基于单片机AT89S52频率计毕业设计.docx

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基于单片机AT89S52频率计毕业设计

一、课题名称：

基于单片机AT89S52频率计的设计

二、主要技术指标：

AT89S52单片机特征参数：

40个引脚、8KBFlash片内程序存储器、256KBRAM，

4个可编程I/O口、5个带2级中断嵌套的中断、3个16位可编程定时计数器、1个全双工串行通讯口、看门狗（WDT）电路、片内时钟振荡器。

振荡频率可为0HZ

8位字长CPU；振荡器和时钟电路，全静态操作：

0～33MHZ；8KB系统内部可编程Flash存储器；256KB内部RAM；4个I/O共32位线；3个16位定时/计数器；电源供电电压4.0～5.0V

输入的时钟信号最高频率不得高于12MHz/24=500KHz。

单片机外接晶振为12MHz，单片机指令周期为1μs，当被测频率信号过高时单片机不能测量。

当待测信号的频率＞100Hz时，定时/计数器构成为计数器，以机器周期为基准，由软件产生计数闸门，计数闸门宽度＞1s时，即可满足频率测量结果为3位有效数字；

当待测信号的频率＜100Hz时，定时/计数器构成为定时器，由频率计的予处理电路把待测信号变成方波，方波宽度等于待测信号的周期。

这时用方波作计数闸门，当待测信号的频率＝100Hz，周期为10ms，使用12MHz时钟时的最小计数值为10000，完全满足测量精度的要求。

LCD的主要技术参数：

显示容量：

16*2个字符；芯片工作电压：

4.5～5.5V；工作电流：

2.0mA（5.0V）；模块最佳工作电压：

5.0V；字符尺寸：

2.95*4.35（WXH）mm

我们设置频率信号为10KHZ，选择单片机系统时钟信号频率为3MHZ

三、工作内容和要求：

运用51系列单片机和高速计数器的组合设计频率计,并采用适当的算法取代传统电路，不仅能克服传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端，而且频率计性能也将大幅提高,可实现精度较高、等精度和宽范围频率计的要求。

测量信号的频率和周期频率计的应用范围很广，它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其它领域。

四、主要参考文献：

[1]赵全利,肖兴达.单片机原理及应用教程第二版[M].机械工业出版社.2007.7.

[2]徐惠民,安德宁,丁玉珍.单片微型计算机原理接口及应用第三版[M].北京邮电大学出版社.2007.8.

[3]孙育才,王荣兴,孙华芳.ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用[M].清华大学出版社.2005.1.

[4]万光毅,孙九安,蔡建平,张钺.SoC单片机实验、实践与应用设计——基于C8051F系列[M].北京航空航天大学出版社.2006.5.

设计（论文题目）

基于单片机AT89S52频率计的设计

一、选题的背景和意义：

频率计作为测量仪器的一种，常称为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其它领域。

问世以来，单片机开始迅速发展，其功能不断增强和完善，应用领域也越来越广泛，现已成为微型计算机的重要分支。

目前，单片机发展具体体现在CPU功能增强内部资源增多引脚的多功能化和低电压低功耗等方面。

随着嵌入式系统式系统片上系统等概念的提出.普遍接受及应用，单片机的发展又进入了一个新的阶段,单片机的体积更小功能更齐全可靠性更高.由于起明显的优势，单片机在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器、智能玩具、通信系统、机械加工等各个领域都获得了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。

单片机技术已成为现代电子技术应用领域十分重要的技术之一，是电子技术应用领域工程技术人员必备的知识和技能，它能够是我们设计的产品更具智能性和先进性。

在电子技术中，频率是一种计算单位时间内的信号变化的数值的仪器，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。

目前市场上的频率计产品很多,但基本上都是采用专用计数芯片和数字逻辑电路组成，由于这些芯片本身的工作频率不高,从而限制了产品工作频率的提高，远不能满足在一些特殊的场合需要测量很高的频率的要求，而且测量精度也受到芯片本身极大的限制。

从80年代单片机引入我国至今，单片机已广泛地应用于电子设计中，使频率计智能化水平在广度和深度上产生了质的飞跃,数字化也成为了电子设计的必由之路。

运用51系列单片机和高速计数器的组合设计频率计,并采用适当的算法取代传统电路，不仅能克服传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端，而且频率计性能也将大幅提高,可实现精度较高、等精度和宽范围频率计的要求。

