频率计设计思路

总体：先用测频法测得一个数据,然后判断F<100HZ ? ，否就送数码管显示，是就转用测周法再次测量，然后显示。

测频法：Fx=N/T , T 为定时时间，N 为T 时间内统计的脉冲个数。

编程：定一个时间，在设定时间内统计被测信号的脉冲个数，时间到，取出N->N/T。

测周法：Fx=1/Tx ,Tx=N*Tc , 12M晶振时，机器周期Tc=0.000001s 。

编程：在一个被测周期内，统计系统时钟的个数N，然后*0.000001s 就是Tx，再倒数就是被测频率值。外部中断INT0或INT1 设置成下降沿中断,两个下沿之间就是一个Tx ; 或者两个计数器计数模式溢出中断中断之间也是一个Tx 。一个Tx后取出计数器里面的值N , N*0.000001s->Tx 。

（思路仅供参考！）

定时器T0，T1工作模式：

定时模式时，计数器对系统时钟计数，每一个机器周期，计数器加1，直到记满溢出。计数模式时，计数器对来自外部P3.4( T0 ) , P3.5( T1 )的脉冲计数，每来一个下降沿，计数器加1，直到记满溢出。（这些课本里都有的）

可以参考人家的思路：

/***************************************************************************

标题：51频率计

说明：通过对信号在1s内的脉冲计数值求得频率，并通过数码管显示结果

工作于：L Y5A-L2A开发板

作者：YangTing

日期：2012年4月9日

备注：使用12M晶振，频率量程<10000Hz

******************************************************************************/

TIMER_H EQU 46H ;定时器高位字节单元

TIMER_L EQU 47H ;定时器低位字节单元

TIMCOUNT EQU 48H ;时间中断数

INT_H EQU 45H ;T1计数缓冲单元高地址

INT_L EQU 44H ;T1计数缓冲单元低地址

;脚功能定义

SMG_q EQU P1.0 ;定义数码管阳级控制脚，千位

SMG_b EQU P1.1 ;定义数码管阳级控制脚，百位

SMG_s EQU P1.2 ;定义数码管阳级控制脚，十位

SMG_g EQU P1.3 ;定义数码管阳级控制脚，个位

;数据存放

ORG 0100H

TABLE: DB 0C0h,0F9H,0A4H,0b0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H

;共阳数码管0-9

ORG 0000H

LJMP START

ORG 000BH

JMP T0_interrupt

ORG 0200H

;-------------------------------------------------------------

;主程序

;-------------------------------------------------------------

START: LCALL PRO_init

LCALL TIM_set

LOOP:

MOV R0,INT_H

MOV R1,INT_L

LCALL HEX2BCD

MOV A,R4

MOV B,#16

DIV AB ;除以16，目的是分离出高、低四位

MOV R1,A ;存放十位

MOV R0,B ;存放个位

MOV A,R2

MOV A,R3

MOV B,#16

DIV AB

MOV R3,A ;存放千位

MOV R2,B ;存放百位

LCALL DISPLAY

JMP LOOP

;---------------------------------------------------------

;初始化程序

;---------------------------------------------------------

PRO_init:

MOV A,#00H

MOV B,#00H

MOV P0,#0FFH

MOV P1,#0FFH

MOV P2,#0FFH

MOV INT_H,#00H

MOV INT_L,#00H

MOV TIMCOUNT,#00H

MOV TIMER_H,#3CH ;定时50 MS

MOV TIMER_L,#0B0H

SETB P3.5 ;P3.5端口（T1）置输入状态

RET

;--------------------------------------------------------

;定时/计数器设置

;T0,T1均工作于方式1，T0用于定时，T1用于脉冲计数

;--------------------------------------------------------

TIM_set:

MOV TMOD,#0D1H ;T0,T1模式设置

MOV TH0,TIMER_H ;设置定时初值高位

MOV TL0,TIMER_L ;设置定时初值低位

MOV TH1,#00H ;清T1计数器

MOV TL1,#00H

MOV IE,#82H ;开总中断，开T0中断

SETB TR1 ;计数器T1开始工作

SETB TR0 ;定时器T0开始工作

RET

;-------------------------------------------------------

;十六进制数转十进制

;-------------------------------------------------------

HEX2BCD:

CLR A

MOV R2,A ;先清零

MOV R3,A

MOV R4,A

MOV R5,#16 ;共转换十六位数

ELOOP:

