单片机系统开发与应用工程实习报告

选题名称:基于AT89C52单片机的简易频率计设计

系（院）:                    

专    业:   计） 

班    级:                      

姓    名:       学  号:

指导教师:                 

学年学期:       2009   ~  2010  学年 第  2  学期    

      2010        年   5    月   30      日

摘要：

    在电子技术中，频率是一个经常用到的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。本项目主要阐述了以AT89C52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计一个简易数字频率计，以达到测量频率并进行显示的目的。本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时，把单片机内部的定时/计数器0作为定时器，实现2.5ms定时。外部待测脉冲从单片机的TI（第15引脚）输入，以定时/计数器1作为计数器，利用中断方式来达到间接测量的目的。最后采用四位数码管显示。本设计采用C语言进行软件编程，用keil软件进行调试。最后把调试成功后的程序固化到AT89C52单片机中，接到预先焊好的电路板上，接上待测脉冲，通电运行，数码管成功显示待测脉冲频率。

关键词：单片机；频率计；AT89C52

目    录

1 项目综述……………………..……………………………………………………..…………………..1

1．1 设计要求..................................................................................................................... 1

1．2 系统设计..................................................................................................................... 1

2 硬件设计………………………………………………………………………………………………..2

2.1 电路原理图.................................................................................................................... 2

2.2 元件清单........................................................................................................................ 2

2.3 主要芯片引脚说明.......................................................................................................... 3

3 软件设计………………………………………………………………………………………………..4

3.1 程序流程图.................................................................................................................... 4

3.2 软件设计简述................................................................................................................. 5

3.3 程序清单........................................................................................................................ 6

4 系统仿真及调试……………………………...……………...…………………...……………….…10

4.1 硬件调试...................................................................................................................... 10

4.2 软件调试...................................................................................................................... 10

5 结果分析…………...…………………………………………………………………………….……10

总结............…………………………………...………….……………………….……...….11

参考文献………………………………………………………………………....………….12

1 项目综述

       在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。本项目主要阐述了选择AT89C52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计一个简易数字频率计测量频率并进行显示。

1．1 设计要求

       基于AT89C52单片机简易频率计的设计要求如下：

(1)   测量范围。幅度：0.5～5V；频率：1Hz~1MHz.

(2)   测试误差≤0.1%。

(3)   用4位数码管显示。当频率变化时，能通过数码管及时看到变化后的信号频率。

1．2 系统设计

1．2．1 框图设计

       基于AT89C52单片机简易频率计的电路主要由数码管显示电路、复位电路、晶振电路、电源电路等几部分组成，系统框图如图3.1所示。

图3.1 基于AT89C52单片机简易频率计系统框图

1．2．3 知识点

本项目需要通过学习和查阅资料，掌握和了解如下知识：

1)      +5V电源原理及设计。

2)      单片机复位电路工作原理及设计。

3)      单片机晶振电路工作原理及设计。

4)      频率信号发生器的特性及使用。

5)      驱动电路74LS244的特性及使用。

6)      AT89C52单片机引脚结构及功能。

7)      单片机C语言程序设计方法。

2 硬件设计

2.1 电路原理图

基于AT89C52单片机简易频率计电路原理图如图2-1所示。

图2-1 基于AT89C52单片机简易频率计电路原理图

2.2 元件清单

基于AT89C52单片机简易频率计元件清单如表2-1所示。

表2-1 基于AT89C52单片机简易频率计元件清单

2.3 主要芯片引脚说明

2.3.1  AT89C52引脚说明

AT89C52为40脚双列直插封装8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。AT89C52 共有6 个中断向量：两个外中断（INT0 和INT1），3 个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。

AT89C52引脚图如下：

图2-2  AT89C52引脚图

主要管脚有：

XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口。

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。

P1，P2，P3是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。

2.3.2  74HC244引脚说明

74HC244可以让输入的数据保持比较长的时间，简单输入接口扩展通常使用的典型芯片为74HC244，由该芯片可构成三态数据缓冲器。74HC244 芯片的引脚排列如下图所示：

