I基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)在當(dāng)下，科技不斷進(jìn)步，人們對(duì)擁有電子、數(shù)據(jù)、光學(xué)的測(cè)量都與頻率相關(guān)，因此對(duì)頻率的測(cè)量應(yīng)引起重視。資料表明，電子本設(shè)計(jì)是圍繞一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字頻率計(jì)展開(kāi)的，設(shè)計(jì)的核心是AT89C51單片機(jī)。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)測(cè)頻的基本原理是低頻段直接測(cè)頻法。數(shù)字頻率計(jì)由兩部分構(gòu)成，硬件部分是用由AT89C51單片機(jī)、信號(hào)輸入模塊和LCD1602顯示電路構(gòu)成的硬件電路；軟件部分是信號(hào)頻率測(cè)量模塊與數(shù)據(jù)顯示模塊等構(gòu)成。此次設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量精度達(dá)到千分之一，基本滿足設(shè)計(jì)要求，能夠測(cè)量的范圍達(dá)到1HZ~10MHZ左右。 1 1 2二、概述系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 32.1總設(shè)計(jì)框圖 32.2方案設(shè)計(jì) 3Ⅱ2.3本章小結(jié) 4三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1控制電路設(shè)計(jì) 53.2信號(hào)輸入模塊設(shè)計(jì) 93.3顯示系統(tǒng) 3.4LCD1602的指令說(shuō)明及時(shí)序 3.5LCD1602的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表 3.6本章小結(jié) 四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1軟件介紹 4.2主程序流程圖 4.3本章小結(jié) 五、系統(tǒng)的調(diào)試與仿真 5.1顯示系統(tǒng) 5.2本章小結(jié) 11.1設(shè)計(jì)目的和意義在電子技術(shù)中，科技不斷進(jìn)步，人們擁有電子、數(shù)據(jù)、光學(xué)、電磁以及類(lèi)似性能的相關(guān)技術(shù)要求越來(lái)越高，頻率在這類(lèi)技術(shù)中是基本的參數(shù)之一，許多電參量的測(cè)量都與頻率相關(guān)，由此對(duì)頻率的測(cè)量應(yīng)引起重視。測(cè)量頻率的方法有多種，在這里數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量頻率擁有很高的精度、操作起來(lái)比較方便容易上手、測(cè)量速度很快，對(duì)實(shí)現(xiàn)測(cè)量流程自動(dòng)化非常有利等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的主要技術(shù)之一?，F(xiàn)代社會(huì)科技在不斷的進(jìn)步，人民對(duì)衣食住行等生活品質(zhì)的要求不斷提高，對(duì)科學(xué)產(chǎn)物的要求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了模擬器時(shí)代，各種數(shù)據(jù)表明人類(lèi)對(duì)數(shù)字化的電子產(chǎn)品愈發(fā)喜歡。數(shù)字頻率計(jì)作為與人類(lèi)生活不可或缺的一部分，在一些教育機(jī)構(gòu)、研究機(jī)構(gòu)、工廠等有較高的使用率，因此數(shù)字頻率計(jì)的關(guān)鍵性和遍及性不容爭(zhēng)辯。數(shù)字頻率計(jì)體積較小、重量較輕、方便攜帶、性能完整、測(cè)量精確度高等長(zhǎng)處，在未來(lái)歲月里，數(shù)字頻率計(jì)會(huì)有更大、更寬廣的空間以及更高的使用價(jià)值。數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)使用十進(jìn)制數(shù)顯示，是人們用以測(cè)量頻率的設(shè)備。數(shù)字頻率計(jì)是一種非常傳統(tǒng)、常規(guī)的測(cè)量設(shè)備，普遍使用于學(xué)院教育、工廠和企業(yè)里。