六位数显频率计数器

1、目录一、前言 1.1 课程设计任务1.2设计目的二、方案的提出与论证 2.1频率测量的原理和方法三、系统硬件设计3.1.1电源供电电路-3.1.2单片机时钟电路-3.1.3单片机复位电路3.1.4显示电路3.2 AT89C51单片机芯片的功能及其参数- 四、系统软件设计4.1软件流程图及编写程序4.2软件减小测量误差的办法五、实验总结附录一：参考文献一、前言1.1 课程设计任务 本课程设计主要任务是设计一个频率计数器，其主要功能如下：利用AT89C51单片机的T0、T1的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过6位动态数码管显示出来。要求能够对025KHZ的信号频率进行准确计数，计数误差不超过2HZ。1.2设计目的： A、熟悉和掌握51单片机的原理、结构和应用； B、用 PROTEL/ALTIUM DESIGNER进行电路的设计,进一步了解相关软件的功能以及设计的一些规则; C、熟悉用C语言进行程序设计的一般方法、步骤和应用； D、积极发扬团队精神和集体荣誉感，互相协作、互相帮助； E、熟悉电路的调试的接线方法和调试方法及其原理 F、锻炼自己的实践和动手能力，

2、为以后能更快的投入工作而做准备；二、方案提出与论证2.1频率测量原理与方法方案一：直接测频法。把被测频率信号经过脉冲形成电路后加到闸门的一个输入端，只有在闸门开通时间 1秒内，被计数的脉冲被送到计数器进行计数。设计数器的值为N，由频率定义式计算得到被测信号频率为fN/T=N。 方案二：测量周期法。将被测量信号经过过零检测后转换成方波信号，利用单片机查询两个下降沿，在此期间根据晶体振荡器产生的时钟经过12分频的脉冲送计数器进行计数，设计数值为N，送入计数器的时钟周期为T,则得被测量信号的周期值为NT，然后取其倒数即为被测量信号的频率(1/NT) 。 理论上分析：采用直接测频法在测量低频段信号时的相对测量误差较大，但在高频段测量信号的频率有较高的精度。如果采用测频法测量低频段频率信号，要想提高精确度，势必会大幅度增加闸门开通时间T，时效性较差。相反，采用测量信号周期然后取其倒数的方法在低频段测量时精度很高。但是本题目要求误差为2HZ，经过试验分析，加上必要的软件编程的措施，可以直接用高频的测法，在高频段，误差与示波器的显示频率基本一致，低频时，误差小于0.5HZ，满足题目的要求！我们都知道

3、，52单片机中断的进入都是需要一定的时间的，如果我们没有把这个考虑进去，直接进行软件的设计，误差达到了20HZ。不满足题目的要求！因而在编程的时候，把中断事件也考虑进去！这样可以使得误差减小！三、系统硬件设计3.1电路原理图总图3.1.1电源供电电路 供电部份接口设计用的是DIP2的插针，电路采用发光二极管检测电源是否已接通。3.1.2 单片机时钟电路如下图所示：如图所示是采用内部振荡方式使8052单片机产生时钟信号，在单片机芯片的X1和X2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个电容构成稳定的自激振荡电路，其中电容对振荡频率起微调作用。晶振频率为12MHZ。3.1.3单片机复位电路复位是单片机的初始化操作。其功能是使CPU从0000H单元开始执行程序。除了使系统正常初始化外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。如图为按键手动复位方式，通过复位端经电阻和电源+5V接通实现复位功能，兼备上电复位功能。3.1.4显示及驱动电路该系统采用两个四位 LED共阳极显示器动态显示6位数。共阳极数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极

4、为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。要使数码管正常发光一般都要加驱动电路，不加驱动电路是很暗的，共阳数码管驱动加于位选端。该数码管用S8850 PNP型三极管作为驱动电路，在基极加以分压限流电阻，以防止数码管因电流过大而烧坏。3 .2 AT89C51单片机芯片的功能及其参数 AT89S51是一个有40个引脚的芯片，引脚配置如图3所示。与8031相比，AT89C51自带4K的ROM和128B的RAM，因此编写中小型系统就无需任何硬件进行扩展。图3 AT89S51引脚配置AT89S51芯片的40个引脚功能为：VCC：电源电压。GND：接地。RST：复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡放大器的输出。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于

5、定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。P0口：8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：8位双向I/O口。引脚P

6、1.2P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1” 后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。P2口：带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：引脚P3.0P3.7为带内部上拉的双向I/0引脚。P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3口也可用作特殊功能口，

7、其功能见表1。P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。表3-1 P3口特殊功能 P3口引脚特殊功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）四、系统软件设计4.1软件流程图1 设计思路及原理单片机当工作方式寄存器TMOD的C/T位=1时为计数方式，多路开关与定时器0的外部引脚连通，外部计数脉冲由引脚输入。当外部信号由1至0跳变时，计数器加1，此时T0成为外部事件的计数器。由于确认一次由1至0的跳变要用24个振荡器周期，所以所设计计数器的最高计数频率为单片机时钟频率的1/24。1) 定时/计数器T0和T1的工作方式设置，T0是工作在计数状态下，对输入的频率信号进行计数，但对工作在计数状态下的T0，最大计数值为fOSC/24，由于fOSC12MHz，因此：T0的最大计数频率为250KHz。所以对于设计要求即测量范围为025KHZ是完全满足的。对于频率的概念就是在一秒只数脉冲的个数，

8、即为频率值。所以T1工作在定时状态下，每定时1秒中到，就停止T0的计数，而从T0的计数单元中读取计数的数值，然后进行数据处理。送到数码管显示出来2) T1工作在定时状态下，最大定时时间为65ms，达不到1秒的定时，所以采用定时50ms，共定时20次，即可完成1秒的定时功能。因此每次放入定时器1的初值为TH1=65536/256,TL1=65536%256.3) 工作方式的确定。首先，两个定时器都采用软件启动定时器，都工作在16位计数器状态，即方式1，所以TMOD的高四位和低四位的GATE=0，M1M0=01；定时器1用于定时，所以D6位=0，定时器0用于技术，所以D3位=1。所以TMOD=0x15.控制方式寄存器TCON的相应位在程序中确定。开始T0清零，T1赋初值，TR0=1,TR1=1,允许定时器中断ET0=1,ET1=1，EA=1。T0溢出中断或T1溢出中断Timecount=20？了吗？TR0=0，TR1=0；读一秒钟的计数次数（也就是频率）x=T0count*65536+TH0*256+TL0，处理数据temp0,temp1,temp2,temp3,temp4,temp5NY送数据到六位数码管显示结束软件流程图：设置变量T0count，temp等及字形码表及位选码表T0count+，th0,tl0=0T0溢出T1重新赋值NOT1溢出编写并调试好的程序如下：#include #include #define SEG P0#define SEG_w P2unsigned char code dispbit=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20; /数组对应6个数码管unsigned char code dispcode= 0xC0,/ 00xF9,/ 10xA4,/ 20xB0,/ 30x99,/ 40x92,/ 50x82,/ 60xF8,/ 70x80,/ 80x90,/ 9

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