1、摘要本設計的目的是通過在對單片機原理及應用的學習，以及查閱資料，培養一種自學與動手能力，并且引導一種創新的思維，把學到的知識應用到日常生活當中。在設計的過程中，不斷的補充不知道的內容、鞏固所學，和隊友的分工合作、相互討論，運用科學的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機系統一般的開發流程，學會對常見問題的處理方法，積累設計系統的經驗，充分發揮教學與實踐的結合。數字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可缺少的測量儀器。在進行模擬、數字電路的設計、安裝、調試過程中，由于其使用十進制數顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經常使用到。關鍵詞：單片機；數字頻率計；設計；Abstrac

2、tThis is designed by the SCM principle and application of learning, and access to information, and foster a self-study and practical ability, and lead an innovative thinking, learning knowledge is applied to daily life. In the design process, constantly supplement don't know the content, consoli

3、date what they have learned and and teammates division and cooperation, mutual discussion, applying scientific analysis method to solve the difficulty they have ever met, master SCM system general development processes, learn to the common processing method, the accumulation of experience design sys

4、tem, give full play to the teaching and practice.Digital frequency meter is computer, communication equipment, audio video for scientific research, the production field indispensable measuring instrument. The simulation and digital circuit design, installation, debugging process, because its using d

5、ecimal number display, measuring rapidly, high precision, the show intuitional, will be often use.Keywords: microcontroller;digital frequency plan; design;目錄摘要第一章 設計任務及指標31.1 整體功能要求3第二章 整體方案設計32.1 整體方框圖及原理3第三章 電路的設計和器件選擇4 3.1 信號整形設計部分53.2 單片機控制設計部分53.3 顯示電路設計部分63.4 軟件控制設計部分6第四章 組裝調試電路84.1 硬件調試84.2 軟

6、件調試8第五章 實驗結果及誤差計算9第六章 設計小結106.1 問題及改進10第七章 總結收獲及體會10第八章 參考文獻11附 錄 整體電路圖及元件清單11 1 仿真圖112 原理圖123 PCB圖124 所用原件清單135 單片機語言源程序13第一章 設計任務及指標一 設計任務：設計并制作一臺數字顯示的簡易頻率計。二 設計要求：基本要求： 測量被測信號的頻率，要求如下： 信號波形：方波,正弦波，鋸齒波，三角波等； 信號頻率：1Hz100kHz。 顯示：LCD顯示。 需要前置電路進行信號的整形。第二章 整體方案設計一 設計理念：所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間（1s）內變化的次數。若在一

7、定時間間隔T內測得這個周期性信號的重復變化次數N，則其頻率可表示為f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是將被測信號變成脈沖信號，其重復頻率等于被測頻率fx。被測脈沖信號整形放大電路，被測頻率fx=NHz。 二 分析設計任務 根據所學及得出的設計原理確定如圖 2 - 1整體模塊。被測信號 測量電路波形整形放大單片機計數LCD顯示 圖 2 1 整體模塊框圖單片機要通過I/O中接收輸入信號，要通過I/O口控制液晶的初始化、顯示方式以及要顯示的字符。因此，設計必須以單片機為核心，顯示器為外圍設備。硬件上，單片機通過電路板電路與液晶顯示電路相連；軟件上，單片機要下載完整的程序對二者進行適時的控制。第三章

8、電路的設計和器件選擇一 信號整形1 運放部分同相比例放大器的倍數為：Uo=(1+Rf/R)Ui,而放大倍數為(1+Rf/R)。因此，適當選擇Rf和R的值，可使小的輸入信號達到可測試范圍內的信號大小，然后就可以對它進行測試了。選擇器件：lm358。LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358 的封裝形式：塑封8引線雙列直插式，如圖 3 1 所示。特性(Features):

