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1、广东海洋大学单片机课程设计说明书 电子产品设计与开发 结 课 论 文 题目： 其于51单片机的频率计设计与仿真 班级： 电子1104班 姓名： 陈* （组员） 学号：03 电话： 1376* 成员： 曾* （组长） 学号： 29 电话： 13726* 成员： 孙* （组员） 学号： 21 电话： 137* 目录 一、需求分析 二、方案设计 1设计基本原理4 1.1测量频率的原理4 1.2系统设计框图4 三、软件设计5 1资源分配表5 2程序流程框图6 4、 系统硬件线路设计图7 1 单片机最小系统设计7 2 液晶LCD1602显示电路8 3 频率测量电路11 五.系统仿真、测试结果及性能分析1
2、2 1系统仿真、测试结果12 2性能分析13 六、心得与体会14 七、参考文献14 摘 要 本设计提出了一种基于AT89C51单片机开发的数字频率测量仪的设计。系统以单片机AT89C51为核心，构成完备的测量系统。可以对信号进行频率的精确测量，测频在1Hz至10kHZ。采用液晶LCD1602显示被测信号的频率。与传统的电路系统相比，其有处理速度快、稳定性高、性价比高、硬件结构简单的优点。 关键词：单片机；低频；绝对误差 一、需求分析 频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使
3、用。频率信号抗干扰性强、易于传输,可以获得较高的测量精度。同时,频率测量方法的优化也越来越受到重视.并采用AT89C51 单片机和相关硬软件实现。MCS51系列单片机具有体积小，功能强，性能价格比较高等特点，因此被广泛应用于工业控制和智能化仪器，仪表等领域。我们研制的频率计以89c51单片机为核心，具有性能优良，精度高，可靠性好等特点。 二、设计方案 此次课程设计采用间接测量法来测量。要用到GATE信号，GATE=1时，TR0=1，INTO=1才能启动计数器，而计数器0是通过外部中断INTO的下降沿开始触发的，计时器从0开始计时，计数器只能测高电平，因此测得的时间为半个周期。当计数器0计时溢出
4、，执行m加1的操作。则测量时间为：t1=TH0*256+TL0+m*65536 ，所求频率F=1000000/(2*t1) 1设计基本原理 1.1测量频率的原理 定时/计数器工作在方式1，每产生一次定时器0中断，计数65536个脉冲，此时的脉冲来自振荡器的12分频后的脉冲，其周期为1uS。根据产生外部中断0时，定时器0中断的次数u，以及此时定时/计数器0计数寄存器的数值X，即可求得待测方波的周期为：T=(65536*u+X)us ，取其倒数即可求得待测方波的频率，小数点后保留两位，即可使得频率精度为0.1HZ。 1.2系统设计框图 经过方案论证和比较后,最终确定的系统框图如图1所示,主要由AT
5、89C51单片机、异或器件、LCD1602、电源等组成。 图2 系统设计框图 三、软件设计 1资源分配表 表5 资源分配表 I/O口 作用 P0 LCD1602数据接口 P1.6 LCD1602 RW接口 P1.7 LCD1602 RS接口 P2.4 LCD1602 E接口 P3.2 频率测量接口 2程序流程框图 频率程序流程图如图9所示： 图10 程序流程图 四、系统硬件线路设计图 1 单片机最小系统设计 单片机最小系统是能补足单片机工作的最简单电路，它由单片机、电源、晶体振荡器、复位电路等构成。它是本系统的处理单元也是控制单元，负责处理信号、外设的接口与控制，同时它也是所有软件的载体。 本
6、系统采用AT89C51是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。与Intel公司的80C51在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。 主要管脚有： XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。 RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 VCC（40
7、脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。 P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。 其管脚如下图所示： 图3 AT89C51单片机管脚图 本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接。单片机正常工作时，都需要有一个时钟电路和一个复位电路。本设计 中选择了内部时钟方式和按键电平复位电路，来构成单片机的最小电路。如图3所示。 图4 单片机最小系统 2液晶LCD1602显示电路 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。LCD16
8、02分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表1所示: 表 1 LCD1602引脚接口说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK
9、背光源负极 1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如下表2所示，其中1为高电平、0为低电平。 表 2 LCD1602控制指令 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0
10、 1 DL N F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到CGRAM或DDRAM） 1 0 要写的数据内容 指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。 指令2：光标复位，光标返回到地址00H。 指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关
11、，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。 指令7：字符发生器RAM地址设置。 指令8：DDRAM地址设置。 指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据。 与HD44780相兼容的芯片时序如下表3所示： 表 3
12、基本操作时序表 读状态 输入 RS=L，R/W=H，E=H 输出 D0D7=状态字 写指令 输入 RS=L，R/W=L， D0D7=指令码，E=高脉冲 输出 无 读数据 输入 RS=H，R/W=H，E=H 输出 D0D7=数据 写数据 输入 RS=H，R/W=L， D0D7=数据，E=高脉冲 输出 无 其操作时序图如下所示： 图5 读操作时序图 图6 写操作时序图 本设计中采用液晶LCD1602显示输入方波A的频率，其D0D7与单片机的P0端口连接，使能端E、RS、RW分别与单片机P2.4、P1.7、P1.6连接，此电路原理简单，电路连接方便，如图7所示。 图7 液晶LCD1602显示电路 3
13、频率测量电路 本设计中将方波A输入，采用定时中断测量其频率。如图7所示。 图8 频率测量电路 综上所述，频率的总体电路图如图9所示： 图9 频率计的总体电路图 五.系统仿真、测试结果及性能分析 1系统仿真、测试结果 在仿真软件PROTUES中按照电路图连接好电路。输入待测方波信号波形，当测试频率时，先依次设置好方波A的频率，进行仿真测得数据；测试波形和结果如图11所示： 图11 仿真波形 表6 仿真频率测试结果 输入频率/HZ 1 2 10 50 100 200 500 测得频率/HZ 0.99 1.99 10.00 50.00 100.00 200.01 500.00 输入频率/HZ 900 1000 1024 1234 2000 5000 10000 测得频率/HZ 899.92 1000.64 1024.23 1234.20 2000.92 5000.48 10000.60 2性能分析 根据表6测试所得结果可以看出：，频率范围为1Hz30
