1、畢 業 設 計題 目： 基于51單片機的簡易頻率計設計 專 業： 班 級： 姓 名： 學號： 指導老師： 目 錄第1節 引言 21.1 頻率計概述21.2 頻率度量儀的設計思路與頻率的計算21.3 基本設計原理3第2節 頻率計（低頻）的硬件結構設計4 2.1系統硬件的構成42.2系統工作原理圖42.3AT89C51單片機及其引腳說明 52.4信號調理及放大整形模塊72.5時基信號產生電路72.6顯示模塊8第3節 軟件設計123.1 定時計數 123.2 量程轉換 123.3 BCD轉換123.4 LCD顯示12第4節 結束語 13參考文獻 14 摘 要我的這個畢業作品簡易頻率計開發目的是要把上

2、課中學到的專業知識與一些實踐，提高我自己的能力水平。用這些方法讓我自己有更好的思維邏輯，可以做出更好的設計，活學活用把知識變成現實。在我的畢業設計中通過自己的發覺、老師的幫助、同學之間的討論，最后要通過科學的方法來排除設計過程中的坎坷，提高自己能夠快速判斷問題故障、排除問題、修復問題，積累各方面的開發設計系統的經驗，充分發揮出教學與實踐的結合。全面提高自身對系統開發的綜合能力，開拓設計思維，為今后能在相應工作崗位上的工作打下了堅實的基礎。關鍵字：單片機、開發、開拓思維 AbstractMy graduate work that the aim is to develop secondary s

3、chool knowledge, as well as read the relevant literature to strengthen the capacity of my own self. I have a guide through the efforts of innovative thinking ideas, the classroom teacher to impart knowledge to our daily lives. Design aspects of my work, the continuous learning, thinking and interact

4、ive discussion between the students learn from each other, analyze problems using scientific methods to solve the difficulties encountered, master SCM system design and development related to the production process, allow yourself to understand that for treatment of common problems, the accumulation

5、 of experience in all aspects of the development and design of the system, give full play to the combination of teaching and practice. Comprehensively improve their overall capacity of the system development, development of design thinking for the future work on the corresponding work has laid a sol

6、id foundation.Keywords: SCM, development, pioneering thinking第一章1.1 頻率計敘述頻率計是電腦、移動通訊方面、通話視頻傳輸還有科技高端領域都不能少的儀器。算是一種通過10進制數來顯示被測信號頻率的數字度量儀器。最根本的功能也是偵測正炫信號，方波信號還有另外單位時間內變化的物理量。在操作模擬、與數字電路的調試設計方面，用十進制來表示，監測迅速，精準度度高，表現直觀，自然要用到頻率計。 設計主機里面定時是非常重要的，所以計數的方法度量頻率，選用一個1602A LCD顯示器隨時顯示6位數。度量范圍從1Hz10kHz的三種波，寬度確定在1

7、us,10us,100us,1ms。還要讓單片機實現自動監測功能。只要明白這個道理，這個問題很容易理解的，就是直接用十進制數字顯示被測信號頻率的一種監測裝置。它以度量周期的方法對三種波的頻率進行自動的度量。1.2 設計思路與頻率的計算我的這個設計思路就是以下：對信號采取分頻，監測一個或幾個被度量信號時間中已經確定標準頻率信號的時間個數，進而度量出這個信號頻率的大小，其原理如右要是被度量信號的時間為，分頻數m1，分頻后信號的周期為T，則：T=m1Tx 。由圖可以知道： T=NTo 因為單片機系統的相關頻率很穩定，造成系統相關信號頻率出現差異，這樣的幾率非常低；而系統的量化誤差小于1，因此由式T=

8、NTo可以知道，頻率度量的誤差就是要看N值的大小，N值越大，誤差越小，最終得到的精度越高。1.3 設計原理其實原理就是使用十進制數字表示出被測信號頻率的一種方式。它以度量周期的方法對三鐘波進行自動的判斷與度量。俗稱的頻率其實也可以說成周期性信號在單位時間一秒內變化的次數。要是在一段時間間隔T內測出的這個時間段性信號的重復發生變化次數N，則它頻率可表示為f=N/T。當中的脈沖形成電路的作用就是把被測信號轉換成脈沖信號，它重復頻率等于被測頻率fx一段時間內信號發生器提供標準的時間脈沖信號，要是時間段是一秒，那么門控電路的輸出持久時間亦準確地等于一秒中。閘門電路是讓標準秒信號來操控的，等到秒信號過來

