单片机的数字频率计设计
单片机的数字频率计设计[20200131184501]
摘要
随着电子信息的发展，信号作为最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。传统的频率计通常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，而且测量范围低，精度低。因此，随着对频率测量要求的提高，传统测频的方法在实际应用中已不能满足要求。因此本论文采用单片机来作为电路的控制系统，设计一个数字频率计。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机运算频率计LED数码管
一、引言 1
（一）课题设计背景 1
（二）课题的应用背景 1
二、系统设计原理 1
三、系统的硬件设计 2
（一）MCS-51单片机 2
（二）系统硬件设计图 5
1．89C51单片机主电路图 5
2. 电源电路图 6
3. 中断请求电路 7
4. 蜂鸣器电路 7
5. LED显示电路 7
（三）信号处理电路系统 8
1．电压跟随器 8
2．二极管限幅器 8
3．放大电路 8
4．整形电路 9
5．分频电路 9
6．二次整形电路 10
7. 信号处理部分总电路 10
四、系统软件设计 11
（一）程序流程图 11
（二）系统测试 12
总结 13
参考文献 16
附录 17
（一）总电路图 17
（二）PCB板图 18
（三）元件清单 20
（四）程序 21
一、引言
数字频率计是一个将被测频率显示出来的装置，其广泛应用于各个领域，在许多设计复杂、功能多样的电子设备中，都使用了数字频率计。数字频率计是数字测量技术中的一个典型应用，虽然一些数字频率计的功能复杂，但是使用起来既简单又方便。
本设计以89C51单片机为核心，应用单片机的算术运算和控制功能，并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。系统简单、可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁、便于携带、扩展能力强、适用范围广。
（一）课题设计背景
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且和很多电参量的测量方法、测量结果都有十分密切的关系，所以频率的测量时非常重要的。
随着电子科学技术的飞快发展，各个领域都已经实现了测量的数字化、自动化、智能化的发展。在这种情况下，各类的仪表测量已经有倾向于便携性、快速精确性、抗干扰强性方向发展，所以，设计一款新型的频率计尤为重要。
（二）课题的应用背景
在现代的工业、科学领域中频率的测量是非常普遍的。数字频率信号的特点是便于远距离传输、后续电路灵活、接口简单、占用的系统资源少等。而这些特点都可通过单片机来实现。单片机的内部含有稳定度较高的标准频率源、定时、计时器等硬件，能很方便的对信号进行计数，而且可以实现价格便宜、体积小、功能更大的特点。
(三)频率计工作原理
所谓频率，就是周期性信号在单位时间（1s）里变化的次数。
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但是闸门时间越长，则每测一次频率的间隔就越长；闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试。
二、系统设计原理
本设计主要由放大、整形、分频、显示电路和单片机等外围电路组成的数字频率计。系统框图见图1。
图1 数字频率计的设计框图
三、系统的硬件设计
（一）MCS-51单片机
1．主要组成
MCS-51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O功能部件，具有一台微型计算机的基本结构，主要包括下列部件。
1个8位的CPU、1个布尔处理器、1个片内振荡器、128字节的片内数据存储器、4K字节的片内程序存储器（8031无）、寻址范围为64K字节的外部数据存储器和程序存储器、21字节的专用寄存器、4个8位并行I/O口、1个全双工的串行口、2个16位的定时器/计数器、5个中断源、2个中断优先级和111条指令，片内采用单总线结构。
MCS-51单片机按功能可划分为8个组成部分：微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM)、特殊功能寄存器（SFR）、I/O口、串行口、定时器/计数器及中断系统，各部分是通过片内单一总线连接起来的。
MCS-51可寻址64K字节程序存储器和64K字节数据存储器。内部程序存储器一般为0～32K字节
2．外部引脚说明
HMOS工艺制造的MCS-51单片机大都采用40条引脚的双列直插式封装（DIP），其引脚示意图如图2所示。各引脚说明如下。
图2 MCS-51单片机引脚图
（1）主电源引脚
主电源引脚接入单片机的工作电源。
VCC（40脚）：接＋5V电源（直流电源正端）。
VSS（20脚）：接地（直流电源负端）。
（2）时钟引脚
时钟引脚（18、19脚）：外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可以外接晶体振荡器。
XTAL1（18脚）：接外部晶体的一个引脚。
XTAL2（19脚）：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反相放大器的输出端。
（3）输入/输出引脚
输入/输出（I/O)口引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。
P0口（P0.0～P0.7）：是双向8位三态I/O口。在不接片外存储器或不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口；在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口是地址总线低8位及数据总线时复用口，可驱动8个TTL负载。一般作为扩展时地址/数据总线口使用。
P1口（P1.0～P1.7）：是8位准双向I/O口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置“1”），可启动4个TTL负载。
P2口（P2.0～P2.7）：是8位准双向I/O口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用做高8位地址总线。一般作为扩展时地址总线的高8位使用。
P3口（P3.0～P3.7）：是8位准双向I/O口，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能。
（4）控制引脚
它包括RESET（即RST），ALE， ， 等，此类引脚提供控制信号，有些引脚具有复用功能。
RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
（30脚）：地址锁存有效输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。对于片内具有EPROM型单片机8751，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲PROG。
（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。
（31脚）： 为片外程序存储器选用端。
对于片内有EPROM型单片机8751，在EPROM编程期间，此引脚用于施加编程电源VPP。
摘要
