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本设计以AT89C51单片机为核心,应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。
系统简单可靠、操作简易,能基本满足一般情况下的需要。
既保证了系统的测频精度,又使系统具有较好的实时性。
本频率计设计简洁,便于携带,扩展能力强,适用范围广。
关键词:
频率计;
单片机;
计数器;
LED数码管
目录
摘要...................................................I
目录..................................................II
1引言..................................................1
1.1研究背景及意义.......................................1
1.2国内外研究现状.......................................1
2硬件设计..............................................2
2.1总体设计方案.........................................2
2.2硬件系统.............................................2
2.3电路设计.............................................3
2.4信号输入设计.........................................7
2.5显示电路设计.........................................7
2.6计数电路设计.........................................9
3软件设计.............................................11
3.1信号处理............................................11
3.2中断控制............................................11
3.3定时器/计数器.......................................12
4数字频率计的系统调试.................................16
5总结.................................................16
6参考文献.............................................17
1引言
1.1研究背景及意义
在电子技术领域,频率是一个最基本的参数。
数字频率计作为一种最基本的测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。
许多物理量,例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度等通过传感器转换成信号频率,可用数字频率计来测量。
尤其是将数字频率计与微处理器相结合,可实现测量仪器的多功能化、程控化和智能化.随着现代科技的发展,基于数字式频率计组成的各种测量仪器、控制设备、实时监测系统已应用到国际民生的各个方面。
数字计数式频率计能直接计数单位时间内被测信号的脉冲数,然后以数字形式显示频率值。
这种方法测量精确度高、快速,适合不同频率、不同精确度测频的需要。
电子计数器测频有两种方式:
一是直接测频法,即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数;
二是间接测频法,如周期测频法。
由于数字电路的飞速发展和集成电路的普及,计数器的应用十分广泛。
利用电子计数器测量频率具有精度高,显示醒目直观,测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等一系列突出优点,所以该方法是目前最好的。
1.2国内外研究现状
单片机,全称单片微型计算机,又称微控制器,是把中央处理器、存储器、定时/计数器、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
国际上数字频率计的分类很多。
按功能分类,因计数式频率计的测量功能很多,用途很广。
所以根据仪器具有的功能,电子计数器有通用和专用之分。
按功能分类,测量某种单一功能的计数器。
如频率计数器,只能专门用来测量高频和微波频率;
时间计数器,是以测量时间为基础的计数器,其测时分辨力和准确度很高,可达微妙数量级;
特种计数器,它具有特种功能,如可逆计数器、予置计数器、差值计数器、倒数计数器等,用于工业和白控技术等方面。
2硬件设计
2.1总体设计方案
频率计是我们经常会用到的实验仪器之一,频率的测量实际上就是在单位时间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。
本方案主要以单片机为核心,被测信号先进入信号放大电路进行放大,再被送到波形整形电路整形,把被测的正弦波或者三角波整形为方波。
如图2.1所示:
信号放大电路
信号整形
显示电路
AT89C5单片机
图2.1
2.2硬件系统
数字频率计是一个将被测频率显示出来的计数装置,它主要由单片机89C51控制、7407、LED显示器、电源等组成。
该系统的功能是将信号输入P3.4口,通过单片机程序控制,对LED显示器进行段控和位控,实现动态显示。
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。
在进行有关电子技术的设计、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,会被经常使用到。
图2.2为数字频率计方案框图。
信号输入
AT89C51
单
片
机
7404缓冲器
LED数码显示
图2.2
2.3电路设计
ATC89C51[可以完成ISP在线编程功能,ATC89C51内部有EEPROM,可以在程序中修改,断电不丢失。
还增加了两级中断优先级,STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其它51单片机的,而且51单片机是主流大军。
2.3.1AT89C51芯片介绍
许多由关硬件设计中都使用到单片机89C51,其功能[7]比以往的单片机强大的多。
89C51引脚图如图2.3.1所示。
图2.3.1
2.3.2AT89C51引脚功能介绍
Vcc(40脚):
接+5V电压。
Vss(20脚):
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0
口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,
P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
引脚号
第二功能
说明
P3.0
RXD(串行输入)
串行数据输入口
P3.1
TXD(串行输出)
串行数据输出口
P3.2
(外部中断0)
外部中断0输入
P3.3
(外部中断1)
外部中断1输入
P3.4
T0(定时器0外部输入)
定时器0外部计数输入
P3.5
T1(定时器1外部输入)
定时器1外部计数输入
P3.6
(外部数据存储器写选通)
外部数据存储器写选通输出
P3.7
外部数据存储器写读通输出
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;
当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
AT89C51晶振接法如图2.3.2所示。
图2.3.2
选用6MHz频率的晶体,允许输入的脉冲频率为250kHz。
电容的大小范围为20pF~40pF,本设计选用30pF电容。
2.3.3单片机复位状态
单片机的复位都是靠外部电路实现的,在时钟电路工作后,只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟震荡脉冲(2个机器周期)以上的高电平,单片机便实现初始化状态复位。
为了保证应用
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