B</p><p><b>　　MOV 43H,A</b></p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　TRANS:</b>

31、;</p><p><b>　　MOV A,23H</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 24H,A </p><p><b>　　MOV A,B</b></

32、p><p>　　MOV 30H,TH0</p><p>　　ANL 30H,#0F0H</p><p><b>　　ADD A,30H</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p>&l

33、t;b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 25H,A </p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ANL TH0,#0FH</p><p><b>

34、　　ADD A,TH0</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 26H,A </p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　MOV 30H,TL0&l

35、t;/p><p>　　ANL 30H,#0F0H</p><p><b>　　ADD A,30H</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p

36、><p>　　MOV 27H,A </p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ANL TL0,#0FH</p><p><b>　　ADD A,TL0</b></p>

37、<p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 28H,A </p><p>　　MOV 55H,B </p><p><b>　　MOV A,24H</b></p><p><b>　　

38、SWAP A</b></p><p><b>　　ADD A,25H</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 24H,A </p><p><b>　　MOV A,B

39、</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　ADD A,26H</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 25H

40、,A </p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　ADD A,27H</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV

41、AB</b></p><p>　　MOV 26H,A </p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　ADD A,28H</b></p><p>　　MOV

42、B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 27H,A </p><p>　　MOV 54H,B </p><p><b>　　MOV A,24H</b></p><p><b>　　SWAP A</b>&

43、lt;/p><p><b>　　ADD A,25H</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 24H,A </p><p><b>　　MOV A,B</b></p&

44、gt;<p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　ADD A,26H</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 25H,A </p>&l

45、t;p><b>　　MOV A,B</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　ADD A,27H</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></

46、p><p>　　MOV 26H,A </p><p><b>　　MOV 53H,B</b></p><p><b>　　MOV A,24H</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　ADD A,25H&

47、lt;/b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 24H,A </p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p><b>　　SWAP A</b>

48、</p><p><b>　　ADD A,26H</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 25H,A </p><p>　　MOV 52H,B </p><p>&

49、lt;b>　　MOV A,24H</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　ADD A,25H</b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p>

50、<p>　　MOV 51H,B </p><p><b>　　MOV 50H,A</b></p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　DISP:</b></p><p>　　MOV 35H,#111011111B</p>&

51、lt;p>　　MOV P0,35H</p><p>　　MOV R0,#50H</p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p>　　ADD A,#1CH</p><p>　　MOVC A,@A+PC</p><p><b>　　MOV P2,A</b&

52、gt;</p><p>　　ACALL DELAY1</p><p><b>　　JUDGE:</b></p><p>　　CJNE R0,#55H,NEXT</p><p><b>　　SJMP DISP</b></p><p><b>　　NEXT:</b

53、></p><p><b>　　MOV A,35H</b></p><p><b>　　RR A</b></p><p><b>　　MOV 35H,A</b></p><p>　　MOV P0,35H</p><p><b>　　INC

54、 R0</b></p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p><b>　　ADD A,#6</b></p><p>　　MOVC A,@A+PC</p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>

55、　　ACALL DELAY1</p><p>　　SJMP JUDGE</p><p>　　DTAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H</p><p><b>　　DELAY1:</b></p><p>　　MOV R7,

56、#01H</p><p><b>　　DELAY2:</b></p><p>　　MOV R6,#0FFH</p><p><b>　　GO:</b></p><p>　　DJNZ R6,GO</p><p>　　DJNZ R7,DELAY2</p><p

57、><b>　　RET</b></p><p><b>　　五、課設(shè)步驟</b></p><p>　　1、課設(shè)初期，確定分工，前期由主要負(fù)責(zé)硬件電路部分的學(xué)習(xí)，Proteus的仿真，主要是軟件實現(xiàn)；后期調(diào)試時兩人配合。</p><p>　　2、結(jié)合老師的講解及查閱相關(guān)資料，理解測頻、測周原理，并開始編程；根據(jù)發(fā)的電路板

58、在proteus上畫出實際原理圖；</p><p>　　3、在WAVE上調(diào)試程序，并把生成的HEX文件寫入proteus單片機(jī)中，仿真效果；</p><p>　　4、根據(jù)軟件顯示現(xiàn)象，分析問題所在，或畫圖出錯，或程序有誤，最后經(jīng)調(diào)試成功；</p><p>　　5、將程序燒入AT89S52單片機(jī)芯片中，然后將芯片插到電路板上，接上電源線和地線，驗證顯示結(jié)果是否與仿真結(jié)

59、果相同，如不同，分析問題，重新調(diào)試直到顯示正確頻率。</p><p>　　六、遇到的問題及解決</p><p>　　1、電路設(shè)計方向不明確</p><p>　　在電路設(shè)計過程中，不明確整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理，通過網(wǎng)上查找大量資料，理解了頻率計的工作原理及典型頻率測量方法，確定了各個部分實現(xiàn)的原件及使用方法，最終設(shè)計了預(yù)習(xí)電路。</p><p>

60、　　2、實驗板連線不清楚</p><p>　　在提交完預(yù)習(xí)報告后，老師給每組發(fā)了一塊已經(jīng)設(shè)計好的電路板，需要我們自己將整塊電路板的每個原件、每條連線都繪制出來。只通過板子上面明顯的兩線并不能準(zhǔn)確確定連線，我選擇通過短路法確定連線，先通過單片機(jī)的20腳和40腳確定接地端和電源端，通過萬用表的蜂鳴檔測各端點是否連接。</p><p>　　3、實驗板調(diào)試不正常顯示</p><

61、p>　　在向單片機(jī)中燒錄程序后實驗板無法正確顯示，開始以為是程序的問題，在反復(fù)理解程序并確認(rèn)無誤后，又仔細(xì)檢查了一下實驗板，將數(shù)碼管和單片機(jī)使勁按下，確認(rèn)管腳連接緊實，后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示不正常可能是實驗板連線有問題，后借了其他同學(xué)的板子進(jìn)行調(diào)試發(fā)現(xiàn)程序跟仿真效果一致，基本能滿足要求。</p><p>　　4、 無法實現(xiàn)由16進(jìn)制轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制數(shù)并顯示在6位數(shù)碼管上</p><p>　　

62、在編程初期，因為無法解決這個問題使得進(jìn)度停滯不前，后來多方查閱資料，借鑒程序，套用了轉(zhuǎn)換方法，最終才解決了這個問題。</p><p><b>　　5、數(shù)碼管顯示亂碼</b></p><p>　　經(jīng)檢查，是字形表有錯。對照電路板的接線，重新計算字形表。將修改后的程序通過偉福生成HEX文件，燒錄到單片機(jī)ROM內(nèi)。再接好單片機(jī)，通入5V電壓，數(shù)碼管顯示正確。</p&g

63、t;<p><b>　　七、心得體會</b></p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陸彬.單21天學(xué)通51單片機(jī)開發(fā)（第2版）.北京：電子工業(yè)出版社，2011</p><p>　　[2] 楊立等. 微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)學(xué)習(xí)指導(dǎo)（第3版）.北京：中國鐵道出版社，201