9、 · 內部頻率補償 · 直流電壓增益高(約100dB) · 單位增益頻帶寬(約1MHz) · 電源電壓范圍寬：單電源(330V)； 雙電源(±1.5 一±15V) · 低功耗電流，適合于電池供電 圖 3 12 過零比較部分 過零比較器，顧名思義，其閾值電壓UT=0V。電路如圖(a)所示，集成運放工作在開環狀態，其輸出電壓為+UOM或-UOM。當輸入電壓uI<0V時，UO=+UOM；當輸入電壓uI>0V時，UO=-UOM。因此，電壓傳輸特性如圖(b)所示，我們使用LM324構建過零比較器，如圖 3 2 所示，來整波

10、。圖 3 2 選擇器件：LF353 ，封裝如圖 3 3所示 各引腳功能： 圖 3 - 33 穩壓部分 經過運放部分處理的信號電壓值可能過大，直接輸入到單片機中可能會燒毀電路，因此需要對信號進行穩定其電壓值。選擇器件：74LS04，封裝如圖 3 4所示。 電源電壓：5V圖 3 4二 單片機控制部分 2.1 單片機控制電路單片機控制電路由AT89C52片機、晶振時序電路、復位電路構成。單片機AT89C52：AT89C52如圖3 5 所示，是一種帶4K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的

11、MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C52與 AT89C5芯片封裝相同。圖3 5本次設計主要用到單片機4個I/O口中的3個，其中P3口的一部分及P1口與LCD相接，18、19腳外界晶振電容為單片機提供時序，9號腳為復位電路的接入腳。 晶振時序電路 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二

12、分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。晶振電路原理圖如圖3 6 所示。圖3 6 晶振電路原理圖 復位電路常見的復位電路有兩種：上電復位電路和開關復位電路，可根據電路的需要選擇復位電路。復位電路如圖3 7 所示。圖3 7 復位電路原理圖三 液晶顯示電路字符型液晶顯示模塊LCD1602是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，其引腳功能如表所示。LCD引腳接口說明表（表 3 1 ）： 編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4Data I/O4RS數據/

13、命令選擇端（H/L）12D5Data I/O5R/W讀寫選擇端（H/L）13D6Data I/O6E使能信號14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負極表 3 1讀狀態：輸入:RS=L,RW=H,E=H 輸出：D0D7=狀態字寫指令：輸入:RS=L,RW=L,D0D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：無讀數據：輸入:RS=H,RW=H,E=H 輸出：D0D7=數據寫數據：輸入:RS=H,RW=L,D0D7=數據，E=高脈沖根據1602液晶顯示器的讀寫時序操作，編寫相應的單片機驅動程序，便可以實現液晶顯示器的顯示輸出。三 系統的軟件設計軟

14、件調試主要是編寫相應的程序，在電路仿真軟件上仿真，直至到預期效果。根據系統硬件設計，軟件設計主要包括：單片機控制程序模塊：作為系統的主控制程序模塊。液晶顯示模塊：使用字符型液晶顯示器顯示用戶的選擇。程序框圖：主程序及各子程序的框圖如圖 3 8 所示。 圖 3 8（控制程序見附錄5）第四章 組裝調試電路一 硬件調試1.1 使用的主要儀器和儀表：數字萬用表，信號發生器，示波器等。1.2 調試方法：依次測量每個功能部分原件的功能是否達到要求。待每個部分功能正常后把所有的部分結構統一起來組成完整的電路原件。1.3 測試的波形及數據過零比較部分功能結果截圖如圖 3 9 所示：圖 3 9輸入頻率與LCD輸

15、出結果如圖 3 10 所示： 圖 3 10在硬件調試過程中首先要注意電路板的做工問題。仔細檢查每條導線是否完全聯通，各焊盤焊點之間是否有虛焊。做板應該盡量工整，美觀。覆銅，并與地連接，這樣可以盡量保證輸入信號的穩定性。二 軟件調試本次設計使用C語言作為控制語言。調試的時候可以分功能模塊進行。分為LCD初始化模塊，計數模塊和定時模塊。第五章 計算誤差1待測信號頻率：3.10 kHZ 2 待測信號頻率：94.0 kHz 測試結果：3.089 kHz 測試結果： 93.66 kHz誤差：0.35% 誤差： 0.43%隨著輸入信號頻率的增大，測試的誤差會隨之增大，但是誤差都非常小。第六章 設計小結本次