图2-3  74HC244引脚图

74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1C和2G作为它们的选通工作信号。当1/OE和2/OE都为低电平时，输出端Y和输入端A状态相同；当1/OE和2/OE都为高电平时，输出呈高阻态。

3 软件设计

       本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时。待测信号由单片机的TI中断来间接测量。定时/计数器0定时2.5ms中断并对中断次数进行计数，当2.5ms中断次数计到40次即0.1s时，查看定时/计数器1上的计得的数值，经过计算得到的待测信号的频率值，放入显示缓冲区，由数码管进行显示。

3.1 程序流程图

       主程序流程图如图3-1所示。

图3-1 主程序流程图

3.2 软件设计简述

1）利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时。

2）待测信号由单片机的TI（第15引脚）中断来间接测量。

3）采用12MHz晶振，机器周期为1us

4）定时/计数器0工作方式：定时方式，工作方式1，每次定时2.5ms。

   实现2.5ms定时算法：

       （3-1）

   即TH0=0xf6，TL0=0x3c

5）定时/计数器1工作方式：计数方式，工作方式1。当2.5ms中断次数计到40次即0.1s时，查看定时/计数器1上的计得的数值 。

6）通过公式：                        （3-2）

   可以计算出脉冲频率。

   最后的数据以KHz单位，采用四舍五入的方法保留一位小数。

7）显示采用四位共阴LED数码管，用单片机P0口的8位控制数码管的8段二极管的明暗。用P2口的P2.0~P2.3作为4位数码管的选通信号，采用从低到高逐位扫描的方法。

3.3 程序清单

基于AT89C52单片机简易频率计程序清单如下：

#include<reg52.h>

bit timeint0,timeint1;

unsigned char dispbuf[4];

unsigned int period;

unsigned int timecount=0;

unsigned int count_1s;

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

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

0x39,0x5e,0x79,0x71};   //7段数码管代码表

HEX_TO_BCD(unsigned int n) //十六进制数转BCD码子程序，

//将BCD码送至显示缓存数组

{

       unsigned char i;                   //当显示的频率超出范围，显示EEEE报错

       if (n>9361)

              for(i=0;i<4;i++)

                     dispbuf[i]=0x0e;

       else

       {                           

          dispbuf[3]=n/1000;                //取出千位字节

          dispbuf[2]=(n/100)%10;            //取出百位字节

              dispbuf[1]=(n/10)%10;             //取出十位字节

              dispbuf[0]=n%10;                 //取出个位字节

       }

}

void scandisp(void)    //显示子程序，

//将显示缓存数组中的BCD码扫描并显示在数码管上

{

     unsigned char posi=0x01;

     unsigned char i,j,temp;

     for(i=0;i<4;i++)                //依次选中4个数码管

     {

        temp=dispbuf[i];

         //查出字码

         temp=table[temp];

         //第三位显示小数点

         if(i==1)

             {

                 for(j=0;j<200;j++)

                     {

                            P2=posi;

                            P0=temp|0x80;

                     }

               }

           else     

             {

                 for(j=0;j<200;j++) 

                 {

                            P2=posi;

                            P0 =temp;

                     }

             }

         //依次点亮字位

         posi<<=1;

     }   

}

void INIT_TMR1INT(void)           //定时器初始化了程序，定义了两种

{

      //定时/计数器0工作定时器方式，定时/计数器1工作在计数器方式

       TMOD=0x51;

       ET1=1;

       //中断0开中断

       ET0=1;

       //CPU开中断

       EA=1;

          count_1s=0;

       //启动定时/计数器0开始定时

       TR0=1;

       TR1=1;

}

void time0(void) interrupt 1 //定时器0中断服务程序，系统自动调用，

//每2.5ms执行一次

{

       TH0=0xf6;

       TH1=0x3c;

