基于单片机at89c51的等精度频率计的设计

基于单片机at89c51的等精度频率计的设计内容摘要：

一定规模的计算 机应用系统。 4. 可靠性高 因为芯片是按工业测控环境要求设计的 ,故抗干扰的能力优于 PC机。 系统软件 (如 :程序指令 ,常数 ,表格 )固化在 ROM 中 ,不易受病毒破坏。 许多信号的通道均在一个芯片内 ,故运作时系统稳定可靠。 频率的测量原理 频率的测量在电子设计和测量领域中经常用到，这使得对频率测量方法的研究在实际工程应用中具有重要的意义。 测量频率的方法目前主要有以下三种： 1) 测频法：原理为在给定的时间内，统计出被测信号脉冲的个数，即可以得到频率，此种方法适用于测量高频信号。 2) 测周期法：原理是测量信号的周期，再根据周期的倒数即 为信号的频率来测量，此方法适用于测量低频信号。 3) 多周期同步法 ：等精度频率计的设计便是基于此原理，这种方法适用于各种频率的信号。 等精度测量的实现原理 等精度测量 法 的一个最大特点是测量的实际门控时间不是一个固定值，而是一个与被测信号 同步的 值，刚好 为 被测信号的整数倍。 在计数允许时间内，同时对标准信号和被测信号进行计数，再通过数学公式推导得到被测信号的频率。 由于门控信号是被测信号的整数倍，就消除了对被测信号 计数时 产生的 177。 1个 周期误差， 测量精度大大的提高，更重要的是实现了在整个测量频段等精度测量。 等精度测量原理如图 1所示： 从以上叙述的等精度的测量原理可以很容易得出如下结论： 首先， 被测信号频率 fX的相对误差与被测信号的频率 变化 无关； 其次，增大测量时间段 “ 闸门时间 ” 或提高 “ 标频 f0” ，可以减小相对误差， 9 提高测量精度； 最后，由于一般提供标准频率 f0的石英 晶振 稳定性很高，所以标准信号的相对误差很小， 可以 忽略。 图 1 等精度测量原理 等精度测量计算 若 用两个计数器 ，在一次预置闸门时间 EN 中，一个计数器对被测输入信号 FX 计数，计数值为 NX；同时另一个计数器对标准高频率信号 FS计数，计数值为 NS ，则下式成立： //x x s sF N F N 将上式进行变换可得被测信号频率的表达式： xx( / )ssF F N N 若 在电路中，为了实现上方等式。 首先，分别采用 32位二进制计数器，对标准高频率信号 FS和待测信号 FX 进行计数。 然后将两路计数结果分别锁存，准备用以计算。 若标准高频率信号 FS的频率为 1Mhz。 先将 10， 000， 000 与待测信号 FX计数结果 NX通过乘法器相乘。 再将乘法器输出结果通过除法器，除以标准高频率信号 FS的计数结果 NS，得到待测信号的频率 FX。 最后输出计数结果。 设计原理框图 图 2 设计原理框图 待测 信号 标准 信号 D触发器 信号 整形 计数器 1 单片机AT89C52 LCD1062 与门 计数器 2 与门 10 3 主控电路的设计 AT89C52芯片 简介 本次设计，系统将选择使用的单片机芯片是 AT89C52。 在众多的 52单片机系列中， AT89 系列的单片机在我国 得到极其广泛的应用，越来越受到人们的瞩目。 AT89 系列单片机是美国 Atmel 公司的 8位 Flash 单片机产品。 AT89C52 是一种 8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ EPROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低电压，高性能 CMOS 8位微处理器，俗称单片机。 它的最大特点是在片内含有 Flash 存储器， Flash 存储器是一种可以电擦除和电写入的闪速存储器 (简记为 EEPROM),在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，使开发调试更为方便。 AT89 系列单片机以 8031 为内核，是与 8051 系列单片机兼容的系列， Atmel 89系 列单片机有许多型号，可分为标准型号、抵挡型号和高档型号 三大 类。 系统将选用的 AT89C52是属于标准型单片机。 标准型 89系列单片机是与 MCS51系列单片机兼容的。 标准型系列在内部含有 4KB或 8KB可重复编程的 Flash存储器，可进行 1000 次擦写操作。 全静态工作为 033MHz，有 3 级程序存储器加密锁定，内部含有 128256 字节的 RAM、 32条可编程的 I/O 端口、 2个 16 位定时器 /计数器、 68 级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。 AT89 系列标准单片机有 4种型号，分别为 AT89C5 AT89LV5 AT89C52 和AT89L52，其中 AT89C51 和 AT89C52 直接与 8051 系列兼容，相当于将 805 8052中的 4KB、 8KB 的 ROM换成相应数量的 Flash 存储器，其余结构、供电电压、引脚数量及封装均相同，使用时可直接替换。 AT89LV51 是 AT89C51 低电压型号，可以在 的电压范围内工作，其他功能和 89C51 相同。 AT89C52的引脚图 图 3 AT89C52的引脚图 AT89C52的引脚功能 1) 电源引脚 VSS和 VCC VSS(20 脚 )：接地。 VCC(40 脚 )：正常操作及对 EPROM 编程和验证时接 +5V 电源。 11 2) 外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1(19 脚 )：接外部晶体的一端。 XTAL2(18 脚 )：接外部晶体的另一端。 注：两脚之间必须接一个 的晶振，常用的晶振有 ， 6MHz， 和 12MHz。 3) 控制或与其他电源复用引脚 RESET、 ALE、 PSEN 、 EA RESET(9 脚 )：复位输入脚。 此引脚内部已有一个 5030K 的电阻器接地，所以只需接一个电容至 +VCC，即可在电源 ON 时产生开机复位的功能。 但是，常会在 RESET 引脚用一个 的电阻接地，以缩短开机复位的时间。 如需要，也可在电容两端并联一个常开按钮，以便按此按钮时可强迫系统复位。 ALE(30 脚 )：地址锁存器输出端。 在系统扩展时，用于控制把 P0 口 输出的低 8 位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。 