基于AT89S52单片机的频率计毕业设计

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1、word 格式. 基于基于 AT89S52AT89S52 单片机的频率计设计单片机的频率计设计 中中 文文 摘摘 要要 频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。频率计主要是由信号输入和放大电路、 单片机模块、分频模块及显示电路模块组成。AT89S52 单片机是频率计的控制核心，来完成 它待测信号的计数，译码，显示以及对分频比的控制。利用它部的定时/计数器完成待测信 号频率的测量。 在整个设计过程中，所制作的频率计采用外部分频，实现 10Hz2MHz 的频率测量，而且 可以实现量程自动切换流程。以 AT89S52 单片机为核心，通过单片机部定时/计数器的门控 时间，方便对频率计的测量。其待测频

2、率值使用四位共阳极数码管显示，并可以自动切换量 程，单位分别由红、黄、绿 3 个 LED 指示。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计， 具有测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。 关键词：频率计；单片机；计数器；量程自动切换关键词：频率计；单片机；计数器；量程自动切换 word 格式. 目录 第一章 前言 .1 1.1 频率计概述.1 1.2 频率计发展与应用.1 1.3 频率计设计容.1 第二章 系统总体方案设计 .2 2.1 测频的原理.2 2.2 总体思路.3 2.3 具体模块.3 第三章 硬件电路具体设计 .5 3.1 AT89S52 主控制器模块.5 3.1.1 AT89S5

3、2 的介绍.5 3.1.2 复位电路及时钟电路 .6 3.1.3 引脚功能 .7 3.1.4 单片机引脚分配 .8 3.2 电源模块 .9 3.2.1 直流稳压电源的基本原理 .9 3.2.2 电源电路设计 .10 3.3 放大整形模块.11 3.4 分频设计模块 .11 3.4.1 分频电路分析 .11 3.4.2 74LS161 芯片介绍.12 3.4.3 74LS151 芯片介绍.13 3.4.4 分频电路 .14 3.5 显示模块 .14 3.5.1 数码管介绍 .15 3.5.2 频率值显示电路 .15 3.5.3 档位转换指示电路 .16 第四章 系统的软件设计 .17 4.1 软

4、件模块设计 .17 4.2 中断服务子程序 .18 4.3 显示子程序 .19 4.4 量程档自动转换子程序 .20 4.5 应用软件简介 .20 4.5.1 Keil 简介.21 4.5.2 protues 简介.22 word 格式. 第五章 频率计的系统调试 .23 5.1 硬件调试 .23 5.1.1 电源模块调试 .23 5.1.2 整形模块调试.24 5.1.3 分频模块调试.25 5.2 软件调试 .25 5.2.1 Pouteus 软件调试.25 5.2.2 功能调试 .26 5.3 系统调试.27 5.3.1 系统软件调试 .27 5.3.2 系统软硬件调试 .27 5.4

5、误差分析 .28 第六章 总结 .23 参考文献 .24 致 .25 附录 .1 word 格式. word 格式. 第一章第一章 前言前言 频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，易于传输， 因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的 工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。 1.11.1 频率计概述频率计概述 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变化的物理量。在进行模拟、

6、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。传统的频 率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成，产品不但体 积大，运行速度慢而且测量低频信号不准确。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率 计，测量准确度高，响应速度快，体积小等优点1。 1.21.2 频率计发展与应用频率计发展与应用 在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。单 片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机已成为电 子系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一个重要分支，其

7、应用围很广，发展也 很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采 集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用围十分广泛。其中以 AT89S52 为核的 单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要2。 1.31.3 频率计设计容频率计设计容 利用电源、单片机、分频电路及数码管显示等模块，设计一个简易的频率计能够粗略的 测量出被测信号的频率。 参数要求如下： 1测量围 10HZ2MHZ； 2用四位数码管显示测量值； 3能根据输入信号自动切换量程； 4.可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形； word 格式. 第二章第二章

8、 系统总体方案设计系统总体方案设计 2.12.1 测频的原理测频的原理 测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间对被测信号进行计数” 。被测信号，通过 输入通道的放大器放大后，进入整形器加以整形变为矩形波，并送入主门的输入端3。由晶 体振荡器产生的基频，按十进制分频得出的分频脉冲，经过基选通门去触发主控电路，再通 过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被测信号所产 生的矩形波，至十进制计数电路进行直接计数和显示。若在一定的时间间隔 T 累计周期性的 重复变化次数 N，则频率的表达式为式： （1） N fx= T 图 1 说明了测频的原理及误差产生的原因。 时基信号

9、 待测信号 丢失（少计一个脉冲） 计到 N 个脉冲 多余（比实际多出了 0.x 个脉冲） 图 1 测频原理 在图 1 中，假设时基信号为 1KHZ，则用此法测得的待测信号为 1KHZ5=5KHZ。但从图中 可以看出，待测信号应该在 5.5KHZ 左右，误差约有 0.5/5.59.1%。这个误差是比较大的， 实际上，测量的脉冲个数的误差会在1 之间。假设所测得的脉冲个数为 N，则所测频率的误 差最大为 =1（N-1）*100%。显然，减小误差的方法，就是增大 N。本频率计要求测频误 差在 1以下，则 N 应大于 1000。通过计算，对 1KHZ 以下的信号用测频法，反应的时间长于 或等于 10S