随着单片机技术的不断发展，单片机能实现更加灵活的逻辑控制功能，具有很强的数据处理能力，可以用单片机通过软件设计直接用十进制数字显示被测信号频率。

频率计是电子测试、自动化控制等设备中不可或缺的重要模块。

在电子工程、资源勘探、仪器仪表等相关应用中，频率计是工程技术人员必不可少的测量工具,频率测量也是电子测量技术中最基本最常见的测量之一。

不少物理量的测量,如转速、振动频率等的测量都涉及到或可以转化为频率的测量。

目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计,但价格不菲。

为适应实际工作的需要，本次设计给出了一种较小规模和单片机（AT89S52）相结合的频率计的设计方案,不但切实可行,而且体积小、保密性强、设计简单、成本低、精度高、可测频带宽，大大降低了设计成本和实现复杂度。

二、课题研究的主要内容：

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代测量仪器。

从80年代单片机引入我国至今，单片机已广泛地应用于电子设计中，使频率计智能化水平在广度和深度上产生了质的飞跃,数字化也成为了电子设计的必由之路。

运用单片机设计频率计,并采用适当的算法取代传统电路，克服了传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端，其体积小、保密性强、设计简单、成本低，不仅大大降低了设计成本和实现复杂度，而且频率计性能也将大幅提高,可实现精度较高、等精度和宽范围频率计的要求。

[15]

三、要研究（设计）方法论述:

本频率计的结构主要包括时钟信号发生电路、分频电路、单片机控制电路和LCD显示电路组成。

频率计的主要核心部件是采用AT89S52来产生定时和记录脉冲变化次数，运用AT89S52来构成计数器，突破了大部分运用数字电路模板来构成计数器。

本设计主要采用AT89S52芯片和LCD数码管来实现，软件编程主要是采用C51语言来编程。

其系统结构如下图所示：

四、设计（论文）进度安排：

时间

工作内容

2017.6.18～2017.7.1

有关绪论的相关设计

2017.7.2~2017.7.13

有关AT89S52单片机介绍及其发展概况的设计

2017.7.14～2017.7.25

有关频率计总体方案的设计

2017.7.26~2017.8.1

有关系统的硬件及软件设计

2017.7.2~2017.8.10

有关系统的模拟及仿真设计

2017.8.11~2017.8.22

修改论文，补充完善，写结束语、致谢词、整理参考文献

五、指导教师意见：

　　　　　　　　　　　　指导教师签名：

2017年7月22日

六、系部意见：

　　　　　　　　　　　系主任签名：

2017年8月22日

基于单片机AT89S52频率计的设计

摘要：

在电子领域内,频率是一种最基本的参数,并与其他许多电参量的测量方案和测量结果都有着十分密切的关系。

由于频率信号抗干扰能力强、易于传输，可以获得较高的测量精度。

因此,频率的测量就显得尤为重要，测频方法的研究越来越受到重视。

频率计作为测量仪器的一种，常称为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其它领域。

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子侧量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代侧量仪器。

频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。

目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计,但价格不菲。

为适应实际工作的需要,本次设计给出了一种较小规模和单片机（AT89S52）相结合的频率计的设计方案,不但切实可行,而且体积小、保密性强、设计简单、成本低、精度高、可测频带宽，大大降低了设计成本和实现复杂度。

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，是以KeilC做为开发工具用C语言编写而成，而频率计的实现则是选用Ptotues仿真软件来进行模拟和测试。

关键词：

单片机；AT89S52；频率计；C语言

Thedesignoffrequencycounterbasedonthemicro-chipcomputerAT89S52

Abstract:

Intheelectronicfield,frequencyisakindofmostbasicparameter,andalltherearecloserelationsinthemeasurementschemesofmanyotherelectricparametersandresultofmeasuring.Becausethesignalanti-interferenceabilityoffrequencyisstrong,easytotransmit,canobtainhighermeasurementprecision.So,themeasurementoffrequencyseemsparticularlyimportant,theresearchofthemethodisbeingpaidattentionto.TheFrequencymeter,asonekindofthemeasuringinstrument,oftencalledtheelectroniccounter,itsbasicfunctionisthatfrequencyandapplicationofcycleFrequencymeterofmeasuringthesignalareinaverylargerange,itnotonlyappliestogeneralsimpleinstrumentmeasurementbutalsoapplytootherfieldssuchasteaching,scientificresearch,high-accuracyinstrumentmeasuring,industrialcontrolextensively.Withtherapiddevelopmentofmicroelectrictechniqueandcomputertechnology,especiallyappearanceanddevelopmentoftheone-chipcomputer,theinstrumentshaveallchangedenormouslyinsuchaspectsasprinciple,function,precisionandautomaticleveltoenablethetraditionalelectronicsideamount,formakindofsideamountinstrumentofnewgenerationthattotallybrokethroughthetraditionalconcept.TheFrequencymeterhasadoptedthehigh-speedintegratedcircuitandlargescaleintegratedcircuitextensively,maketheinstrumentchangegreatlyinsuchaspectsasminiaturize,powerconsumptive,dependability.Atpresent,therearevariousdigitalFrequencymeterofmulti-function,highprecision,highfrequencyonthemarket,butthepriceishigh.Inordertomeettheneedoftherealwork,designandprovideonethistimeThedesignplanofFrequencymetercombiningwithone-chipcomputer（AT89S52）onasmallscale,notonlyfeasible,andsmall,ofgoodsecurity,designsimply,withlowcosts,theprecisionishigh,canexaminethebandwidthfrequently,havereducedthedesigncostandrealizedcomplexitygreatly.ThehardwarecircuitoftheFrequencymeterisdrawingwithProtelmappingsoftware,theone-chipcomputercontrolprocedureofthesoftwarepart,regardedKeilCasthedevelopinginstrumenttowriteinClanguage,buttherealizationoftheFrequencymeterwastoselecttocarryonimitatingandtestwithProtuesartificialsoftware.

KeyWords：

Singlechipcomputer;AT89S52;frequencymeter;Clanguage

0．引言

在电子技术中，频率是一种计算单位时间内的信号变化的数值的仪器，是最基本的参数之一，由于频率信号抗干扰能力强、易于传输，可以获得较高的测量精度，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。

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代测量仪器。

从80年代单片机引入我国至今，单片机已广泛地应用于电子设计中，使频率计智能化水平在广度和深度上产生了质的飞跃,数字化也成为了电子设计的必由之路。

运用单片机设计频率计,并采用适当的算法取代传统电路，克服了传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端，其体积小、保密性强、设计简单、成本低，不仅大大降低了设计成本和实现复杂度，而且频率计性能也将大幅提高,可实现精度较高、等精度和宽范围频率计的要求。

1．AT89S52单片机介绍及其发展概况

1.1单片机的介绍

1.1.1单片机概述

单片机（Single-Chip-Microcomputer）,又称单片微控器，是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM）、只读程序存储器（ROM）、输入/输出电路（I/O）、定时/计数器、中断系统、串行通讯口，可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模数转换等电路集成到一个半导体芯片上，构成一个最小而又完善的计算机系统。

它们之间相互连接的结构框图如下图所示。

这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

单片机结构上的设计，在硬件指令系统及I/O能力等方面都有独到之处，具有较强而有效的控制功能。

其结构图为2-1所示。

图2-1单片机结构图

虽然单片机只是一个芯片,但无论从组成还是从其逻辑功能上看，都具有微机系统的含义。

另一方面，单片机毕竟是一个芯片，只有外加所需的输入输出设备，才能构成实用的单片机应用系统。

单片机有着微处理器所不具备的功能，它可单独完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。

[8]

然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋于它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算机控制系统，它与单板机或个人电脑有着本质的区别。

单片机的应用属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统，以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论与技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具备特定的功能。

单片机的应用极为广泛，它涉及智能仪器仪表、工业控制、计算机网络和通信以及医用设备等领域。

它以无与伦比的高性能、低价位赢得了广大电子开发者的喜爱。

1.1.2单片机的发展

1976年Intel公司推出了真正意义上的单片机MCS—48，它以体积小、功能全、价格低等自身魅力赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上一个重要的里程碑。

在MCS—48的带领下，许多半导体芯片在生产厂商竞相研制和发展自己的单片机系列。

到80年代末，世界各地已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501，6502等。

此外，日本的NEC公司，日立公司等也不甘落后，相继推出了各自的单片机品种如Zilog公司的Z80、Motorola公司的6801、6802系列等。

[7]目前我国使用做多的是Intel公司在MCS-48的基础上于20世纪80年代初发展起来的8位的单片机MCS-51，直到现在仍不失为单片机的主流系列。

继8位单片机之后，又出现了16位单片机，1983年Intel公司推出的MCS-96系列单片机就是其中的典型代表。

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。

纵观单片机近30年的发展历程，单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路简单化以及片内存储器容量增加的方向发展。