16、課題涉及的數字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可缺少的測量儀器。在進行模擬、數字電路的設計、安裝、調試過程中，由于其使用十進制數顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經常使用到。本次設計基本完成了設計要求，能夠準確的測量信號的頻率值。但是，還有很多不足需要注意及改進。例如：顯示的測量結果為整數，沒有小數部分，這樣就很大程度上增大了結果的誤差。由于測試只是取一次測量的結果，所以結果有可能不夠準確。這樣我們可以在控制程序中加以改進，本次設計的理念是在1s的時間里計算脈沖的個數，結果就是信號的頻率，我們可以在5s或者更長的時間里計算脈沖的個數，然后再除以相應的時間，從而得到更為準

17、確的測量結果。第七章 收獲及體會通過本次課程設計，不但加深我們對在課程上所學到的單片機理論知識的認識和理解，重新讓自己認識到了這門學科的在應用方面的廣闊前景，并且通過知識與應用于實踐的結合更加豐富了自己的知識，擴展了知識面，不但掌握了本專業的相關知識，而且對其他專業的知識也有所了解，并且較系統的掌握單片機應用系統的開發應用過程，從而使自身的綜合素質有了較全面的提高 。另外，我們也注意到電路工藝的重要性。經過這次一個較完整的設計和制作過程，對于認識到自己在知識方面存在的不足，明確今后的學習方向是非常有益的，為將來的更近一步的學習打了下扎實的基礎。在這次課程設計過程中，我們是以小組的形式進行。雖然

18、花費了大量的時間和精力，但我卻學到了許多在理論課程中無法學到的知識。最重要的是讓我懂得了合作的重要性，學會了如何與人更好的合作。在這段課設的時間里遇到了很多問題，幸好有老師和同學們的悉心指導和幫助。在此對他們表示衷心的感謝。第八章 參考文獻1 閻石.數字電子技術基礎M.高等教育出版社，20062 童師白，華成英.模擬電子技術基礎M.高等教育出版社，20063 馬樹華，王鳳文，等.單片機原理與接口技術M北京郵電大學出版社，20054 譚浩強C程序設計M . 北京:清華大學出版社,1991附錄：1 仿真圖：附12 電路原理圖附23 PCB圖附34 元器件清單：元器件描述數量AT89C51單片機1液

19、晶顯示器LCD16021觸動開關1電阻1k,10k,50k,100k,200k若干電解電容50V，10uf1晶振12Mhz1瓷片電容30pf2LM358174ls041排針若干導線若干5 C語言源程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int /定義端口,數據口為P1口，P34接輸入測試信號，rw直接接地sbit rs=P35;sbit lcden=P37;uchar code table ="frequen is "uchar code table1="

20、FREQ: Hz "unsigned char codetable2=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39;bit flag; /定義標志位，確定是否到了1sunsigned long x; uchar T0count; /從T0的計數單元中讀取計數的數值 uchar timecount; void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);void write_date(uchar date) rs=1;P1=date;delay(5);l

21、cden=1;delay(5);lcden=0; void write_com(uchar com) rs=0;P1=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0; void init() uchar num;lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80); for(num=0;num<15;num+) write_date(tablenum); delay(5); write_com(0x80+0x40); for(num=0;n

22、um<4;num+) write_date(table1num); delay(5); void LcdPos(uchar xPos,uchar yPos) /設置第（xPos,yPos）個字符的DDRAM地址 unsigned char tmp; xPos&=0x0f; /x位置范圍是015 yPos&=0x01; /y位置范圍是01 if(yPos=0) /顯示第一行 tmp=xPos; else tmp=xPos+0x40; tmp|=0x80; write_com(tmp); void write_char(uchar c,uchar xPos,uchar yPos) LcdPos(xPos,yPos); write_date(c); void main() init(); TMOD=0x15; /T0工作為16位計數器（方式1），T1工作方式為16位定時器 TH0=0;