CLR C

MOV A,R1 ;从待转换数的高端移出一位到Cy

RLC A

MOV R1,A

MOV A,R0

RLC A

MOV R0,A

MOV A,R4 ;送到BCD码的低端

ADDC A,R4 ;带进位加。自身相加，相当于左移一位

DA A ;十进制调整，变成BCD码

MOV R4,A

MOV A,R3

ADDC A,R3

DA A

MOV R3,A

MOV A,R2

ADDC A,R2

MOV R2,A

DJNZ R5,ELOOP ;共转换十六位数

RET

;-------------------------------------------------------

;定时器0中断服务程序

;-------------------------------------------------------

T0_interrupt:

CLR TR0 ;关闭T0

MOV TL0,TIMER_L ;重新赋初值

MOV TH0,TIMER_H

INC TIMCOUNT ;定时1S，时间单位

MOV A,TIMCOUNT ;查看数量值

CJNE A,#20,T_END ;如果没有到1S返回

CLR TR1 ;关闭T1

MOV TIMCOUNT,#00H ;到1S则清零

MOV INT_L,TL1 ;取出计数值

MOV INT_H,TH1

MOV TH1,#00H ;清空T1数据

MOV TL1,#00H

SETB TR1 ;重启T1

T_END:

SETB TR0 ;重启T0

RETI

;-------------------------------------------------------

;数码管显示子程序

;-------------------------------------------------------

DISPLAY:

MOV DPTR,#TABLE

MOV A,R3

CLR SMG_q ;千位数码管

MOVC A,@A+DPTR

MOV P0,A

LCALL DELAY

MOV P0,#0FFH

SETB SMG_q

MOV A,R2

CLR SMG_b ;百位数码管

MOVC A,@A+DPTR

MOV P0,A

LCALL DELAY

MOV P0,#0FFH

SETB SMG_b

MOV A,R1

CLR SMG_s ;十位数码管

MOVC A,@A+DPTR

MOV P0,A

LCALL DELAY

MOV P0,#0FFH

SETB SMG_s

MOV A,R0

CLR SMG_g ;个位数码管

MOVC A,@A+DPTR

MOV P0,A

LCALL DELAY

MOV P0,#0FFH

SETB SMG_g

RET

;-------------------------------------------------------

;延时子程序

;-------------------------------------------------------

DELAY: MOV R7,#10

DJNZ R7,$

RET

END

程序设计内容

（1）．定时/计数器T0和T1的工作方式设置，由图可知，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f OSC/24，

由于f OSC＝12MHz，因此：T0的最大计数频率为250KHz。对于频率的概念就是

在一秒只数脉冲的个数，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。

#include

unsigned char code dispbit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,

0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};

unsigned char dispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,10,10};

unsigned char temp[8];

unsigned char dispcount;

unsigned char T0count;

unsigned char timecount;

bit flag;

unsigned long x;

void main(void)

{

unsigned char i;

TMOD=0x15;

TH0=0;

TL0=0;

TH1=(65536-4000)/256;

TL1=(65536-4000)%256;

TR1=1;

TR0=1;

ET0=1;

ET1=1;

EA=1;

while(1)

{

if(flag==1)

{

flag=0;

x=T0count*65536+TH0*256+TL0;

for(i=0;i<8;i++)

{

temp[i]=0;

}

i=0;

while(x/10)

{

temp[i]=x%10;

x=x/10;

i++;

}

temp[i]=x;

for(i=0;i<6;i++)

{

dispbuf[i]=temp[i];

}

timecount=0;

T0count=0;

TH0=0;

TL0=0;

TR0=1;

}

}

}

void t0(void) interrupt 1 using 0

{

T0count++;

}

void t1(void) interrupt 3 using 0

{

TH1=(65536-4000)/256;

TL1=(65536-4000)%256;

timecount++;

if(timecount==250)

{

TR0=0;

timecount=0;

flag=1;

}

P0=dispcode[dispbuf[dispcount]];

P2=dispbit[dispcount];

dispcount++;

if(dispcount==8)

{

dispcount=0;

}

}

基于51单片机的数字频率计

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题目：基于51单片机的数字频率计专业：计算机科学与技术（专升本）班级：

题

ONT>目：基于51单片机的数字频率计

专业：计算机科学与技术（专升本）

班级：056计算机科学与技术

姓名：蔡永学号：05191131

指导老师：余水宝

成绩：

( 2006.6 )

目录

第1节引言 (2)

1.1 数字频率计概

述 (2)

1.2 频率测量仪的设计思路与频率的计

算 (2)

