基于AT89C51的简易频率计设计

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"简易频率计单片机课程设计文档提供了基于AT89C51单片机的频率计设计,旨在实现低成本、高精度、宽频带的频率测量。" 这篇文档是关于一个以单片机为主题的课程设计项目,具体来说是设计一个简易的频率计。频率计是一种重要的电子测量工具,用于测定信号的频率和周期,其在各个领域的应用广泛。设计的目标是开发一个既能满足实际工作需求,又具备小巧、简洁、经济、高精度和宽频带测量能力的频率计,以降低设计成本和实现复杂性。 设计的核心是使用AT89C51单片机,这是一款广泛应用的8位微控制器,具有丰富的外设和灵活的编程能力。在这个频率计中,单片机的定时器/计数器T0被用作定时器,而T1则作为计数器来记录被测信号的脉冲。测量范围设定为1Hz至65534Hz,允许用户在这一范围内自由调整待测信号的频率。测量结果通过LCD液晶显示屏实时显示,提供直观的读数。 系统结构主要包括以下几个部分: 1. **被测频率脉冲信号**:这是输入到频率计的信号,其频率需要在可测量范围内。 2. **单片机晶振电路**:为AT89C51提供精确的时钟源,确保计数的准确性。 3. **以AT89C51为核心的频率测量模块**:处理输入信号,控制计数和定时,并执行计算以确定频率。 4. **LCD液晶显示模块**:用于显示测量结果,使用户能够即时了解被测信号的频率。 设计的关键技术点在于如何合理利用单片机的定时器/计数器功能以及与LCD的接口通信。AT89C51的定时器/计数器在捕获模式下可以准确地计算输入脉冲的数量,从而计算出频率。LCD模块的驱动则涉及到字符显示和数据传输协议,需要编写相应的控制程序来实现。 关键词:单片机、AT89C51、频率计、定时器/计数器、LCD显示、电子计数器、测量精度、成本效益。这个设计不仅锻炼了学生对单片机硬件和软件的综合运用能力,也体现了在有限资源下优化系统设计的理念。
2023-02-27 上传
前言2 令狐采学 一、 总体设计3 二、 硬件设计5 AT89C51单片机及其引脚说明:5 显示原理7 技术参数8 电参数表8 时序特性表9 模块引脚功能表9 三、 软件设计10 四、 调试说明11 五、 使用说明13 结论13 参考文献13 附录14 、系统电路图14 、程序清单15 前言 单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹 的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程 的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录 像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单 片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因 此,单片机的学习、开发与应用在生活中至关重要。 随着电子信息产业的不断发展,信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益 重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的,这种电路一般运行 缓慢,而且测量频率的范围比较小。考虑到上述问题,本论文设计一个基于单片机技术 的数字频率计。首先,我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计 数器里进行计数,获得频率值;最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文 从频率计的原理出发,介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案,选择了实现系统得 各种电路元器件,并对硬件电路进行了仿真。 总体设计 用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方 波、三角波的频率进行自动的测量。 所谓"频率",就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T 内测得这个周期性信号的重复变化次数N,则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路 的作用是将被测信号变成脉冲信号,其重复频率等于被测频率fx。时间基准信号发生器 提供标准的时间脉冲信号,若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等 于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制,当秒信号来到时,闸门开通,被测脉冲信号通 过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。由于计数器 计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数,所以被测频率fx=NHz。 本系统采用测量频率法,可将频率脉冲直接连接到AT89C51的T0端,将T/C1用做定时 器。T/C0用做计数器。在T/C1定时的时间里,对频率脉冲进行计数。在1S定时内所计脉 冲数即是该脉冲的频率。见图1: 图1测量时序图 由于T0并不与T1同步,并且有可能造成脉冲丢失,所以对计数器T0做一定的延时,以 矫正误差。具体延时时间根据具体实验确定。 根据频率的定义,频率是单位时间内信号波的个数,因此采用上述各种方案都能实现 频率的测量。但是本论文设计的是一个用单片机做为电路控制系统的数字式频率计,采 用脉冲定时测频法,则在低频率的测量时误差会大一些。采用脉冲周期测频法则测高频 率时精度无法保证;采用脉冲数倍频测频法和脉冲数分频测频法则精度有所提高,但控 制电路较复杂;采用脉冲平均周期测频法则很难兼顾低频信号的测量;而采用多周期同 步测频法,闸门时间与被测信号同步,消除了对被测信号计数产生的±1误差,测量精度 大大提高,且测量精度与待测信号的频率无关,达到了在整个测量频段等精度测量。本 次设计由于个人水平有限,因此,本次设计根据需要,采用脉冲定时测频法。 基本设计原理是首先把待测信号通过放大整形,变成一个脉冲信号,然后通过控制电 路控制计数器计数,最后送到译码显示电路里进行显示,其基本构成框图如图2所示。 图2 由上图可以看出,待测信号经过放大整形电路后得到一个待测信号的脉冲信号,然后 通过计数器计数,可得到需要的频率值,最后送入译码显示电路中显示出来。但是控制 部分才是最重要的,它在整个系统的运行中起至关重要的作用。 为了得到一个高性能的数字频率计,本次设计采用单片机来做为数字频率计的核心控 制电路,辅之于少数的外部控制电路。因此本此设计的系统包括信号放大整形电路、分 频电路、单片机AT89C51和显示电路等。本系统让被测信号经过放大整形后,进入单片机 开始计数,利用单片机内部定时计数器定时,在把所记得的数经过相关处理后送到显示电 路中显示。其系统原理框图将在下面介绍。 根据上述的基于单片机的数字频率计的设计原理,我们可设计一个由放大整形电路、分 频电路、多路数据选择器、AT89C51以及显示电路来构成的数字式频率计,其系统框图如 图3所示。 图3 硬件设计 AT89C51单片机及其引脚说明: 89C51是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器,它提供下列标准特征 :4K字节的程序存储器,128字节的RAM,32条I/O线,2个16位定时器/计数