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1、江西 学院毕业设计说明书（论文）课题名称 单片机数显计时系统 专业 班学生姓名 学号 指导老师 技术职称 2014年 12 月 31 日 毕业设计（论文）任务书学生姓名 班级 1.毕业设计（论文）题目 单片机数显计时系统 2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求：要求能够对025KHZ的脉冲信号频率进行准确计数，计数误差不超过2HZ。计数的频率结果通过6位动态数码管显示出来。 3.毕业设计(论文）工作内容及完成时间：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
2、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。 日期：自 20 年 12 月 21 日至 20 年 3 月 31 日指导老师评语： 指导老师 系主任 目录一、前言-1.1、 课程设计任务-1.2、 课程设计任务完成要求-1.3、 设计目的-二、方案提出与论证-2.1频率测量原理与方法-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-3.1.2 单片机时钟电路-3.1.3单片机复位电路-3.1.4显示及驱动电路-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-4.2程序调试及误差分析-五、元器件明细表-六
3、、总结-前言 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。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，会被经常使用到。1.1、 课程设计任务任务要求: 1、要求能够对025KHZ的脉冲信号频率进行准确计数，计数误差不超过2HZ。 2、计数的频率结果通过6位动态数码管显示出来。分析：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
4、误差不超过2HZ。1.2、 课程设计任务完成要求 1、根据题目要求设计控制系统。 2、完成硬件系统的制作。3、完成软件的编写及调试（先用PROTEUS软件仿真）。4、完成的控制系统能达到题目的要求。1.3、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，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
5、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
6、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！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 3.1.2 单片机时钟电路如
7、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显示及驱动电路共阳四位LED数码管三极管放大电路10K上拉电阻驱动电路该系统采用两个四位 LED共阳极显示器动
8、态显示6位数。当某一字段发光二极管的阴极极为低电平时，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（特别是共阴极数码管）。经计算本次设计需采用上拉电阻+三极管放大器来驱动整个发光电路，在三极管基极加以分压限流电阻，以防止数码管因电流过大而烧坏。确保了试验器件的安全。3 .2 AT89C51单片机芯片的功能及其参数 AT89C51是一个有40个引脚的芯片，引脚配置如下 图所示。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。AT89C51引脚配置AT89C51芯片
9、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
10、， 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
11、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P1.2P1.7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
12、，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
13、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，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
14、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，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。
15、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,
16、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 unsigned char code dispbit=0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01; unsi
17、gned char code dispcode=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09; unsigned char dispbuf8=0,0,0,0,0,0,10,10; unsigned char temp8; unsigned char dispcount; unsigned char T0count=0; unsigned char timecount=0; unsigned int delay_count=0; bit flag; unsigned long x;void main(void) unsigned char i
18、; TMOD=0x15;/定时器1为定时模式 定时器0为技术模式 TH0=0; TL0=0; TH1=(65536-50000)/256;/50ms定时 TL1=(65536-50000)%256; TR1=1;/定时器1开 TR0=1;/定时器0开 ET0=1;/定时器中断开 ET1=1; EA=1;/中断开 while(1) /P2=dispcode9; if(flag=1) /如果1S定时到 flag=0; x=T0count*65536+TH0*256+TL0; /1S脉冲计数总量 for(i=0;i8;i+) tempi=0; i=0; while(x/10) tempi=x%10;
19、 /取个位 x=x/10; i+; tempi=x; for(i=0;i=100)/计时变量大于等于100时清零 delay_count=0; P0=0xff;/ P2=dispcodedispbufdispcount; P0=dispbitdispcount; dispcount+; if(dispcount=6)/如果位数大于6位 dispcount=0; void t0(void) interrupt 1 using 0 T0count+; /脉冲计数溢出 void t1(void) interrupt 3 using 0 TH1=(65536-50000)/256;/重装计时器 TL1
20、=(65536-50000)%256; timecount+; if(timecount=20) TR0=0; timecount=0; flag=1; /1S定时到，标志位置1 4.2程序调试及误差分析写好程序后用protues仿真。第一次仿真结果为：在低频时测得的数据很准确，在5khz以上开始有误差，且随着频率的上升，误差增大。当信号频率为25khz时，误差为+77hz。分析了一下程序觉得T1重装次多太多造成计数时间偏大是误差的主要原因。修改了程序，让T0从原来的每次定时5ms，定时1s重装200次变为每次定时50ms，定时1s重装20次后，第二次仿真。误差大大减小，为+5hz。此时，误差
21、还是不能满足要求。在程序中加以下几个语句if(x12000)&(x18000)&(x20000)&(x30000)x=x-3;来减小较高频时的误差。虽然觉得这样不合理，不过这样处理后，误差真的减了好多。满足了设计的初始要求。六、元器件明细表名称型号参数数量STC89C52 带底座1套4X共阳极数码管2个晶振12M1个电容30pf、104pf2个电解电容10uf1个小按键2个电阻10k1个8X排阻10k2个8050三极管8个收获和体会我认为，在这次的毕业设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，更重要的是，
22、在实验中，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这样我们才能成为一名合格的大学生。我们在这过程中遇到很多困难，不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。很少有人会一步登天吧。永不言弃才是最重要的。而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在设计结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 与队友的合作更是一件快
23、乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。而团队合作也是当今社会最提倡的。相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！Tous,happinessequalssuccess!快乐至上，享受过程，而不是结果！认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在实时测量技术试验上学到的最重要的东西
24、，也是以后都将受益匪浅的！致谢 非常感谢 老师在课程设计中给予了我很多的指导。 老师从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到说明书定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。为了帮助我们开拓视角，在我遇到困难的时候给予我最大的支持和鼓励。 老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。再多华丽的言语也显苍白。在此，谨向易老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢电子信息工程系的老师们为我们精心选题，让我们在这次课程设计中有所得。感谢我的伙伴们，我们在这次课题上能够团结一致，共同分析电路的问题，才能使这次课程设计顺利完成。最后要感谢学院给我提供了一次很好的实践机会，在这次课程设计期间，无论是从技术上还是从对环境的适应能力上来讲，都对我今后的学习打下了一个良好的基础。由于本次课程设计时间紧促，再加上我的能力有限，设计做的不是很完美，有些功能都没有实现，希望老师在今后的学习生活中给予我多加教育指导。- 22 -