随着电子信息的发展，信号作为最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。传统的频率计通常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，而且测量范围低，精度低。因此，随着对频率测量要求的提高，传统测频的方法在实际应用中已不能满足要求。因此本论文采用单片机来作为电路的控制系统，设计一个数字频率计。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机运算频率计LED数码管
一、引言 1
（一）课题设计背景 1
（二）课题的应用背景 1
二、系统设计原理 1
三、系统的硬件设计 2
（一）MCS-51单片机 2
（二）系统硬件设计图 5
1．89C51单片机主电路图 5
2. 电源电路图 6
3. 中断请求电路 7
4. 蜂鸣器电路 7
5. LED显示电路 7
（三）信号处理电路系统 8
1．电压跟随器 8
2．二极管限幅器 8
3．放大电路 8
4．整形电路 9
5．分频电路 9
6．二次整形电路 10
7. 信号处理部分总电路 10
四、系统软件设计 11
（一）程序流程图 11
（二）系统测试 12
总结 13
参考文献 16
附录 17
（一）总电路图 17
（二）PCB板图 18
（三）元件清单 20
（四）程序 21
一、引言
数字频率计是一个将被测频率显示出来的装置，其广泛应用于各个领域，在许多设计复杂、功能多样的电子设备中，都使用了数字频率计。数字频率计是数字测量技术中的一个典型应用，虽然一些数字频率计的功能复杂，但是使用起来既简单又方便。
本设计以89C51单片机为核心，应用单片机的算术运算和控制功能，并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。系统简单、可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁、便于携带、扩展能力强、适用范围广。
（一）课题设计背景
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且和很多电参量的测量方法、测量结果都有十分密切的关系，所以频率的测量时非常重要的。
随着电子科学技术的飞快发展，各个领域都已经实现了测量的数字化、自动化、智能化的发展。在这种情况下，各类的仪表测量已经有倾向于便携性、快速精确性、抗干扰强性方向发展，所以，设计一款新型的频率计尤为重要。
（二）课题的应用背景
在现代的工业、科学领域中频率的测量是非常普遍的。数字频率信号的特点是便于远距离传输、后续电路灵活、接口简单、占用的系统资源少等。而这些特点都可通过单片机来实现。单片机的内部含有稳定度较高的标准频率源、定时、计时器等硬件，能很方便的对信号进行计数，而且可以实现价格便宜、体积小、功能更大的特点。
(三)频率计工作原理
所谓频率，就是周期性信号在单位时间（1s）里变化的次数。
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但是闸门时间越长，则每测一次频率的间隔就越长；闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试。
二、系统设计原理
本设计主要由放大、整形、分频、显示电路和单片机等外围电路组成的数字频率计。系统框图见图1。
图1 数字频率计的设计框图
三、系统的硬件设计
（一）MCS-51单片机
1．主要组成
MCS-51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O功能部件，具有一台微型计算机的基本结构，主要包括下列部件。
1个8位的CPU、1个布尔处理器、1个片内振荡器、128字节的片内数据存储器、4K字节的片内程序存储器（8031无）、寻址范围为64K字节的外部数据存储器和程序存储器、21字节的专用寄存器、4个8位并行I/O口、1个全双工的串行口、2个16位的定时器/计数器、5个中断源、2个中断优先级和111条指令，片内采用单总线结构。
MCS-51单片机按功能可划分为8个组成部分：微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM)、特殊功能寄存器（SFR）、I/O口、串行口、定时器/计数器及中断系统，各部分是通过片内单一总线连接起来的。
MCS-51可寻址64K字节程序存储器和64K字节数据存储器。内部程序存储器一般为0～32K字节
2．外部引脚说明
HMOS工艺制造的MCS-51单片机大都采用40条引脚的双列直插式封装（DIP），其引脚示意图如图2所示。各引脚说明如下。
图2 MCS-51单片机引脚图
（1）主电源引脚
主电源引脚接入单片机的工作电源。
VCC（40脚）：接＋5V电源（直流电源正端）。
VSS（20脚）：接地（直流电源负端）。
（2）时钟引脚
时钟引脚（18、19脚）：外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可以外接晶体振荡器。
XTAL1（18脚）：接外部晶体的一个引脚。
XTAL2（19脚）：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反相放大器的输出端。
（3）输入/输出引脚
输入/输出（I/O)口引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。
P0口（P0.0～P0.7）：是双向8位三态I/O口。在不接片外存储器或不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口；在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口是地址总线低8位及数据总线时复用口，可驱动8个TTL负载。一般作为扩展时地址/数据总线口使用。
P1口（P1.0～P1.7）：是8位准双向I/O口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置“1”），可启动4个TTL负载。
P2口（P2.0～P2.7）：是8位准双向I/O口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用做高8位地址总线。一般作为扩展时地址总线的高8位使用。
P3口（P3.0～P3.7）：是8位准双向I/O口，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能。
（4）控制引脚
它包括RESET（即RST），ALE， ， 等，此类引脚提供控制信号，有些引脚具有复用功能。
RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
（30脚）：地址锁存有效输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。对于片内具有EPROM型单片机8751，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲PROG。
（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。
（31脚）： 为片外程序存储器选用端。
对于片内有EPROM型单片机8751，在EPROM编程期间，此引脚用于施加编程电源VPP。
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