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基于單片機的頻率計設(shè)計 單片機課程設(shè)計報告

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基于單片機的頻率計設(shè)計 單片機課程設(shè)計報告

本科學生單片機課程設(shè)計報告題 目 基于單片機的頻率計設(shè)計 姓 名 羅方佳 學 號 2007180326 院 (系) 職業(yè)技術(shù)學院 專業(yè)、年級 應(yīng)用電子技術(shù)教育 2007級 指導教師 楊進寶 林海軍 課程設(shè)計成績評定表項目評分依據(jù)滿分得分設(shè)計作品電路板焊接工藝10功能完整20性能指標10程序運行可靠20人機交互友好,操作方便10設(shè)計報告內(nèi)容完整10寫作規(guī)范10設(shè)計報告篇幅符合要求10實評總分 指導教師簽名 目 錄1 摘要2 設(shè)計要求3 硬件電路設(shè)計 3.1 芯片介紹 3.2 設(shè)計方案 3.3 工作原理 3.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4 電路原理圖5 總結(jié)參考文獻附件一:程序清單一、摘要頻率測量儀器使用在生產(chǎn)和科研的各個部門,也是某些大型系統(tǒng)的重要組成部分,實現(xiàn)頻率測量有專用的頻率測量儀器,但不易用于特殊場合。本文介紹的用單片機實現(xiàn)的頻率測量儀,利用分頻和單片機的計數(shù)功能來實現(xiàn)頻率的測量。該頻率測量儀器可獨立使用;也可方便的嵌入電路系統(tǒng)中;并且將降低產(chǎn)品的成本,有利于新產(chǎn)品的設(shè)計與研制。頻率測量儀的設(shè)計思路主要是:對信號分頻,測量一個或幾個被測量信號周期中已知標準頻率信號的周期個數(shù),進而測量出該信號頻率的大小。用傳統(tǒng)測頻原理制作的頻率計,其測量精度往往隨被測信號頻率的下降而降低,在實際應(yīng)用過程中有很大的局限性。關(guān)鍵字:單片機;頻率測量;分頻器; 計數(shù)器;定時器。二、 設(shè)計要求1、設(shè)計任務(wù) 用單片機實現(xiàn)TTL或CMOS信號的頻率測量。2、設(shè)計要求1、用LED數(shù)碼管或LCD顯示頻率;100KHz;3、頻率測量精度:優(yōu)于10-4;4、頻率顯示位數(shù):5位;5、能根據(jù)輸入頻率自動換擋。3、設(shè)計報告要求1、說明設(shè)計作品的功能、特點、應(yīng)用范圍.2、方案對比,確定方案。3、電路設(shè)計、電路工作原理、技術(shù)指標測試.4、編程方法、程序框圖及關(guān)鍵程序清單。5、課程設(shè)計總結(jié)。三、 硬件電路設(shè)計3.1 具體方案:方案一:1、先用555時基電路實現(xiàn)震蕩電路的功能。2、用TL081實現(xiàn)電路的整形。3、用74LS163、74LS00、74LS74、CD4052實現(xiàn)數(shù)字頻率計的分頻。4、用74LS08、74LS160、74LS175、74LS47實現(xiàn)計數(shù)、譯碼、鎖存與顯示部分。方案二: 用VHDL語言編寫程序,然后下載到CPLD芯片當中,以實現(xiàn)頻率計的功能。方案三:采用匯編語言編寫程序下載到單片機STC89C52中,利用單片機的數(shù)學運算和控制功能,來實現(xiàn)頻率計的測量量程的自動切換以及滿足頻率的測量精度。在這里我選用的方案是三。方案一:采用分立元件做出來的作品穩(wěn)定性較差且很難調(diào)試。其實方案二和方案三都是采用編程的方法來完成的且穩(wěn)性能好但是采用方案二的成本較高加之本學期我們剛剛開設(shè)了單片機應(yīng)用原理這一課程為了進一步鞏固本學期所學知識,我決定采用方案三來完成我的設(shè)計任務(wù)。3.2 有關(guān)芯片介紹3.21 有關(guān)STC89C52單片機的介紹STC89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的,兼容51系列(硬件引腳兼容,軟件也兼容),所以使用方面與51系列基本相同,支持在線下載。STC89C52是用串口下載,只一條下載線就可以。STC89C52它有如下特點:加密性強、低功耗、超低價、高速、高可靠、強抗靜電、強抗干擾等。有關(guān)STC89C52的引腳說明如下:STC89C52芯片 共40引腳:1-9腳: rst復位鍵10 -11腳:RXD串口輸入 TXD串口輸出12-19腳:I/O p3接口 (12,13腳: INT0中斷0,INT1中斷1。14,15腳 : 計數(shù)脈沖T0 T1。16,17腳: WR寫控制 RD讀控制輸出端)18-19腳: 晶振諧振器 20 地線   21-28腳: p2 接口 高8位地址總線29腳: psen 片外rom選通端。單片機對片外rom操作時 29腳(psen)輸出低電平30腳:ALE/PROG 地址鎖存器31腳:EA rom取指令控制器 高電平片內(nèi)取 低電平片外取32-39腳:p0.0-p0.7(注意此接口的順序與其他I/O接口不同 與引腳號的排列順序相反)40腳:電源+5V3.22 有關(guān)MAX232的介紹如下:MAX232 一般說明:    該max220 - max249家庭的線路驅(qū)動器/接收器是打算為所有eia/tia-232e和v.28/v.24通信籌措接口,特別是應(yīng)用± 12V的是無法使用。這些零件是特別有用,在電池供電系統(tǒng)tems ,因為他們的低功耗停機模式,減少功耗要小于5瓦特該max225,max233,max235,max245/max246/max247使用無需外部元件,并建議應(yīng)用- 陽離子如印刷電路板空間是至關(guān)重要的。