數(shù)字頻率計(jì)同樣可以對(duì)一些物理量進(jìn)行測(cè)量，先將物理量通過(guò)傳感器變換成電信號(hào)，再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻。例如轉(zhuǎn)動(dòng)體的旋轉(zhuǎn)速度、機(jī)械振動(dòng)頻率等。所以數(shù)字頻率計(jì)功能強(qiáng)大，不僅可以測(cè)量波形的頻率，還可以對(duì)一些轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的物理量進(jìn)行測(cè)頻。1.2研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)發(fā)展近況：在國(guó)內(nèi)，電子測(cè)量范圍內(nèi)，有許多的物理量、電參量及氣體百分比等參數(shù)，通過(guò)一些儀器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或者波形來(lái)測(cè)量頻率，不斷的提升測(cè)量的精確度。頻率測(cè)量可以達(dá)到10—10E-13數(shù)量級(jí)，現(xiàn)如今頻率測(cè)量的精度非常高。超多大規(guī)模的通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)字集成電路技術(shù)(將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)體芯片上而制成的數(shù)字邏輯電路或8言9+圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)說(shuō)明：時(shí)鐘信號(hào)：時(shí)鐘電路最重要的兩個(gè)引腳是19引腳和18引腳，分別代表的是XTAL1振蕩器的輸入端口和XTAL2振蕩器輸出端口，外置12MHz晶體振蕩器，在AT89C51單片機(jī)芯片里有一個(gè)具有高增益反相比例放大器，在AT89C51單片機(jī)芯片外部，想要形成穩(wěn)定的自激振蕩器，需要內(nèi)部振蕩器的輸入與輸出之間的交叉晶體振蕩器和微調(diào)電容。單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)只有在時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖在觸發(fā)器的第二個(gè)頻率后產(chǎn)生。旁路電容C1和C2的電容量在30pf左右就可以了，是為了使晶振兩端的等效電容可以等于或接近實(shí)現(xiàn)負(fù)載通過(guò)電容，因?yàn)橹挥泻线m的電容，晶振才能滿足啟動(dòng)條件，晶振才能正常工作。晶體的振蕩頻率在1.2-12MHz左右。如果單片機(jī)的運(yùn)行速度很快，很有可能是因?yàn)榫w振蕩頻率高，系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也跟著很高。951單片機(jī)采用高電平復(fù)位，在這個(gè)RST上面加上不得小于等于兩個(gè)機(jī)器T的持續(xù)時(shí)間的高電平，頻率就可以從零開(kāi)始執(zhí)行程序。在單片機(jī)工作的時(shí)候，這個(gè)引腳不能有大于0.5V的低電平。在單片機(jī)系統(tǒng)中，開(kāi)機(jī)時(shí)系統(tǒng)復(fù)位一次，按下按鍵后系統(tǒng)復(fù)位一次。如果放開(kāi)后又繼續(xù)按，系統(tǒng)將會(huì)從零開(kāi)始執(zhí)行程序。3.2信號(hào)輸入模塊設(shè)計(jì)信號(hào)輸入模塊是由施密特觸發(fā)器、閘門(mén)、計(jì)數(shù)器構(gòu)成。施密特觸發(fā)器是數(shù)字系統(tǒng)中使用頻率最高的電路之一。由NE555構(gòu)成施密特觸發(fā)器，將變化緩慢的脈沖波形變換成數(shù)字電路所需要的矩形波形。將高觸發(fā)器TH和低觸發(fā)器TR連接在一起作為信號(hào)輸入端U。6TH8實(shí)現(xiàn)一個(gè)1s的取樣窗□,待分析信號(hào)與窗□做與門(mén)(74HC08),用計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)與門(mén)輸出的上升沿個(gè)數(shù)，就等于信號(hào)的頻率。將兩個(gè)4位計(jì)數(shù)器(74HC393)構(gòu)成分頻器，分頻信號(hào)輸入計(jì)時(shí)器TO,用作計(jì)數(shù)使用，在單片機(jī)里驗(yàn)證出頻率。