9、的時候，閘門放開，被監測的脈沖信號通過閘門傳送到計數譯碼表示出電路。秒信號結束后閘門封閉，計數器也重中斷了計數。因為計數器獲取的脈沖數N是在一秒時間內的疊加的，自然被測頻率就會是fx=NHz。1.4 研究的現狀及其意義單片機技術早在上個世紀就被廣泛的運用到家電企業和智能儀表等等領域中去了。隨著時代的進步社會的快速發展，人們對于各種設備的要求也越來越高，單片機頻率計技術對于頻率技術會有更高的精度，因此在未來，可以被大量的用于測量設備之中。而信號與系統這本課程對于單片機的開發是十分重要的，它是一門理論與實踐相結合且實用性較強,它常常被用于一些十分高難度的研發之中，也是這類專業許多后續課程的重要理論

10、基礎，還是該類專業碩士研究生入學考試的必考科目。要這門課著重在各類域的分析以及系統函數和狀態變量分析上。較好的掌握該課程的理論和物理意義顯得很吃力。長期以來，該課程一直處于“教學難，學生不知道如何學才能學好”的尷尬局面，而且許多信號理論分析結果缺乏可視化的直觀表現，嚴重制約和影響了教學效果。導致學生只能抽象的理解和想象，學起來比較困惑，只能將這些理論知識死記硬背，很難將課程的知識融會貫通。因此，本次畢業設計基于MATLAB GUI設計了一個人機操作互動界面，搭建信號處理虛擬仿真實驗平臺。并且可以在課堂中進行實時操作演示，讓學生能夠輕松地學習信號與系統這門課程，深刻的理解信號處理理論，也方便教師

11、教學授課，在課堂中能夠調動課堂氣氛，起到互動作用。1.2研究目標、研究內容和擬解決的關鍵問題信息工程專業很多專業課程對數學基礎要求較高，數學變換推導較復雜，在實際教學過程中，由于實驗所需設備價格較高，實驗投入成本過高，實驗難度較大，許多院校由于不具備實驗條件，從而放棄開設實驗輔助課程，直接影響教學效果。因此，本課題利用MATLAB GUI語言圖形用戶界面，設計開發一個人機互動界面程序，建立信號處理分析虛擬學習平臺。這個平臺可以實現信號運算和各種域仿真等功能。該平臺使用方便，操作簡單，還附有操作幫助說明，能夠幫助用戶使用和操作。這樣不僅可以降低學校教學實驗成本，還能激發學生學習該課程的興趣。讓學

12、生能夠深刻的理解信號處理理論，在課堂中能夠調動課堂氣氛，起到互動作用。即可以促進教學，又能提高教學效果。第二章2.1 硬件的組成 我的這個頻率計的數據抓取系統核心元器件是單片機，讓它來實現對將測信號頻率的計數和參數表現等功能，外面必須使用分頻器、顯示器這些相關配件，如下圖所示，被測信號到放大整形，而后是倍頻鎖相連通至單片機，時基電路也可以連通到單片機，最終將結果顯示出來。 圖2 頻率計功能模塊2.2 系統工作原理圖 該系統工作的總原理圖如下圖：圖3 頻率計工作遠離狀態圖2.3 單片機和引腳解答根據上面介紹的理論知識，本文基于MATLAB GUI設計一個人機互動的信號處理仿真系統，對信號進行處理

13、和仿真。本設計主要使用了MATLAB GUI的操作控件分別是Push Button、Static Text、Edit Text、Axes、Pop-up Menu。1）Static Text：靜態文本框控件，主要用來創建靜態文本，用于顯示文本字符串，通常用于顯示標題、標簽、用戶信息和當前值。用戶不能對顯示的文本進行修改和編輯。2）Axes：坐標軸控件，它能夠在GUI中顯示圖像和信號波形。3）Pop-up Menu：下拉式選擇控件，產生下拉式菜單。用戶可以從下拉式菜單的多個選項中選擇一個選項。當關閉菜單選擇時，將會成為一個包含用戶選擇項的矩形或按鈕，位于一定的矩形區域內。有些菜單項可能還有其他子菜