1.3 基本设计原

理 (3)

第2节数字频率计（低频）的硬件结构设计 (4)

2.1系统硬件的构成 (4)

2.2系统工作原理图 (4)

2.3AT89C st1:chmetcnv>51单片机及其引脚说明 (5)

2.4信号调理及放大整形模块 (7)

2.5时基信号产生电路 (7)

2.6显示模块 (8)

第3节软件设计 (12)

3.1 定时计数 (12)

3.2 量程转换 (12)

3.3 BCD转换 (12)

3.4 LCD显示 (12)

第4节结束语 (13)

参考文献 (14)

附录汇编源程序代码 (15)

基于51单片机的数字频率计数理与信息工程学院计算机专升本056班蔡永

指导老师 余水宝

第1节 引言

本 应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常 生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问 题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实 的基础。

1.1数字频率计概述

数 字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦 信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直 观，经常要用到频率计。

本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602A LCD 显示器动态显示6位数。测量范围从1Hz —10kHz 的正弦波、方波、三角波，时基宽度为1us,10us,100us,1ms 。用单片机实现自动测量功能。

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算

1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算

频率测量仪的设计思路主要是：对信号分频，

测量一个或几个被测量信号周期中已知标

准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频率的大小，其原理如右图1所示。

若被测量信号的周期为，分频数m1，分频后信号的周期为T，则：T=m1T x。由图可知：T=NT o （注：T o为标准信号的周期，所以T为分频后信号的周期，则可以算出被测量信号的频率f。）由于单片机系统的标准频率比较稳定，而是系统标准信号频率的误差，通常情况下很小；而系统的量化误差小于1，所以由式T=NT o可知，频率测量的误差主要取决于N值的大小，N 值越大，误差越小，测量的精度越高。

1.3基本设计原理

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率f x。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。

第2节数字频率计（低频）的硬件结构设计

2.1系统硬件的构成

本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89C51，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。可分为以下几个模块：放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、LCD显示模块。各模块关系图如图2所示：

2.2系统工作原理图

该系统工作的总原理图如图3所示：

图3 数字频率计系统工作原理图

2.3 AT89C51单片机及其引脚说明

89C51是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器，它提供下列标准特征：4K字节的程序存储器，128字节的RAM,32条I/O线，2个16位定时器/计数器, 一个5中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口, 片上震荡器和时钟电路。

引脚说明：

·V CC：电源电压

·GND:地

·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。

当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。

在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。

在EPROM编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。程序校验时

需要外接上拉电阻。

·P1 口：P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作

为输入端使用。当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时

会输出一个低电流（I IL）。

·P2口：P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P2口的输出缓冲能驱动4个TTL 逻辑门电路。当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。

作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（I IL）。

P2 口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX ＠DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX ＠R1）,P2口输出特殊功能寄存器

的内容。

当EPROM编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。

·P3口：P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P3口的输出缓冲能驱动4个TTL 逻辑门电路。当向P3口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。

作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（I IL）。

P3口同时具有AT89C51的多种特殊功能，具体如下表1所示: dd ing=0

第二功能

border=1> 端

口引脚

P3.0 RXD (串行输入口)

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 (外部中断0)

P3.3 （外部中断1）

P3.4 T0（定时器0）

P3.5 T1（定时器1）

P3.6 （外部数据存储器写选通）

P3.7 （外部数据存储器都选通）

表1 P3口的第二功能

·RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复

位。

·ALE/:当访问外部存储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁存地址的低8位字节。当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出（）。

一般情况下，ALE是以晶振频率的1/6输出，可以用作外部时钟或定时目的。但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

·：程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号。当A T89C52执行外部程序存储器的指令时，每个机器周期两次有效，除了当访问外部数据存储器时，将跳

过两个信号。

·/V PP:外部访问允许。为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从0000H到FFFH 单元的指令，必须同GND相连接。需要主要的是，如果加密位1被编程，复位时EA端

会自动内部锁存。

当执行内部编程指令时，应该接到V CC端。

·XTAL1：振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。

·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。

在本次设计中，采用89C51作为CPU处理器，充分利用其硬件资源，结合D触发器CD4013，分频器CD4060，模拟转换开关CD4051，计数器74LS90等数字处理芯片，主要控制两大硬件模块，量程切换以及显示模块。下面还将详细说明。

