基于单片机的频率计设计12_单片机设计一个频率计

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`武汉理工大学《电子系统设计与调试》课程设计说明书

摘要

数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。传统的数字频率计一般是由分离元件搭接而成，随着单片机的大规模的应用，单片机在频率测量方面也越来越多的被使用。在本课题中使用的AT89S51 这种低功耗,高性能CMOS 8位单片机系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。而本次设计就是要通过以AT89S51单片机为控制核心，实现对信号频率进行准确计数的设计。

单片机是将微型计算机的基本功能部件全部集成在一块半导体电路芯片上，具有功能强、体积小、价格低、稳定可靠、研制周期短等优点，具有广阔的应用前景。本次毕业设计以ATMEL公司的AT89S51单片机为核心，实现频率计数功能。频率计装置由单片机系统模块，LED显示模块、MAX232串口通信模块组成，实现对频率进行测试并在LED显示出来。

本次毕业设计基于AT89S51单片机的频率计装置，设计sch电路原理图，并根据原理图完成硬件部分的制作，采用KEIL-51单片机应用系统编制C语言系统程序，最后通过综合调试，能实现所有要求的功能，完全满足本次毕业设计的要求。

关键词：频率计；单片机；LED显示；MAX232；定时器/计数器基于AT89S51单片机的频率计的设计装置原理图及其设计思路

2单片机系统模块原理设计

2.1 AT89S51芯片介绍 2.2 AT89S51芯片管脚介绍 2.3 AT89S51复位电路原理2.4 AT89S51的时钟

2.5.1 P0口介绍2.5.2 P1口介绍2.5.3 P2口介绍2.5.4 P3口介绍

2.5.5端口的负载能力和输入/输出操作 2.5.6串行端口的基本特点

2.5.7串行端口的工作方式2.5.8串行端口的控制寄存器

2.6 定时器/计数器2.6.1定时器/计数器结构 2.6.2定时器/计数器控制寄存器

2.6.3定时器/计数器工作模式 2.6.4定时器/计数器的初始化

2.7 中断系统 2.7.1中断系统的结构 2.7.2中断系统的控制寄存器2.7.3中断的响应过程3 硬件设计 3.1 LED显示模块设计原理3.1.1 LED发光原理 3.1.2种类和符号

3.1.3 LED的特性3.2 LED数码管介绍 3.2.1 LED数码管原理结构3.2.2 LED数码管工作方式

3.2.3静态显示方式 3.2.4动态显示方式 3.2.5 LED显示控制原理 3.3 MAX232芯片介绍4 软件设计

基于51单片机频率计的设计与制作

论文摘要: 本毕业论文代写随着无线电技术的发展与普及，“频率”已经成为广大群众所熟悉的物理量。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。本设计介绍了以8051单片机为核心的频率测量技术, 给出了通过单片机系统的外部中断和定时器/计数器, 并采用测周法和测频法来实现信号频率测量以及通过扩展键盘和显示设备对现场频率进行测量的设计方法。

关键词：频率 单片机 分频器

引言

随着无线电技术的发展与普及，“频率”已经成为广大群众所熟悉的物理量。而单片机的出现，更是对包括测频在内的各种测量技术带来了许多重大的飞跃，然而，小体积、价廉、功能强等优势也在电子领域发挥非常重要的作用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。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后继很长一段时间占据嵌入式系统产品的低端市场，因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、原理和使用是非常重要的。为此, 本文给出了一种以单片机为核心的频率测量系统的设计方法。

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。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、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，经常要用到频率计。概述

测量频率的方法一般分为无源测频法、有源测频法及电子计数法三种。无源测频法(又可分为谐振法和电桥法), 常用于频率粗测, 精度在1%左右。有源比较法可分为拍频法和差频法,前者是利用两个信号线性叠加以产生拍频现象,再通过检测零拍现象进行测频, 常用于低频测量, 误差在零点几Hz;后者则利用两个非线性信号叠加来产生差频现象, 然后通过检测零差现象进行测频, 常用于高频测量, 误差在± 20 Hz左右。以上方法在测量范围和精度上都有一定的不足, 而电子计数法主要通过单片机进行控制。由于单片机的较强控制与运算功能, 电子计数法的测量频率范围宽, 精度高, 易于实现。2 系统硬件设计

2.1 系统硬件框图

频率计的组成框图如图2-1所示，它是以单片机作为核心控制电路，主要有放大电路、整形电路、分频电路、键盘和显示组成，完成频率的测量功能。

当频率输入后经放大电路放大后进入整形电路进行整形，再由分频器进行分频，再送入单片机中进行处理，最后有数码管显示频率。

2.2 单片机最小系统

本设计用STC89C51代替了以往使用的AT89C51，功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。STC89C51可以完成ISP在线编程功能，而AT89C51则不能。

STC89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口。

STC89C51是一块高性能单片机，它内含128×8位存储空间，具有工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点。AT24C02具有PDIP、MSOP/TSSOP及SOIC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

最小系统是维持单片机，由于晶振、开关等器件无法集成到51芯片内部，由这些器件构成的晶振电路和复位电路是单片机工作的所必须的两个基本电路，对于8051内由RAM、EPROM的系统来讲，单片机与晶振电路及开关、电阻、电容等构成的复位电路组成最小系统。对于8031机型来说，片内不含有程序存储器，所以除以上基本的配置外，必须外扩片外的程序存储器，再用到地址锁存器，才能构成最小系统。所以我们选用8051，这用的最小系统简单可靠。

8051单片机中，XTALl、XTAL2 为片内振荡器的反相放大器的输入和输出端，如图2-3示。可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器，如需从外部输入时钟驱动 STC89C51，时钟信号从 XTAL1 输入，XTAL2 应悬空。由于输入到内部电路是经过一个 2分频触发器，所以输入的外部时钟信号无需特殊要求，但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范。

复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号，为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位，有效的防止系统有时会出现一些不可预料的现象，如无规律可循的“死机”、“程序走飞”等。系统

2.3 频率测量电路

本设计就是采用单片机电子计数法来测量频率, 其系统硬件原理框图如下

为了提高测量的精度, 拓展单片机的测频范围, 本设计采取了对信号进行分频的方法。设计中采用两片同步十进制加法计数器74LS160来组成一个100分频器。该100分频器由两个同步十进制加法计数器74LS160和一个与非门74LS00共同设计而成。由于一个74LS160可以分频十的一次方, 而当第一片74LS160工作时, 如果有进位,输出端TC便有进位信号送进第二片的CEP端, 同时CET也为高电平, 这

样两个工作状态控制端CET、CEP将同时为高电平, 此时第二片74LS160将开始工作。

2.4 显示电路

显示电路我选用共阴极数码管，是由一个四位数码管和二个一位数码管组成。显示主要包含了两部分：段选和位选。在设计时用74ls240来驱动。

段选的信号和位选的信号由P0和P2口提供，P0口的接74ls240，把单片机输出的十进制转换成数码管能显示的字型码。

3、数显频率计设计

以单片机为主要控制器件，配合外围电路，测量１０ＭＨＺ以内的周期信号频率，并用ＬＥ

Ｄ数码管显示测量结果。选择一种精度较高的测量方法，绘出电路的原理图，搭建硬件电路，编制单片机程序，实现上述功能。