10、， 。由此可以得出一个初步结论：测频法适合于测高频信号。 频率计数器严格地按照公式进行测频4。由于数字测量的离散性，被测频率在计 N f= T 数器中所记进的脉冲数可有正一个或负一个脉冲的量化误差，在不计其他误差影响的情1 况下，测量精度将为： 1 ()fA N word 格式. 应当指出，测量频率时所产生的误差是由 N 和 T 俩个参数所决定的，一方面是单位时间 计数脉冲个数越多时，精度越高，另一方面 T 越稳定时，精度越高。为了增加单位时间计数 脉冲的个数，一方面可在输入端将被测信号倍频，另一方面可增加 T 来满足，为了增加 T 的 稳定度，只需提高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能

11、达到。 上述表明，在频率测量时，被测信号频率越高，测量精度越高。 2.22.2 总体思路总体思路 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对信号进 行计数,计数值就是信号频率。本文介绍了一种基于单片机 AT89S52 制作的频率计的设计方 法,所制作的频率计测量比较高的频率采用外部十分频，测量较低频率值时采用单片机直接 计数，不进行外部分频。该频率计实现 10HZ2MHZ 的频率测量,而且可以实现量程自动切换 功能，四位共阳极动态显示测量结果，可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。 2.32.3 具体模块具体模块 根据上述系统分析，频率计系统设计共包括五大

12、模块：单片机控制模块、电源模块、放 大整形模块、分频模块及显示模块。各模块作用如下： 1、单片机控制模块：以 AT89S52 单片机为控制核心，来完成它待测信号的计数，译码， 和显示以及对分频比的控制。利用其部的定时计数器完成待测信号周期频率的测量。单 片机 AT89S52 部具有 2 个 16 位定时计数器，定时计数器的工作可以由编程来实现定时、 计数和产生计数溢出时中断要求的功能。(因为 AT89C51 所需外围元件少，扩展性强，测试 准确度高。) 2、电源模块：为整个系统提供合适又稳定的电源，主要为单片机、信号调理电路以及 分频电路提供电源，电压要求稳定、噪声小及性价高的电源。 3、放大

13、整形模块：放大电路是对待测信号的放大，降低对待测信号幅度的要求。整形 电路是对一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。 4、分频模块：考虑单片机外部计数，使用 12 MHz 时钟时，最大计数速率为 500 kHz， 因此需要外部分频。分频电路用于扩展单片机频率测量围，并实现单片机频率测量使用统一 信号，可使单片机测频更易于实现，而且也降低了系统的测频误差。可用 74161 进行外部十 分频。 5、显示模块：显示电路采用四位共阳极数码管动态显示，为了加大数码管的亮度，使 word 格式. 用 4 个 PNP 三极管进行驱动，便于观测。 综合以上频率计系统设计有单片机控制模块、电源模块、放

14、大整形模块、分频模块及显 示模块等组成，频率计的总体设计框图如图 2 所示。 微控制器 AT89S52 信号放大 整形 分频电路 驱动电路数码管显示 5V电源 图 2 频率计总体设计框图 word 格式. 第三章第三章 硬件电路具体设计硬件电路具体设计 根据系统设计的要求，频率计实际需要设计的硬件系统主要包括以下几个部分： AT89S52 单片机最小系统模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块，下面将分 别给予介绍。 3.13.1 AT89S52AT89S52 主控制器模块主控制器模块 3.1.1 AT89S52 的介绍 8 位单片机是 MSC-51 系列产品升级版5，有世界著名半导体

15、公司 ATMEL 在购买 MSC-51 设计结构后，利用自身优势技术（掉电不丢数据）闪存生产技术对旧技术进行改进和扩 展，同时使用新的半导体生产工艺，最终得到成型产品。与此同时，世界上其他的著名公司 也通过基本的 51 核，结合公司自身技术进行改进生产，推广一批如 51F020 等高性能单片机。 AT89S52 片集成 256 字节程序运行空间、8K 字节 Flash 存储空间，支持最大 64K 外部存 储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在 0-33M 之间。片资源有 4 组 I/O 控制端口、3 个定时器、8 个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以 在 4V

16、 到 5.5V 宽电压围正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。同 时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线，仅仅几块钱的价格 让该型号单片机畅销 10 年不衰。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次 设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插 DIP-40 的封装。 3.1.2 复位电路及时钟电路 复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种： 上电复位（图 4）和手动复位（图 5） 。 图 4 上电复位 图 5 手动复位 有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位。 所以本次设计选用手动复位。 高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多 的功能6。但是告诉对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在 word 格式. 控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适频率的晶振对于选频信号强 度准确度都有好处，本次设计选取 12.000M 无源晶振接入 XTAL1 和 XTAL2 引脚。并联 2