1、 1. 緒論1.1 數字頻率計概述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。它是一種用十進制數字顯示被測信號頻率的數字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號與其他各種單位時間變化的物理量。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，經常要用到頻率計。基本設計原理是直接用十進制數字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對正弦波、方波、三角波的頻率進行自動的測量。1.2 任務分析與設計思路頻率的測量實際上就是在1s時間對信號進行計數，計數值就是信號頻率。在本次設計使用的AT89C51單片機，本

2、身自帶有定時器和計數器，單片機的T0、T1兩個定時/計數器，一個用來定時，另一個用來計數，定時/計數器的工作由相應的運行控制位TR控制,當TR置1,定時/計數器開始計數;當TR清0,停止計數。在定時1s里，計數器計的脈沖數就是頻率數，但是由于1s超過了AT89C51的最大定時，因此我們采用50ms定時，在50ms的脈沖數乘以14就得到頻率數，再轉換為十進制數出即可。1.3 基本設計原理本設計原理是直接用十進制數字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對方波的頻率進行自動的測量。單片機在采用了12MHz的晶體振蕩器，采用定時和計數相結合的方法，選用定時計數器TO作定時器，工作方式1產

3、生50ms的定時，再用軟件計數方式對它計數20次，就可得到一秒的定時，然后通過74HC4511譯碼器將顯示管驅動以顯示初測量結果。2. 硬件系統設計2.1 系統硬件的構成本頻率計的數據采集系統主要元器件是單片機AT89C51，由它完成對待測信號頻率的計數和結果顯示等功能，外部還要有分頻器、顯示器等器件。可分為以下五個模塊：晶振電路、復位電路、譯碼轉換、單片機系統、數碼顯示模塊。各模塊關系圖如圖1所示。圖1 系統組成框圖2.2 系統硬件各模塊簡介2.2.1 晶振電路和復位電路XTAL1與XTAL2管腳接兩個22pF電容和12MHz晶振構成時鐘電路。RST管腳接10k電阻，20F電容上電復位電路。

4、2.2.2 AT89C51單片機本設計采用的是AT89C51單片機，它提供下列標準特征：4K字節的程序存儲器，128字節的RAM,32條I/O線，2個16位定時器/計數器,一個5中斷源兩個優先級的中斷結構，一個雙工的串行口,片上震蕩器和時鐘電路。 設計中主要用到P2端口與74HC4511譯碼器連接輸出待顯示的個位與十位的數據，P1端口與74HC4511譯碼器連接輸出頻率計的百位和千位，P3端口連接信號輸入電路。P3是一帶有部上拉電阻的8位雙向的I/O端口，它的輸出緩沖能驅動4個TTL邏輯門電路。當向P3口寫1時，通過部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為部存在上拉電阻

5、，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（IIL）。2.2.3 譯碼顯示74HC4511譯碼器是4線七段譯碼驅動器，在設計中用它來譯碼并且驅動數碼顯示管來顯示數值，共需要4個74HC4511和4個七段顯示數碼管。89C51單片機P2端口與74HC4511譯碼器連接輸出待顯示的個位與十位的值，P1端口與74HC4511譯碼器連接輸出頻率計的百位和千位的值。2.2.4 系統硬件電路圖圖2 系統硬件電路圖3 設計過程3.1 程序流程圖圖3 程序流程圖3.2 初始化程序部分采用12MHz的晶體振蕩器的情況下，一秒的定時已超過了定時器可提供的最大定時值。為了實現一秒的定時，采用定時和計數相結合的方法實現。選

6、用定時計數器TO作定時器，工作于方式1產生50ms的定時，再用軟件計數方式對它計數20次，就可得到一秒的定時。將定時器計數器的方式寄存器TMOD，用軟件賦初值51H，即01010001B。這時定時器計數器1采用工作方式1，方式選擇位CT設為1，即設T1為16位計數器。定時器計數器O采用工作方式1，CT設為0，即設TO為16位定時器。,所以T0的初始值為3CB0H。以下為程序代碼。ORG 0000HAJMP STARTORG 0600HSTART: MOV TMOD ,#51HMOV TH0 ,#3CHMOV TL0 ,#0B0HMOV IE ,#82HMOV TH1 , #00HMOV TL1

7、 , #00HSETB TR0SETB TR13.3 頻率計算由于定時50ms，采用4位顯示，最大顯示頻率是9999，因此50ms里最大計數為500，否則顯示不準確，500的十六進制為01F4H,當計數器的高八位大于01時，計數值大于500超過最大顯示，即直接顯示9999，當高八位等于01時，在判斷第四位TL1與F4H的大小，大于或等于也直接顯示頻率9999，小于時在進行十進制轉換，當高八位小于01時，在跳轉到十六進制轉換到十進制的程序中，再顯示出來。最后將十六進制數轉換為十進制數。以下為程序代碼：LOOP:SJMP $ ；等待中斷ORG 000BH ；入口地址AJMP BTR0 ORG 00