2.4信号调理及放大整形模块

放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。它将正弦输入信号Vx 整形成同频率方波V o,幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以避免波形失真。由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。同相输入的运算放大器的放大倍数为（R1+R2）/R1，改变R1的大小可以改变放大倍数。系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到闸门以便计数。

由于输入的信号幅度是不确定、可能很大也有可能很小，这样对于输入信号的测量就不方便了，过大可能会把器件烧毁，过小可能器件检测不到，所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、放大限幅和整形，信号调理部分电路具体实现电路原理

图和参数如下图4所示：

2.5时基信号产生电路：

CD4013------双上升沿D触发器，引脚及功能见如下图5：

CD4013 由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据置位复位时钟输入和Q及Q非输出。此器件可用作移位寄存器，且通过将Q非输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D 输入端的逻辑电平传送到Q输出端。

置位和复位或复位线上的高电平完成。

图5 CD4013芯片引脚用功能图

CD4060------14位二进制串行计数器，引脚及功能见如下图6：CD4060 由一震荡器和14极二进制串行计数器位组成，震荡器的结构可以是RC或晶振电路。CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器CP1非（和CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对

时钟上升和下降时间无限制。

时基信号的产生原理：

本电路采用32768HZ晶体震荡器，利用CD4060芯片经过14级分频得到2HZ的信号（32768/214），在经过CD4013双D触发器经过二分频得到0.5HZ的方波，即输出秒脉冲信

号使单片机进行计数。

图七秒脉冲产生电路原理图

2.6 显示模块

1602基本技术：

1）、主要功能

A、40通道点阵LCD 驱动;

B、可选择当作行驱动或列驱动;

C、输入/输出信号:输出,能产生20×2个LCD驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据

和控制信号,偏压(V1∽V6);

D、通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。

2）、技术参数

2.1）极限参数表

名称符号标准值单位

MIN TYPE MAX 电路电源VDD - VSS -0.3 7.0 V LCD驱动电压VDD - VEE VDD - 13.5 VDD + 0.3 V 输入电压VIN -0.3 VDD + 0.3 V 静电电压- - 100 V 工作温度-20 +70 °C 储存温度-30 +80 °C

2.2）电参数表

名称符号测试条件标准值单位

MIN TYPE MAX

输入高电平VIH - 2.2 VDD V 输入低电平VIL - -0.3 0.6 V 输出高电平VOH IOH = 0.2mA 2.4 - V 输出低电平VOL IOL = 1.2mA - 0.4 V 工作电流IDD VDD = 5.0V 2.0 mA

液晶驱动电压VDD-

VEE

Ta = 0°C 4.9

V Ta = 25°C 4.7

Ta = 50°C 4.5

3）、时序特性表

项目符号测试

条件

标准值单位MIN TYPE MAX

允许时间周期TCYCE

5.1a

5.1b 1000 ns

允许脉冲宽度,高电平PWEH 450 -- -- ns 允许上升和下降时间tEr tEf -- -- 25 ns 地址建立时间tAS 140 -- -- ns 数据延迟时间tDDR -- -- 320 ns 数据建立时间tDSW 195 -- -- ns

数据保持时间tH 10 -- -- ns DATA HOLD TIME tDHR 20 -- -- ns 地址保持时间tAH 10 -- -- ns

4）、引脚和指令功能

4.1）模块引脚功能表

引线号符号名称功能

1 Vss 接地0V

2 VDD 电路电源5V±10%

3 VEE 液晶驱动电压保证VDD-VEE=4.5∽5V电压差

4 RS 寄存器选择信号H:数据寄存器L:指令寄存器

5 R/W 读/写信号H:读L:写

6 E 片选信号下降沿触发,锁存数据

7 | 14

DB0

|

DB7

数据线数据传输

4.2）寄存器选择功能表

RS R/W 操作

0 0 指令寄存器(IR)写入

0 1 忙标志和地址计数器读出

1 0 数据寄存器(DR)写入1 1 数据寄存器读出

（注:忙标志为"1"时,表明正在进行内部操作,此时不能输入指令或数据,要等内部操作结束,

即忙标志为"0"时。）

4.3）指令功能

格式:RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 共11种指令:清除,返回,输入方式设置,显示开关,控制,移位,功能设置,CGRAM地址设

置,DDRAM地址设置,读忙标志,写数据到CG/DDRAM,读数据由CG/DDRAM。

5）、显示位与DD RAM 地址的对应关系

显示位序号 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 (67)

6）、初始化方法

用户所编的显示程序,开始必须进行初始化,否则模块无法正常显示,下面介绍两种初始

化方法;