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1、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: II 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
2、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1 1.2.1 频率测量1 1.2.2 周期测量2 1.2.3 脉宽测
3、量2 1.2.4 占空比测量21.3 各部分硬件电路设计方案2 1.3.1 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11 5.1.1 电源总体设计11 5.1.2 电源各部分简介11 5.1.3 电源参数的计算125.2 硬件系统中的电路模块14 5.2.1 键盘/显示接口电路14 5.2.2 时钟电路模块15 5.2.3 键盘接口电路模块15 5.2.4 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186.2 周期测量18 6.3 脉宽测量19 6.4 占空比测量19
4、第 7章 主要芯片介绍207.1 AT89S52芯片20 7.2 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25 10.2 键控程序流程图26 10.3 测频率程序流程图27 10.4 测周期程序流程图28 10.5 测脉宽程序流程图29 10.6 测占空比程序流程图30 10.7 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567 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
5、、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:图1-1 AT89S52式频率计方案框图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
6、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
7、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
8、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
9、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:AT89S528279驱动器键 盘译码器显示器驱动器译码器图1-2 8279键盘、显示接口原理框图方案二:I/O口直接应用构成键盘、显示接口电路，原理
10、图如图1-3: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（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
11、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: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。此方案运用
12、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，AT89S52独立式键盘74LS164静态显示74LS164图1.3.5 74LS164构成键盘、显示接口原理图1-5 74LS164构成键盘、显示接口原理用以连接一个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
13、上方案，决定选择第二种方案。我们充分论证，对各种方案进行了多次比较和实验，采用准确适当的算法，力求减小系统误差、提高测量精度，根据设计任务的要求，从各元器件的配置和利用率，电路的稳定性，器件的成本等各方面的考虑，从而选择适合本次设计的最佳方案。第2章 工作原理根据数字频率计所选方案可知，在AT89S52的P0口和P2口外接由六个LED数码管(LED5LED0)构成的动态显示器，用P0口作LED的段码输出口（P0.0P0.7对应于LED的adp），P2.5P2.0作LED的位控输出线（P2.5P2.0对应于LED5LED0），由两块74lS244芯片做驱动电路。P1口外接四个按键A、B、C、D（对应于P1.0P1.3）。系统晶振采用6MHz，定时采用定时器与软件循环相结合的方法。A键按下测频率，再次按下A键，恢复显示程序；B键按下测周期，再次按下B键，恢复显示程序；C键按下测脉宽，再次按下C键，恢复显示程序；D键按下测占空比，再次按下D键，恢复显示程序；测输入信号的频率，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50毫秒，定时次数20次，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，