14、單選項，同樣的方式可以用鼠標完成選擇過程。4）Push Button：按鈕創建對象，在按鈕上通常可以設置顯示文本標簽。當用戶在按鈕上點擊鼠標時，可以使按鈕的回調函數來執行某個操作，而不能用于屬性或狀態的選擇。按鈕按下后可以恢復原來的彈起狀態。5）Edit Text ：創建可編輯的文本，用戶可以動態地修改或替換文本框中的內容。對于對象為文本框的，用戶可以在屬性中設置單行或者多行文本輸入屬性。如果設置單行文本輸入，那么用戶只能輸入一行文本，鍵入回車后表明輸入結束；如果設置多行文本輸入，那么用戶可以輸入多行文本，換行時需要Ctrl和Enter鍵一同使用。以上所述控件如果拉到了GUI控制面板中,都可以

15、雙擊該控件進行屬性修改。具體如下表1所示:表1 P3口的第二功能·RST:復位輸入。這個時振蕩器開發發揮作用。·ALE/:這時觀察外部的存儲時，用 已經存在的地址低8字節。只用要是用flash來編程的時候還可以有用（）。通常，ALE是用晶振頻率的六分之一輸出，可用用在很多方面。是用于地址存鎖，在51單片機的運用中，ALE信號是用于區分開區分開低8位的地址和數據。但值得注意的是一旦遇到外部數據庫時，會有一個ALE脈沖將被跳過。·指的是外部程序存儲器選通信號，可以幫助讀取外部ROM單元。但僅僅是讀取外部ROM，并且每個周期會動作兩次。其功能還可以操作8個LS型的TTL

16、輸入。·/VPP: 指的是輸入信號,指的是外部存儲地址允許接入。單片機會隨著EA接入點的不同而促發不同的動作。如果想要單片機訪問內部程序存儲器，那么EA就必須接高電平。在EA接地的情況下，單片機可以接收外部存儲器的指令。而VPP引腳則是并行編程時必須的。因此EA的接入設置對你選擇片內程序或是片外程序有一定的影響，是可以控制的。在51單片機設計過程中，所用設備為89C51單片機。由于具有很高的靈活性且成本也低而被廣泛應用。但相對的，也存在缺點。片內資源少，功耗大，數據處理速遞相對來說比較低。2.4 信號調理及放大整形模塊 信號調理是檢測電路的重要組成部分，是一種可以把當前的數據采集設備

17、進展成相對完整全面的數據采集系統。而放大整形模塊的作用是可以把待測信號調整。在調整之后變成計數器所要求的脈沖信號。可以為計數器所使用。因為輸入的信號幅度是不明確的、會出現一會大一會小的情況，這樣會照成輸入的信號度量變的不方便，大了會把設備燒掉，太小可能又會檢測不出來，那么在我做設計的過程里采用了這個信號調理電路對輸入的波形進行阻抗變換、放大限幅和整形，具體的過程可以看下圖4所示： 圖42.5 時基信號產生電路：CD4013-雙上升沿D觸發器 ，引腳及功能見如下圖5：CD4013 由兩個一樣的、而且是都獨立的觸發器合成的。并且兩個觸發器有獨立的數據置位復位時鐘輸入和 Q及Q非輸出。此器件還能應用

18、在移位寄存器，并且通過將Q非輸出連接到數據輸入，應用在計數器和觸發器之上。在時鐘上升沿觸發時，加在D 輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復位或復位線上的高電平完成。 圖5 CD4013芯片引腳用功能圖 CD4060-14位二進制串行計數器，引腳及功能見如下圖6： 振蕩器和14極二進制串口計數器組成了CD4060芯片。14極二進制串口主要是由Q4-Q14如下圖右側部分輸出，而振蕩器頻率為0.2Hz. 圖6 CD4060芯片引腳用功能圖時基信號的產生原理：時基具有極高的精確度，因此時基信號常常被用于頻率計的開發。時基信號利用晶體震蕩器獲取信號后通過觸發器得到最終的輸出結果，這就是單片機可以計數