113B7774HC3931231234567頻率輸入98寺寺它們唯一的區(qū)別應(yīng)該就是不帶背光的顯示器比帶背光的薄，但控制器都為2.LDC1602正常運(yùn)行時(shí)的電壓在5V左右。3.LCD1602正常運(yùn)行時(shí)的電流為2.0mA。4.理想的工作電壓為5.0V。引腳功能說(shuō)明LCD1602各引腳接口說(shuō)明如表3.1所示，采用標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)背光(14腳)或帶背光(16腳)接□:編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明AIBJC調(diào)節(jié)對(duì)比度KD寄存器選擇LE讀寫(xiě)信號(hào)線MFENG數(shù)據(jù)0背光源正極H數(shù)據(jù)P背光源負(fù)極第3引腳：VL為L(zhǎng)CD1602對(duì)比度調(diào)節(jié)端，在調(diào)節(jié)對(duì)比度時(shí)，偶爾會(huì)產(chǎn)生圖像模糊的情況，這是因?yàn)椴恍⌒慕拥?，?dǎo)致對(duì)比度過(guò)高。在使用時(shí)為了防止圖像模糊的情況出現(xiàn)，可以通過(guò)電位器調(diào)整對(duì)比度。第4引腳：RS為寄存器選擇，在高電平時(shí)會(huì)自動(dòng)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)自動(dòng)選擇指令寄存器。第5引腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作，因?yàn)閿?shù)據(jù)/命令的選擇和讀/寫(xiě)共同為低電平時(shí)才可以給到LCD1602命令或者顯示輸入的信號(hào)位置；數(shù)據(jù)/命令選擇為低電平、讀/寫(xiě)選擇為高電平時(shí)就可以讀取輸入的信號(hào)，所以高電平時(shí)進(jìn)行讀操作。第6引腳：E端為使能端(控制信號(hào)輸入端),液晶模塊只有在E端由高電第一條指令A(yù)是將顯示器現(xiàn)在所顯示的數(shù)據(jù)清除，然后輸入相應(yīng)的代碼，讓第二條指令B是讓光標(biāo)從執(zhí)行的程序中返回到最開(kāi)始的地方。第三條指令C是通過(guò)高電平和低電平使光標(biāo)有沒(méi)有移動(dòng)。S就是觀察屏幕上第四條指令D是顯示開(kāi)關(guān)控制。D是控制整個(gè)顯示器的開(kāi)關(guān)，高電平表示打開(kāi)，低電平表示關(guān)閉。C是讓光標(biāo)存在或者不存在，高電平表示存在，低電示不存在。B是控制光標(biāo)能不能亮滅，高電平可以亮第五條指令E是讓光標(biāo)出現(xiàn)在某個(gè)地方并且可以左右的換位置。S/C:高電第六條指令F是對(duì)顯示器所具有的功能進(jìn)行設(shè)置。DL是高電平時(shí)為4位CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，低電平時(shí)為8位CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道。N是低電平時(shí)為只出現(xiàn)一行，高電平時(shí)能出現(xiàn)兩行。F是低電平時(shí)出現(xiàn)5x7的點(diǎn)陣符號(hào)，高電平時(shí)出現(xiàn)5x10。第七條指令G是字符在LCD的地址并且可以隨時(shí)調(diào)用。第九條指令I(lǐng)是觀察LCD這個(gè)系統(tǒng)里面是否有程序在運(yùn)行。BF是一個(gè)典型的系統(tǒng)被占用標(biāo)志，高電平表示系統(tǒng)被占用，因?yàn)楸徽加孟到y(tǒng)沒(méi)有辦法再第十一指令K是寫(xiě)。圖3.5是LCD1602顯示器的一個(gè)內(nèi)部位置。通過(guò)各種對(duì)顯示器資料的查閱，了解到LCD1602是一個(gè)反應(yīng)非常不靈敏的液晶器件，LCD1602內(nèi)部程序運(yùn)行，需要在輸入指令之前，程序不用許被占用。低電平為不占用，如果不顯示低電平，這條命令就是無(wú)效命令。在屏幕上顯示出需要的字符，先得找到字符的位置，輸入指令，讓其執(zhí)行。讓LCD1602從最開(kāi)始的位置執(zhí)行命令，先對(duì)顯示屏的控制設(shè)置，也就是對(duì)其進(jìn)行智能化的處理，自動(dòng)控制光標(biāo)左右移動(dòng)。在每次輸入指令之前，觀察程序是否被占用。