MAX232 特征: 1、優(yōu)于雙極2、經(jīng)營從單一的5伏供電(5V和12v-max231/max239 ) 3、低功耗接收模式,在關(guān)機(max223/max242 ) 4、5、多個驅(qū)動器和接收器6、三態(tài)驅(qū)動器和接收器輸出開放式在線檢測( max243 )MAX引腳圖以及電路圖:STC單片機下載器連接圖:3.23 LCD 液晶屏工業(yè)字符型液晶,能夠同時顯示16x02即32個字符。(16列2行)1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形,這些字符有:阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等,每一個字符都有一個固定的代碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H),顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來,我們就能看到字母“A”。因為1602識別的是ASCII碼,試驗可以用ASCII碼直接賦值,在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值,如'A。以下是1602的16進制ASCII碼表:讀的時候,先讀上面那列,再讀左邊那行,如:感嘆號!的ASCII為0x21,字母B的ASCII為0x42(前面加0x表示十六進制)。 顯示地址1234567891011121314151600H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH40H41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH指令集1602通過D0-D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置: (初始化)0011 0000 0x38 設(shè)置16×2顯示,5×7點陣,8位數(shù)據(jù)接口;顯示開關(guān)及光標設(shè)置: (初始化)0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標顯示(1有效)、B光標閃爍(1有效)0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1 &光標加1),N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1 &光標減1),S=1 且 N=1 (當寫一個字符后,整屏顯示左移)s=0 當寫一個字符后,整屏顯示不移動數(shù)據(jù)指針設(shè)置:數(shù)據(jù)首地址為80H,所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H,40-67H)其他設(shè)置:01H(顯示清屏,數(shù)據(jù)指針=0,所有顯示=0);02H(顯示回車,數(shù)據(jù)指針=0)。通常推薦的初始化過程:延時15ms寫指令38H延時5ms寫指令38H延時5ms寫指令38H延時5ms(以上都不檢測忙信號)(以下都要檢測忙信號)寫指令38H寫指令08H 關(guān)閉顯示寫指令01H 顯示清屏寫指令06H 光標移動設(shè)置寫指令0cH 顯示開及光標設(shè)置Proteus仿真使用Proteus仿真1602-即LM016L-依照數(shù)據(jù)手冊說明可能遇到困難,可以嘗試采用以下方案解決:1、數(shù)據(jù)手冊中可能介紹1602內(nèi)部D0D7已有上拉,可以使用P0口直接驅(qū)動。在Proteus里LM016L內(nèi)部可能沒有,應(yīng)該人為加上拉電阻。建議不要使用排阻,使用普通電阻一個一個拉應(yīng)該可以解決問題;2、可能碰到不能檢測忙信號的問題,嘗試使用延時把忙信號拖過去。有關(guān)液晶屏的引腳說明如下:1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳),其控制原理與14腳的LCD完全一樣,其中: 引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源(+5V)3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高(對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”,使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度)。4RSRS為寄存器選擇,高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線,高電平(1)時進行讀操作,低電平(0)時進行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端,下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位(最低位)8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位(最高位)(也是busy flag)15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負極寄存器選擇控制表 RSR/W操作說明00寫入指令寄存器(清除屏等)01讀busy flag(DB7),以及讀取位址計數(shù)器(DB0DB6)值10寫入數(shù)據(jù)寄存器(顯示各字型等)11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3.3 工作原理單片機當C/ T = 1 時為計數(shù)方式,多路開關(guān)與定時器的外部引腳連通,外部計數(shù)脈沖由T0 引腳輸入。 