       //每次定时是2.5 ms, 40次即0.1s

       if(++count_1s>40)

    {

          count_1s=0;

          //每0.1s对计数器1所计数值进行统计

          timecount=TH1*256+TL1;

          TH1=0;

          TL1=0;

          //精确到小数点后1位，以KHz为单位

          period=timecount/10;

          //四舍五入显示

          if((timecount%10)>4)

                   period++;

          timecount=0;

          HEX_TO_BCD(period);

     }

}

void timer1(void) interrupt 3     //定时器1中断服务程序，溢出后中断

{

  TH1=0x00;

  TL1=0x00;

}

void main(void)          //主函数

{

       //初始化

       INIT_TMR1INT();

       while(1)

    {

           //显示子程序

           scandisp();

    }

}

4 系统仿真及调试

       应用系统设计完成之后，就要进行硬件调试和软件调试，软件调试可以利用开发及仿真系统进行。

4.1 硬件调试

       硬件调试的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。先排除硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。一般原则是先静态后动态。

       利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中各器件以及引脚是否连接正确，是否有短路故障。

       先将单片机AT89C52芯片取下，对电路板进行通电检查，通过观察看是否有异常，是否有虚焊的情况，然后用万用表测试各电源电压，若这些都没有问题，则接上仿真机进行联机调试，观察各接口电路是否正常。

4.2 软件调试

       软件调试是利用仿真工具进行在线仿真调试，除发现和解决程序错误外，也可以发现硬件故障。本设计采用的调试软件是keil。程序调试时，先是一个模块一个模块地进行，一个子程序一个子程序地调试，最后联起来统调。当程序调试无误后，就可以用在系统编程器将程序固化到AT89C52的FLASH ROM中。

5 结果分析

       把电路按要求接好，接上待测脉冲信号，插上电源即可测量出待测脉冲信号的频率。本设计利用实验室提供的单片机实验箱上的脉冲信号进行测试，当接入的脉冲信号为0.25MHz时，可以看到数码管上的显示值为259.4KHz；当接入的脉冲信号为0.5MHz时，可以看到数码管上的显示值为508.3KHz。经计算，测量值都在误差允许范围内，因此符合设计要求，本设计成功完成预期目标。

总结

经过一个星期的努力和老师的耐心指导，终于顺利完成了此次的单片机课程设计。整个过程可以说就是一个不断发现问题和解决问题的过程，虽然有点累，但收获颇多。通过此次的单片机课程设计，我学到了许多以前在课本上学不到的东西，同时也把以前学到的理论知识运用到了此次的课程设计中，很好地加强了我在单片机方面的知识，特别是在中断处理部分。整个调试程序的过程让我对keil软件有了更深一步的了解。并且，此次的课程设计也很好地锻炼了我的动手能力，让我能够发现问题，积极开动脑筋去解决问题，同时也让我对硬件有了进一步的了解。课程设计是培养我们综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决问题的实际能力，锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考查过程。这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只掌握书上的理论知识是远远不够的，而应该把所学的理论知识与实践相结合，把理论运用与实践，从实践中验证理论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，为以后踏入社会打下基础。在设计的过程中不免会遇到一些问题，通过老师和同学的帮助，以及去图书馆查找资料，终于把问题都解决了，在解决问题的过程中，我发现自己的不足之处，同时也巩固了所学的知识。

总得来说，此次的课程设计很有意义，我从中学到了很多。过程虽苦，但结果很甜！

参考文献

1 李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础.北京：北京航天航空大学出版社，2007.6

2 扬居义.单片机课程设计指导.北京：清华大学出版社，2009.9

3 张义和，陈敌北.例说8051.北京：人民邮电出版社，2006.1

4 求是科技.单片机典型模块设计实例导航.北京：人民邮电出版社，2004.5

5 周兴华.手把手教你学单片机C程序设计.北京：北京航空航天大学出版社，2007.10

指导教师评语