基于单片机的数显频率计毕业设计

毕 业 设 计 说 明 书课题名称: 基于单片机的数字式频率计专业名称: 电子信息技术 学生姓名: 学生学号: 指导老师: I摘 要通过本次设计，使我们能够掌握单片机应用技术及 MCS-51 汇编语言程序设计方法，从而真正获得一技之长，以利于今后自身的发展。此书是介绍用 AT89S52 单片机的 I/O 口实现数字式频率计功能的过程。其中包括方案的选择，用 Protel99 软件画电路原理图、PCB 印制电路板图，以及复位模块、时钟模块、显示模块、按键模块、驱动模块等功能模块硬件电路的设计。然后根据硬件系统的功能要求进行程序设计，从最基本的 P 点显示程序设计，自动运行程序设计到最后的调整运行程序的设计。本次设计的数字式频率计能正确测量特定信号频率、周期、脉宽、占空比。电源通电后，单片机最小系统会自动显示提示符“P.”等待功能键按下。分别按下“A、B、C、D 键” ，系统会分别相对地进入测频率、测周期、测脉宽及测占空比状态。该数字式频率计人机界面友好，系统的控制按钮不多，操作顺序简单明了。本次设计采用汇编语言编写所有程序，同时使用 keillC51 软件对程序进行了调试。在设计中使用的 PROTEL 及 WORD 等软件也发挥了巨大功用。关键字 AT89S52，软件编程，数字式，频率计II目 录第 1 章 设计方案论证 11.1 总体方案 11.2 各种参数测量方案 11.2.1 频率测量 11.2.2 周期测量 21.2.3 脉宽测量 21.2.4 占空比测量 21.3 各部分硬件电路设计方案 21.3.1 键盘、显示接口电路 2第 2 章 工作原理 7第 3 章 电路原理图 8第 4 章 元件清单 9第 5 章 电路原理介绍 115.1 电源电路 115.1.1 电源总体设计 115.1.2 电源各部分简介 115.1.3 电源参数的计算 125.2 硬件系统中的电路模块 145.2.1 键盘/显示接口电路 145.2.2 时钟电路模块 155.2.3 键盘接口电路模块 155.2.4 复位电路模块 165.3 下载线电路介绍 17第 6 章 各参数测量原理 186.1 频率测量 18III6.2 周期测量 186.3 脉宽测量 196.4 占空比测量 19第 7 章 主要芯片介绍 207.1 AT89S52 芯片 207.2 74LS244 芯片 21第 8 章 硬件分配 23第 9 章 存储器地址分配 249.1 RAM 区资源的分配 24第 10 章 流程框图 2510.1 显示子程序流程图 2510.2 键控程序流程图 2610.3 测频率程序流程图 2710.4 测周期程序流程图 2810.5 测脉宽程序流程图 2910.6 测占空比程序流程图 3010.7 键扫子程序流程图 31第 11 章 程序清单 32第 12 章 使用说明及注意事项 52结束语 53参考文献 54附图 55致谢 560第 1 章 设计方案论证1.1 总体方案 本次毕业设计的任务是设计一个具有测量特定信号频率、周期、脉宽、占空比功能的数字式频率计。按照要求，我们设计的数字式频率计总体图如图 1-1 所示:1.2 各种参数测量方案1.2.1 频率测量方案一:电桥法测频是利用交流电桥的平衡条件和电桥电源频率有关这一特性来测频的，在电桥面板上将调节电桥平衡的可变电阻(或电容)的调节旋钮(度盘)按频率刻度，则在电桥指示平衡时，测试者便可从刻度上直接读得被测信号频率。这种电桥测频的精确度约为(0.51)。在高频时，由于寄生参数影响严重，会使测量精确度大大下降，所以这种电桥测频法仅适用于 10kHz以下的音频范围。方案二:比较法测频就是用标准频率 fc 与被测频率 fx 进行比较，当把标准频率调节到与被测频率相等时指零仪表(零示器)便指零，此时的标准频率值即被测频率值。比较法测频可分为拍频法测频与差频法测频两种。前者是将待测频率信号与标准频率信号在线性元件上叠加产生拍频。后者是将待测频率信单片机最小系统 位 码 驱 动段 码 驱 动按 键 LED显示电路复 位 电 路时 钟 电 路 时 钟 芯 片图 1-1 AT89S52式频率计方案框图1号与标准频率信号在非线性元件上进行混频。目前拍频法测量频率的绝对误差约为零点几赫兹，差频法测量频率的误差可优于 10-5 量级，最低可测信号电平达 0.1V1V。拍频法和差频法在常规场合很少采用。方案三: 使用定时器/计数器 0 和 1, 其中定时器 1 为计数工作方式，定时器 0 为定时工作方式，并且定时的时间为 1 秒，在一秒内计算信号的高脉冲次数，得到的高脉冲数值便是被测信号的频率。