1602液晶模塊內(nèi)部擁有很多的字符，比如日文、阿拉伯?dāng)?shù)字、拼音的大小寫(xiě)等等，存儲(chǔ)了160個(gè)各式各樣的字符符號(hào)，每個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，不同的代碼顯示不同的字符。本章主要講述了數(shù)字頻率計(jì)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、信號(hào)輸入模塊設(shè)計(jì)、顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。單片機(jī)選用AT89C51,信號(hào)輸入模塊由一個(gè)與門(mén)與兩個(gè)計(jì)數(shù)器組成，顯示系統(tǒng)選用LCD1602。0ISS9LL10ISS9LL1K金呂8888+V-kk02lLVVV12CP2Q0總14V0213P3P0312V010P141P4P120P25103P369P342784453C6475Y78614971213312V41C2RI295102869783F6Y1625州4C3于822730F0O圖3.6原理圖4.1軟件介紹對(duì)硬件部分有了充分了解并且將各個(gè)模塊聯(lián)合起來(lái)之后，想要設(shè)計(jì)的硬件動(dòng)起來(lái)，需要對(duì)程序進(jìn)行編寫(xiě)，調(diào)和各個(gè)模塊之間的關(guān)系，使模塊之間緊密相聯(lián)。在對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，不管是哪個(gè)系列，用匯編語(yǔ)言去編程，都耗時(shí)巨大，而且還非常難以讓人讀懂?，F(xiàn)如今程序的編寫(xiě)大部分是采用C語(yǔ)言，簡(jiǎn)單易上手，不費(fèi)C語(yǔ)言程序的是最新的版本，和之前的幾個(gè)版本比起來(lái)，里面所具有的功能更加全面，更加輕便易上手，現(xiàn)在編程平臺(tái)的主流是keiluvision5,具有編程快、效率高的優(yōu)點(diǎn)，智能化互動(dòng)也越來(lái)越強(qiáng)。keiluvision5是專(zhuān)門(mén)被開(kāi)放來(lái)進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)程序編寫(xiě)的，深受很多技術(shù)人員、專(zhuān)業(yè)人員的喜愛(ài)，所擁有的處理器也越來(lái)越強(qiáng)大，幾乎覆蓋市面上所有的控制器。在開(kāi)始編寫(xiě)時(shí)，要先創(chuàng)建一個(gè)新工程，在這個(gè)新工程里創(chuàng)建不同子文件.C和.H,讓主程序在運(yùn)行時(shí)更好的使用。在程序編寫(xiě)完成之后，還需要對(duì)程序進(jìn)行查錯(cuò)、改錯(cuò)、編譯等等，最后就是將寫(xiě)好的程序下載到單片機(jī)中。KEIL還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，KEIL提供了在線聯(lián)機(jī)調(diào)試功能，用戶對(duì)控制器的寄存器狀態(tài)有了更直觀的了解，還可以對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，使復(fù)雜的工程簡(jiǎn)流程圖如圖4.2所示。開(kāi)始開(kāi)始圖4.2流程圖本章主要講述了軟件的設(shè)計(jì)，主要包括KEIL軟件與設(shè)計(jì)的流程圖。在程序設(shè)計(jì)中使用C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，C語(yǔ)言既有高級(jí)語(yǔ)言又有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中非常實(shí)用。keiluvision5是目前編寫(xiě)C語(yǔ)言程序的是最新的版本，與之前版本相比，keiluvision5功能更加全面、方便、編程快、效率高，智能化互動(dòng)越來(lái)越強(qiáng)。5.1顯示系統(tǒng)在完成了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)之后，需要一個(gè)軟件將硬1.