ALE 是以晶振1/6 的固定频率输出的正脉冲，因此可以作为外部时钟或外部定时脉冲用。 PSEN （ 29脚）：外部程序存储器使能输出端。 当 CPU想读取外部 ROM 的内容时，此脚会自动产生负脉冲。 EA （ 31 脚）：输入脚。 当 EA 引脚接地时，内部程序数据失效， CPU被迫只读取外部的程序存储器。 当 EA 接 VCC 时，对 ROM的读操作从内部程序存储器开始，并可延续到外部 ROM。 4) 输入 /输出引脚 P0口、 P1 口、 P2 口和 P3口 P0 口（ 共 8 条引脚，即 3932 脚）：双向 8位 I/O 口。 没有内部上拉电阻器，输出电平时，需用户在引脚上接上外部上拉电阻器。 在访问外部存储器时，可分时用做低 8位地址线和 8位数据线。 P0口做输出口用时，每只引脚均可驱动 8 个 LSTTL 负载。 若某引脚想做输入脚用，则须先将 1写入该引脚。 P1 口（ 共 8 个引脚，即 18脚）：双向 8 位 I/O 口，具有内部上拉电阻器， 可驱动 4个 LSTTL 负载。 若某引脚想做输入脚用，则须先将 1写入该引脚。 P2 口（ 共 8 个引脚，即 2128 脚）：双向 8位 I/O 口，具有内部上拉电阻器，可驱动 4 个 LSTTL 负载。 在访问外部存储器时，它送出高 8位地址。 P3 口（ 共 8 个引脚，即 1017 脚）：双向 8位 I/O 口。 具有内部上拉电阻器，可驱动 4 个 LSTTL 负载。 若某引脚想做输入脚用，则须先将 1写入该引脚。 P3口引脚具有特殊功能。 AT89C52外围辅助电路的设计 1) 复位电路 单片机的复位就和计算机的重启是一样的概念。 任何 单片机工作之前都要有个复位的过程，复位对于单片机来说，程序还没有开始执行，是在做准备工作，一般的复位只需要 5ms 的时间。 复位操作有上电自动复位和手动 按键 复位两种方式。 上电复位是外部的复位电路在系统通上电源后直接使单片机工作，单片机的起 、 停 通过 电源控制。 手动复位是在复位电路中设计按键开关触发复位电平，控制单片机复位 ， 一般都用上电复位电路。 12 上电自动复位原理：通电时，电容两端相当于短路，于是 RESET 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电， RESET 端电压慢慢下降，降到一定程度即为低电平，单片机开始正常工 作，如图 4 所示： 图 4 复位电路 2) 振荡电路 振荡电路对于单片机来说是非常重要的，没有晶振就不能产生时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。 单片机工作时是一条一条地从 ROM 中取指令，然后一步一步地执行。 单片机内部有一个用于构成片内振荡器的高增益 反相放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体（或陶瓷振荡器）一起构成自激振荡器，振荡电路如图 5所示。 图中外接石英晶体（或陶瓷振荡器）以及电容 C1或 C2构成并联振荡电路，接在放大器的反馈回路中。 电容的大小没有严格的要求，但也会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和稳定性。 外接石英晶体时， C1和 C2一般取 30pf 10pf；外接陶瓷振荡器时， C1和 C2一般取 40pf 10pf。 本系统采用 12MHz 的晶振，电容 C C2取 30pf。 图 5 振荡电路 13 单片机最小系统图 如图 6所示，即为单片机最小系统： 图 6 单片机最小系统 显示部分 本次设计的显示部分采用液晶显示屏 LCD1602， 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点： 1) 显示质量高 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（ CRT）那样需要不断刷新新亮点。 因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。 2) 数字式接口 液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接 口更加简单可靠，操作更加方便。 液晶显示原理 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。 液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、 PDA 移动通信工具等众多领域。 液晶显示器的分类 液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。 除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。 LCD1602 参数及引脚功能 LCD1602 字符型 液晶引脚图如图 7所示： 14 图 7 LCD1602引脚图 LCD1602 字符型 液晶 采用 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口 功能 说明 如表 1所示： 表 1 LCD1602引脚功能表 1602 液晶显示屏的基本操作时序 1) 读状态：输入： RS=L,RW=H,E=H 输出： D0D7=状态字 2) 写指令：输入： RS=L,RW=L,D0D7=指令码， E=高脉冲 输出：无 3) 读数据：输入： RS=H,RW=H,E=H 输出： D0D7=数据 4) 写数据：输入： RS=H,RW=L,D0D7=数据， E=高脉冲 输出：无 LCD1602 主要技术参数  显示容量 :16 2个字符  芯片工作电压 :~  工作电流 :()  模块最佳工作电压 : 1602 液晶显示屏状态字说明 如表 2所示即为 1062 液晶显示屏状态字： 表 2 1602液晶显示屏状态字说明 15 由 1602 液晶显示屏状态字说明表可以知道，对控制器进行每次操作之前，都必须进行读写操作，确保 STA7(D7)为 0。 RAM 地址映射图如表 3： 表 3 RAM地址映射表 控制器内部带有 80*8 位（ 80 字节）的 RAM 缓冲区，对应关系如上图所示。 在 1602 液晶显示屏上可以通过 C语言编程选择相应的位显示数据。 初始化设置：显示模式设置。