8、80HBTR0:CLR TR1 ；停計數CLR TR0MOV A,TH1CJNE A,#01H,NEXT1 ；判斷TH1的計數是否大于01H，（500十六進制為01F4H）SJMP NEXT2NEXT1:JC BEGINJNC NEXT4NEXT2:MOV A,TL1CJNE A,#0F4H,NEXT3 ；等于則比較TL1的計數值和#0F4的大小SJMP NEXT4NEXT3:JC BEGINJNC NEXT4NEXT4:MOV A,#99H ；大于01F4H則輸出9999MOV P1,A MOV P2,A4.仿真調試4.1 仿真結果本次仿真是在Proteus平臺上進行，仿真電路如下：圖4 方

9、波頻率為10kHz顯示結果圖5 方波頻率為800Hz顯示結果4.2仿真結果分析本實驗采用兩個分別為10kHz，800Hz的信號源來驗證所設計的頻率計的準確性，分別模擬量程圍09999Hz外和量程圍09999Hz的顯示結果。當開關打在10kHz時，數碼管顯示9999，與預期符合，當開關打在800Hz的信號源上時，顯示800也符合。總結5.1 設計小結該頻率計設計，實現了測被測信號的頻率，周期和脈寬的功能。在調測的過程中發現測量頻率時，檔位在1Hz9999Hz，最終得到的結果的符合預期要求，測量結果在誤差允許圍之。5.2 心得體會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

10、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。通過這次課程設計，不但加深我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，而且較系統的掌握單片機應用系統的開發過程，因而自身的綜合素質有了全面的提高 。在本次課程設計中，發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，比如在硬件仿真時，由于對數電、模電的知識掌握得不夠牢固，導致仿真結果一直不能實

11、現，還有在進行編程的時候對單片機的寄存器、接口電路等不夠了解，也遇到了很多問題，但最終通過查資料、同學的幫助解決了這些問題。同時也熟練掌握了proteus、keil這兩個軟件，提高了自己的動手能力。參考文獻1胡漢才.單片機原理與其接口技術清華大學，1996.2胡漢才.單片機原理與系統設計.清華大學，2002.3朝青.單片機原理與接口技術.航空航天大學，1994.4徐惠民，安德寧.單片微型計算機原理、接口、應用.郵電大學，1990.5友德，志英，涂時亮.單片微型機原理、應用與實驗.復旦大學，1992.6proteus幫助文檔.7keil幫助文檔.8高海生，文煥.單片機應用技術大全.西南交通大學，

12、1996.9E.A.Nichols，J.C.Nichols，K.R.Musson.微型計算機數據通信，1989.10徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設計.航空航天大學，1999.附錄程序清單AJMP STARTORG 0600HSTART:MOV TMOD,#51H ；送方式字MOV TH0,#3CH ；T0賦初值MOV TL0,#0B0HMOV IE,#82H ；開T0中斷MOV TH1,#00H ；T1清零MOV TL1,#00HSETB TR0 ；開始計數SETB TR1 LOOP:SJMP $ ；等待中斷ORG 000BH ；入口地址AJMP BTR0ORG 0080HBTR0:CLR

13、 TR1 ；停計數CLR TR0MOV A,TH1CJNE A,#01H,NEXT1 ；判斷TH1的計數是否大于01H，（500十六進制為01F4H）SJMP NEXT2NEXT1:JC BEGINJNC NEXT4NEXT2:MOV A,TL1CJNE A,#0F4H,NEXT3 ；等于則比較TL1的計數值和#0F4的大小SJMP NEXT4NEXT3:JC BEGINJNC NEXT4NEXT4:MOV A,#99H ；大于01F4H則輸出9999MOV P1,A MOV P2,ALJMP LAST ；長轉移BEGIN:MOV A ,TL1；小于01F4H則轉換為十進制，以下程序為十進制轉

14、換MOV B,#14HMUL ABMOV R2,BMOV B,#10HDIV ABMOV R0,AMOV R1,BMOV A,TH1MOV B,#14HMUL ABADD A,R2MOV B,#10HDIV ABMOV R2,BMOV R7,AMOV B,#06HMUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV 40H,AMOV 41H,BMOV B,#06HMOV A,R0MUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV R3,AMOV R4,BMOV A,R2MOV B,#06HMUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV R5,AMOV R6,BMOV A,R1ADD A,R4ADD A,R6ADD A,41HMOV B,#0AHDIV ABMOV R1,BADD A,R0ADD A,R3ADD A,R5MOV R0,AMOV A,R2MOV B,#05HMUL ABADD A,R0MOV R0,AMOV A,R7MOV B,#09HMUL ABMOV B,#0AHDIV ABMOV 42H,AMOV A,BADD A,R0ADD A,40HMOV B,#0AHDIV ABMOV R0,BMOV R3,AMOV A,R2MOV B,#02HMUL ABADD A,R3ADD A,42HMOV B,#0AH