要對(duì)KEIL軟件有一定了解，在KEIL上面編寫(xiě)數(shù)字頻率計(jì)的程序，完成定要先觀察顯示屏有沒(méi)有問(wèn)題，能不能正常顯示，然后按各個(gè)行調(diào)試，對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊都要進(jìn)行調(diào)試，以免出現(xiàn)不定要注意細(xì)節(jié)，計(jì)算好每次運(yùn)行、調(diào)試的結(jié)果，要保持邏輯的誤時(shí)，分析語(yǔ)句代碼，及時(shí)進(jìn)行修改，避免同樣在開(kāi)發(fā)工具的菜單欄視圖的地方選擇監(jiān)視窗□,對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控了。輸入需要觀察的變量數(shù)據(jù)，在界面的右下方的監(jiān)控窗□輸入數(shù)據(jù)，如下圖：圖5.1調(diào)試一在調(diào)試過(guò)程中，需要去觀察一些參量，可以在watch窗□所對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)模塊，給其參量，就可以進(jìn)行觀察了。需要觀察的數(shù)據(jù)過(guò)多，可以多輸入幾個(gè)參量，就可更快的監(jiān)察。Name圖5.2調(diào)試二以上一系列操作之后，達(dá)到預(yù)期的效果，就可以把文件放到singlechip中，測(cè)試完成。本章主要內(nèi)容是對(duì)數(shù)字頻率計(jì)進(jìn)行仿真與調(diào)試，仿真軟件是proteus,在proteus中可以找到各種元器件。在調(diào)試時(shí)，計(jì)算好運(yùn)行結(jié)果，保持邏輯可行性。調(diào)試完成之后就可以將程序拷到單片機(jī)中。44貢足章4嬰47uFP1.4P37.云陛P品□81403圖5.3測(cè)量1Hz仿真結(jié)果圖P=1.001001MS1P24/A12P2.5/A13P2.B/A14一□PD2/AD2P0.4/AD4P0.5AD5P11P12P1.4P1.8□□D35P3.7RD15□羽藍(lán)鐵4跟13489陛9圖5.4測(cè)量999Hz仿真結(jié)果圖測(cè)量1000Hz~10MHz時(shí)測(cè)量有誤差且誤差慢慢減小，在1000Hz達(dá)到最大誤差誤差值為0.001。測(cè)量頻率為1000Hz的仿真圖如圖5.5所示：11童P0.5/AD5P?.6/AD6品品445547uF47uFF1.1F1.1P1.P1.一一圖5.5測(cè)量1000Hz仿真結(jié)果圖測(cè)量頻率為10MHz的仿真圖如圖5.6所示：881□4簧P20/ABP2.1/AB/R47uFZ吉□A□1當(dāng)超出測(cè)量范圍時(shí)，顯示屏初始狀態(tài)，仿真圖如圖5.7所示：T347uF1云中Matin9...43:明□陛跟□罪57380本設(shè)計(jì)是圍繞一個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)字頻率計(jì)的展開(kāi)的，設(shè)計(jì)的核心是AT89C51單片機(jī)。本設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)的基本原理是使用低頻段直接測(cè)頻頻率法由兩部分構(gòu)成，一部分是由單片機(jī)、信號(hào)輸入模塊和硬件電路；一部分是軟件模塊。運(yùn)用單片機(jī)的控制性能和編計(jì)的設(shè)計(jì)使用十進(jìn)制數(shù)顯示，精確度較高，基本上滿圍達(dá)到1Hz~10MHz左右，能夠測(cè)量正弦波的頻率。在國(guó)內(nèi)外具有非常高的研究研究機(jī)構(gòu)、工廠中有較高的使用率，數(shù)字頻率計(jì)的關(guān)鍵性和普遍性不容爭(zhēng)辯。數(shù)點(diǎn)。數(shù)字頻率計(jì)不僅可以測(cè)量頻率，還可以對(duì)一過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行測(cè)頻。在未來(lái)在數(shù)字頻率的設(shè)計(jì)中，如果所測(cè)信號(hào)微弱，就沒(méi)有辦法到，而且在接收到微弱信號(hào)的同時(shí)也會(huì)接收到一設(shè)計(jì)并不全面，存在很多問(wèn)題。如今集成電路很多功[1]張國(guó)興.用單片機(jī)制作數(shù)字頻率計(jì)[J].電子制作，2005,(2):32.[2]李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[4]公茂法，孫皓，呂常智.簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與分析[J].山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自