但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有了32位单片机，但使用的并不多。

可以预言，今后的单片机将是功能更强，集成度和可靠性更高而功耗更低，以及使用更方便等特点。

此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。

[12]

1.1.3单片机的特点及应用

一块单片机芯片就是具有一定规模的微型计算机，在加上必要的外围器件，就可以构成完整的计算机硬件系统。

由于单片机的这种特殊的结构形式，使其具有很多显著的优点，单片机在各个领域内的应用都得到迅猛的发展。

1）单片机的应用特点

①具有较高的性价比。

高性能、低价格是单片机最显著的一个特点，其应用系统具有印制板小、接插件少、安装调试简单方便等特点，使单片机应用系统的性价比高于一般危机系统。

②体积小、可靠性高。

③控制功能强。

单片机采用面向控制的指令系统，实时控制功能特别强。

④使用方便、容易产品化。

单片机开发工具具有很强的软硬件调试功能，使研制单片机应用系统极为方便，加之现场运行环境的可靠性，因此使单片机能满足许多小型对象的嵌入式应用要求，可广泛用在仪器仪表、家用电器、智能玩具、控制系统等领域。

2）单片机的应用领域

单片机由于其体积小、功耗低、价格低廉，而且具有逻辑判断、定时计数、程序控制等多种功能，广泛应用于工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器、智能玩具、通信系统、机械加工等领域。

可以毫不夸张的说，凡是能想到的地方，单片机都可以用得上。

①智能仪器

②工业控制

③家用电器

④机电一体化

单片机除以上各方面应用外，还广泛应用于办公自动化领域、汽车电路、通信系统、计算机外围设备等，称为计算机发展和应用的一个重要方向。

单片机从其问世和发展以来从工业测控对象环境接口特点出发，向着增强控制功能提高工业环境的可靠性灵活方便地构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。

1.2AT89S52系列单片机

ATMEL公司是美国20世纪80年代中期成立并发展起来的半导体公司。

该公司的技术优势在于推出Flash存储器技术和高质量、高可靠性的生产技术，它率先将独特的Flash存储技术注入单片机产品中。

其推出的AT89系列单片机，在世界电子技术行业中引起了极大的反响，在国内也受到广大用户欢迎。

AT89S系列单片机时继AT89C系列之后推出的功能更强的新产品。

1.2.1AT89系列单片机

AT89系列单片机是以8051为内核，结合自己的技术优势构成的，所以它和8051是兼容的。

因此，AT89系列对于以8051为基础的应用系统而言，是十分容易进行取代和构成的。

1）AT89系列单片机具有以下优点：

①和AT8051接插相兼容

AT89系列单片机的引脚和8051是一样的，其封装是按军工标准进行的，有很高的质量标准和产品稳定性。

②以EEPROM电可擦除和Flash技术为主导的存储器

ATMEL公司把EEPROM和Flash技术巧妙相结合形成特殊的集成电路,从而使应用领域扩大。

③静态时钟方式

AT89系列单片机采用静态时钟方式，可以节省带电能。

这对于降低便携类产品的功耗十分有用。

④可反复进行应用系统试验

采用AT89系列单片机设计的应用系统，可以反复进行系统试验。

每次试验可以编制不同的程序，这样可以保证用户的系统设计达到最优。

⑤高标准的质量检测

ATMEL公司能够对各种集成电路进行严格且高标准的质量检测。

其军品集成电路工作性能是完全符合军品标准的，在-55～125℃范围内其集成电路仍能实现正常的输出功能。

因此，产品在航空航天仪器、雷达系统、导弹、智能自适应仪、机器人、各种武器电子系统、抗恶劣环境电子系统等领域都被广泛应用。

AT89S系列于AT89C系列相比，预算速度有了较大的提高，它的静态工作频率为0~33MHZ，片内集成有双数据指针DPTR、定时监视器、低功耗休闲状态及关电方式、关电方式下的中断恢复等诸多功能，极大地满足了各种不同的应用要求。

AT89S52单片机是AT89S系列中增强型高档产品，它片内存储器容量是AT89S51的一倍，即片内8K的Flash程序存储器和256B的RAM。

另外，它还增加了一个功能极强的、具有独特应用的16位定时/计数器2等多种功能。

AT89S52系列单片机与MCS-51系列全兼容，它是在MCS-51的技术内核为主导的基础上倾注了ATMEL