19、的原理。 圖七 秒脈沖產生電路原理圖2.6 顯示模塊1602基本技術：1）、主要功能A、 40通道點陣LCD 驅動;B、 可選擇當作行驅動或列驅動;2）、技術參數2.1）極限參數表2.2） 電參數表3）、時序特性表4）、引腳和指令功能4.1）模塊引腳功能表4.2）寄存器選擇功能表（注:忙標志為"1"時,表明正在進行內部操作,此時不能輸入指令或數據,要等內部操作結束,即忙標志為"0"時。）4.3） 指令功能 格式:RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0共11種指令:清除,返回,輸入方式設置,顯示開關,控制,移位,功能設

20、置,CGRAM地址設置,DDRAM地址設置,讀忙標志,寫數據到CG/DDRAM,讀數據由CG/DDRAM。5）、顯示位與DD RAM 地址的對應關系 顯 示 位 序 號1 2 3 4 5 40 DD RAM 地 址(HEX)第 一 行00 01 02 03 04 . 27第 二 行40 41 42 43 44 . 676）、初始化方法用戶所編的顯示程序,開始必須進行初始化,否則模塊無法正常顯示,下面介紹兩種初始化方法;6.1利用內部復位電路進行初始化下面指令是在初始化過程中執行的。第3節 軟件設計1.定時讀數2.量程轉換3. BCD轉換4.LCD顯示的功能這時計數的方式是C/T=1的時候，定時

21、器還有外部的引腳就會連接，引腳的脈沖是由外部的引腳輸入的。只要外部的信號由一轉變為零的時候，計數器就會增加一，此時T0成為外部事件的計數器。因為確認一次1轉變成0要使用到24個震蕩器時間，根據以上的解釋可以看出計數器的頻率是51單片機內部頻率的二十四份之一。當CT=0的時候就是計數的方式，對計數器的操作是M2分頻，其實計數器的頻率只有單片機的1/m2.在這種現象下，INT0引腳的轉變對或門不會產生任何效果的。TRO=1的時候就會接通控制的開關，計數脈就會增加到計數器之上，只增加一個脈沖，計數器也隨之增加一，只有當TRO=0時，控制的開關會斷開，此時也停止了計數。當GATA=0時，若TRO=1，

22、或門、與門全部打開，外部信號電平通過INTO引腳直接控制定時器的啟動和關閉。輸人高電平時允許計數，否則停止計數。總結與展望總結本文使用MATLAB 2010B版本在Windows 7系統環境下基于MATLAB GUI設計開發出一個人機互動的信號處理仿真平臺。其功能主要包括信號的基本運算，LTI系統的描述，相應的求解，時域、頻域、復頻域的MATLAB仿真，Z域分析和Z域構造與重建。除此之外，還介紹了信號處理的理論知識及信號處理仿真平臺的設計過程和方法。在本次信號處理仿真平臺設計中，主要研究與收獲了：1、深入學習了MATLAB在信號分析處理中的應用以及相關的GUI界面設計。2、充分了解了MATLA

23、B軟件的使用和語法及MATLAB GUI的設計流程和方法。3、了解MATLAB不同版本之間的區別和懂得處理版本間的兼容性。4、懂得MATLAB GUI的模塊化設計與整合和美化。5、掌握了如何使用MATLAB軟件進行編寫程序代碼和調試程序對信號進行處理。6、使用MATLAB自帶的編譯器對主模塊進行編譯生成可執行的exe文件，使該平臺能夠脫離MATLAB軟件獨立運行，方便使用。展望經過這次的設計和編寫，系統基本開發完畢。我通過自己的積累和查閱了大量的專業書籍，也得到了一些專業人員及指導老師的指導和支持。在這次畢業設計的過程中我不僅了解了單片機的發展的歷史和單片機的發展空間，還對專業操作系統有所了解。在這次開發的過程中，我查閱和許多文獻。也對其作出了相對應的分析。在設計過程中出現了不少的問題，包括對單片機的設計的前景功能定義以及基本信息有一定的了解。 本系統從最傳統的設計模式來作為比較，還以當今最流行的單片機開發最為借鑒。雖然這次的系統并不是非常的完美，但是他比較完善，結合了所用的知識構建了一個基于51單片機的簡易頻率計設計。 致 謝轉眼即逝，大學生活進入尾聲，回想大學的生活收益頗多，在此之際向幫助、關心過我的老師和同學們表示由衷的感謝。首先，感謝恩師，為我的提供廣闊的自由空間和雄厚的經費支持，給予了我在生活上無微不