當外部信號由1 至0 跳變時,計數(shù)器加1,此時T0 成為外部事件的計數(shù)器。 由于確認一次由1 至0 的跳變要用24 個振蕩器周期,所以計數(shù)器的計數(shù)頻率為單片機內(nèi)部計數(shù)器頻率的1/ 24。當C/ T = 0 時為定時方式,對單片機內(nèi)部計數(shù)器進行m2 分頻后,計數(shù)器的實際計數(shù)頻率f o 為單片機內(nèi)部頻率f osc的1/ m2。即:f x = m1 f osc/ m2 N 。當GATE = 0 時,反相器輸出為1,或門輸出為1,打開與門,使定時器的啟動僅受TRO 端信號電平的控制。在此種情況下, INT0 引腳的電平變化對或門不起作用。 TRO = 1 時接通控制開關(guān),計數(shù)脈沖加到計數(shù)器上,每來一個計數(shù)脈沖,計數(shù)器加1,只有當TRO = 0 時,控制開關(guān)斷開,計數(shù)器停止計數(shù)。當GATA = 0 時,若TRO = 1,或門、與門全部打開,外部信號電平通過INTO 引腳直接控制定時器的啟動和關(guān)閉。輸入高電平時允許計數(shù),否則停止計數(shù)。根據(jù)定時器T0 的結(jié)構(gòu)原理,若我們將GATE 位、TR0 均設(shè)為1,INT0 端輸入被測頻率信號,當被測信號的高電平到來時,開始計數(shù);當被測信號的低電平到來時,計數(shù)器停止計數(shù),此時TL0 、TH0 的數(shù)據(jù)就是相應(yīng)的N 值。3.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖四、 電路原理圖五、總結(jié)通過這一次的課程設(shè)計,加深了我對單片機的理論知識的理解,以及動手能力的提高。使我深刻的意識到,做好一次課程設(shè)計是十分不容易的,我從實踐當中鍛練了自己。雖然剛開始不太懂,但是通過上圖書館找資料,我慢慢的了解了頻率計這方面的知識。由于以前接觸這方面不是很多,印制板制作好了后,調(diào)試花了很多時間才順利通過。所以也讓我總結(jié)出來:在調(diào)試過程中,最好先測試各單元電路,保證各部份電路能夠正常工作,檢查問題時采取逐步縮小故障范圍,最后定位,再對相應(yīng)的位置做檢查,解決問題。在這一次課程設(shè)計當中,不僅讓我學到了許多課本知識,同時也讓我意識到:一個程序?qū)懲曛蟛⒉皇邱R上就完工了,需要很多次的修改優(yōu)化才能達到設(shè)計要求。同時我也感受到了團隊合作的重要性,我們組的成員之間相互配合的很好,充分發(fā)揮了自己的所長,這是我們組為什么能夠在限定的時間內(nèi)完成任務(wù)的一個原因。當然能夠完成任務(wù),首先肯定還是離不開老師們的指導,在此我忠心的感謝林老師和楊老師,以及幫助我們完成課程設(shè)計的同學們。但在本次設(shè)計當中,仍然存在很多的不足,比如說:作品的精度不是很高,作品受到頻率范圍的限制等等。以及自身也有很多的不足。但是我會不斷的勉勵自己,讓自己不斷的進步!參考文獻1、 梁文海 單片機AT89C2051 構(gòu)成的智能型頻率計J 現(xiàn)代電子技術(shù) 2002年2、 曹巧媛 單片機原理及應(yīng)用M北京:電子工業(yè)出版社 1997年 3、 程遠楚 單片機智能頻率信號裝置J 自動化與儀器儀表 2001年 4、 吳慎山 壓電超聲直線馬達驅(qū)動電路的研究J 河南師范大學學報(自然科學版) 1994年 5、 謝自美 電子線路設(shè)計 華中科技大學出版社元件列表名稱規(guī)格數(shù)量LCD16021單片機STC89C521芯片MAX232124M 晶振110K排阻1電容、電阻不同型號若干萬能板1導線若干排針、排孔若干附件一:程序清單COM EQU 30HDAT EQU 31HFREQ1 EQU 32HFREQ2 EQU 33HFREQ3 EQU 34HFREQ4 EQU 35HFREQ5 EQU 36HFREQ6 EQU 37HJISHU EQU 38HJISHU1 EQU 39HJISHU2 EQU 3AHJISHU3 EQU 3BHTIMEB EQU 3CHTIMEH EQU 3DHTIMEM EQU 3EHTIMEL EQU 3FHPANDUAN EQU 40HBEICHUB EQU 41HBEICHUH EQU 42HBEICHUM EQU 43HBEICHUL EQU 44HZANCUNB EQU 45HZANCUNH EQU 46HZANCUNM EQU 47HZANCUNL EQU 48HRESULT1 EQU 49HRESULT2 EQU 4AH RESULT3 EQU 4BH RESULT4 EQU 4CH RESULT5 EQU 4DH RESULT6 EQU 4EH XIAOSHU EQU 4FH CUNCHU EQU 50H FLAG1 BIT 20H FLAG2 BIT 21H FLAG3 BIT 22H ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP OUTINT0 ORG 000BH LJMP TIMINT0 ORG 001BH LJMP TIMINT1 ORG 0100HSTART :MOV SP,#60H LCALL LCDINIT LCALL DISPLAI LCALL VARINIT SETB FLAG3KEYLOOP:JNB FLAG3,KEYDOWN LCALL FIJUDGEKEYDOWN:LCALL DISPLAY JNB FLAG1,GOBACK LCALL CALCULAGOBACK: SJMP KEYLOOPLCDINIT:MOV COM,#38H LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 LCALL SENDCOM LCALL DELAY5 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