从编程难易及单片机资源利用情况和测量误差角度考虑,选择方案三。1.2.2 周期测量方案一:可以所求出的频率,利用公式 T=1/F,求出周期。方案二:使用定时器 0，其中定时器 0 为定时工作方式，检测信号输入口经过一次高低电平变化后所需的时间，得到的数值便是被测信号的周期。方案一过程冗繁，误差过大，因此选择方案二。1.2.3 脉宽测量方案一:可直接在示波器读出某个高电平时间，及脉宽长度。此种方法所测数据误差较大，不宜采用。方案二:测输入信号的脉冲宽度，同样用定时器 0 计算输入口经过一次高电平所需的时间，得到的数值便是被测信号的脉宽。此种方法精度较高，可以采用。1.2.4 占空比测量方案一:直接从示波器读出周期及某一高电平时间,利用公式可得占空比,如前所述误差过大。方案二:调用测脉宽和测周期子程序，再对测得的数据进行处理，送入除法子程序，除得的商值便是被测信号的占空比。1.3 各部分硬件电路设计方案单片机(AT89S52)为核心的数字式频率计,完成特定信号频率、周期、脉宽、占空比测量。1.3. 键盘、显示接口电路2键盘、显示是单片机应用系统不可缺少的输入和输出设备， 是实现人机对话的纽带。键盘/显示器接口的设计，它应满足 1)功能技术要求；2)可靠性高。但系统不同要求就不同，接口设计也就不同。对一个键盘/显示器接口设计应从整个系统出发，综合考虑软、硬件特点。在应用系统设计中，一般都是把键盘和显示器放在一起考虑的，下面主要论证几种实用的键盘、显示器接口电路的方案。方案一:8279 键盘、显示器接口电路8279 是专用键盘、显示控制芯片，单个芯片就能完成键盘输入和 LED 显示控制两种功能。能对显示器自动扫描；能识别键盘上按下键号，可充分提高CPU 工作效率。8279 与 MCS-51 接口方便，由它构成的标准键盘、显示接口在单片机应用系统中使用愈来愈广泛。8279 键盘配置最大为 88，显示器最大配置为 16 位显示。运用 8279 编程比较困难，一般用动态显示，抗干扰能力差。原理图如图 1-2:AT89S52 8279驱动器键 盘译码器显示器驱动器译码器图 1-2 8279键盘、显示接口原理框图3方案二:I/O 口直接应用构成键盘、显示接口电路，原理图如图 1-3:（1） 键盘接口电路独立式键盘:独立式键盘电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根 I/O 口线，在按键数量较多时，I/O 口线浪费较大。故在按键数量不多时，常用这种键盘。行列式键盘:又叫矩阵式键盘。用 I/O 口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。因此，在按键数量较多时，可以节省 I/O 口线。（2） 显示接口电路单片机应用系统中，使用的显示器主要有 LED 数码管显示器和 LCD 液晶显示器。LED 显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口方便。LCD 是一种极低功耗的显示器件，在袖珍式仪表或低功耗应用系统中使用较多。故仅讨论由LED 构成的显示接口电路。LED 显示器有静态显示与动态显示两种方式。 静态显示方式:静态显示时，较小的驱动电流就可以得到较高的显示亮度，而且稳定性好。动态显示方式:在多位 LED 显示时，为了简化电路，降低成本，一般采用LED 动态显示电路。根据设计的要求衡量后，决定采用独立式键盘和动态显示方式接口电路，均以查询方式工作。方案三:利用 8155、8255 扩展 I/O 口构成，原理图如图 1-4:AT89S52键 盘显 示图 1-3 I/O口直接应用构成键盘、显示接口电路4其键盘与显示电路接口方式在第二方案中已详细分析，在此不再赘述。此AT89S52AT89S528155825574LS37374LS244 显示键盘显示键盘图 1-4 扩展 I/O口键盘、显示接口原理图5方案运用芯片多，成本高，本设计的系统较小，没必要用 8155、8255 扩展。此方案同样是用动态显示，不适合设计要求。方案四:采用 74LS164 构成键盘、显示接口电路，如图 1-5:MCS-51 单片机应用系统中，当用于键盘、显示器接口时，使用串行输入、并行输出移位寄存器 74LS164，每接一片 74LS164 可扩展一个 8 位并行输出口，用以连接一个 LED 段选口作静态显示或作键盘中的 8 根列线使用。采用这种方案电路接线复杂，用到的芯片较多，而且不易编程。综合以上方案，决定选