基于AT89C51的智能测频仪设计.doc
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1、题 目:基于AT89C51的智能测频仪设计 59内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学
2、校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位
3、论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日注 意 事 项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对
4、论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4.文字、图表要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档5.装订顺
5、序1)设计(论文)2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订3)其它基于AT89C51的智能测频仪的设计摘要目前,在电子技术领域内,频率是一个最基本的参数,频率与其他电参量的测量方案以及测量后的结果都有密切关系,因此频率的测量就显得更为重要。由于频率信号抗干扰性强, 易于传输, 可以获得较高的测量精度, 因此在现代测量仪器中, 将待测信号转化为频率信号是低成本实现高精度、高分辨率测量和高抗干扰的经典做法。 此设计基于AT89C51的智能测频仪的设计,主要应用Protel99进行系统图设计,用C语言编程以达到实现测频率的过程通过对软硬件的编程和设计使的整个系统具有结构紧
6、凑、体积小,可靠性高,测量频率范围宽、精度高等优点。整个设计包括硬件设计和软件设计。在硬件设计部分,具体介绍了系统硬件设计方案以及显示板设计,而软件设计包括固件程序设计、驱动程序设计和应用程序设计三大部分,其最终目标是实现对频率的测量显示。关键词 :测量频率,单片机AT89C51,Protel99内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)Based on AT89C51 Frequency of Intelligent DesignAbstractAt present, in the field of electronic technology, frequency is the fundame
7、ntal parameters, frequency and other electrical parameters of the measurement program, as well as the result of measurement are closely related to the frequency of measurement, therefore it is even more important. Frequency signals as a result of strong anti-jamming, easy to transport, access to hig
8、h precision, so in modern measuring instruments, the test signal will be converted to the frequency signal is low-cost, high precision, high-resolution measurements and high anti-interference classical approach.This design is based on AT89C51 Frequency of Intelligent Design, Protel99 major applicati
9、on system design, made with C language programming in order to achieve the realization of the process of measuring the frequency of hardware and software programming and design of the entire system with compact structure, small size, high reliability, measurement frequency range and high precision.T
10、he whole design, including hardware design and software design. In the hardware design of the details of the system hardware design and display design. And software design including the design of firmware, drivers, application design and the design of three large groups, their ultimate goal is to ac
11、hieve the frequency measurements show .Key words: Measure frequency; the one-chip computer AT89C51; Protel99 目录摘要IAbstractII目录III第一章 引 言11.1 研究背景和意义11.2 基于单片机测量频率的发展状况21.3 论文所做的工作2第二章 硬件组成42.1 AT89C51单片机简介42.1.1 AT89C51单片机主要特性42.1.2 管脚说明52.1.3 振荡器特性72.1.4 芯片擦除72.2 三运放高共模抑制比放大电路72.2.1 三运放高共模抑制比放大电路的介
12、绍82.2.2 三运放高共模抑制比放大电路的优点112.2.3 双端差分输入,单端输出112.3 施密特触发器112.3.1 由555定时器构成施密特触发器的介绍112.3.2 施密特触发器的特点142.3.3 施密特触发器的应用142.4 12位二进制分频计数器4040162.5 液晶显示模块LCD160218第三章 智能测频仪的硬件设计243.1 频率信号的测量243.1.1 多周期同步测频原理及误差分析263.1.2 多周期完全同步测频原理283.2 波形整形293.3 按键调试及分频303.4 显示电路313.5 输入频率的测量范围323. 5. 1 频率测量范围323. 5. 2 标
13、准频率的选取32第四章 智能测频仪的软件设计344.1 系统软件设计344.2 测试程序344.3 系统软件设计主程序流程图354.4 软件流程图364.5 LCD显示处理程序流程图374.6 测量结果的误差分析38第五章 结 论39参考文献40附录A 硬件原理图43附录B 软件源程序44致谢60内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)第一章 引 言1.1 研究背景和意义数字化、智能化是当今电子设计的趋势。伴随着信息化的快速发展,各种仪器仪表也在不断的升级换代,其中以电子产品的发展最为突出,电子产品的高效节能已成为当代社会的宠儿。电子产品经历了模拟式、数字式和智能化三个发展阶段。通常把模拟式仪
14、器称为第一代,大量指针式电压表、电流表、功率表及一些通用的测试仪器均是典型的模拟式仪器。模拟式仪器功能简单、精度低、响应速度慢。第二代是数字式仪器,它的基本特点是将待测的模拟信号转换成数字信号进行测量,测量结果以数字形式输出显示并向外传送。数字万用表、数字式频率计等均是典型的数字式仪器。其精度高、响应快、读数清晰、直观,容易与计算机技术相结合。因数字信号便于远距离传输,所以数字式仪器适用于遥测、遥控。智能仪器属于第三代,它是在数字化的基础上发展起来的,是计算机技术与仪器仪表相结合的产物, 因具有数字存储、运算、逻辑判断能力,可根据被测参数的变化自动选择量程,具有自动校正、自动补偿等功能,可以完
15、成需要人类智慧才能胜任的工作,具备了一定的“智能”,故称之为智能仪表(intelligent instrumen)。通过单片机以实现智能仪表的设计要求,是现在厂家和工程设计师的最佳选择。它是整个智能仪表的核心,具有基本的算术运算、逻辑分析能力。通常,微处理器需要时钟电路和复位电路,能支持存储器I/O口的扩展和外部中断,有些单片机还带有片内存储器、定时/计数器、串行通信口以及A/D转换器等。它的时钟频率、字节长度、指令功能与执行速度、外部扩展能力等对整个仪表的性能有直接的影响。从80年代单片机引入我国,单片机已大量应用于电子设计中,单片机的应用迅速发展,以其性价比高,大量的外围接口电路,使基于单
16、片机的电子系统设计相当方便,周期缩短,而且还在不断的发展。随着单片机技术的不断发展,单片机能实现更加灵活的逻辑控制功能,具有很强的数据处理能力,可以用单片机通过软件设计直接用十进制数字显示被测信号频率。单片机因自身的结构优势,在科研、民用、航空航天以及军事领域都被广泛应用。运用MCS51系列单片机和中规模的数字电路组合设计测量频率,并采用适当的算法取代传统电路设计,不仅能克服传统测频计数结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端,而且频率计性能也将大幅提高,可实现精度较高、测量宽范围频率的要求。1.2 基于单片机测量频率的发展状况在电子信息领域中频率作为电子电工学中的一个重要参数, 对其的测量工具频率
17、计提出了相当高的要求, 测量频率是数字电路中的一个典型应用,传统的频率计测量可以通过普通的硬件电路组合来实现,但是由分离元件搭接而成,其开发过程、调试过程十分繁琐,而且由于电子器件之间的互相干扰,影响频率测量的精度,体积较大,已经大大阻碍了电子设计的发展方向。MCS-51系列单片机具有体积小、功能强、性能价格比高等特点,备受青睐,以MCS-51系列单片机为核心的测量频率的设计,较分离元件搭接而成的频率计改善了性能、提高了可靠性,并可以采用软件实现各种频率的测量。1.3 论文所做的工作本论文主要是运用AT89C51进行测频率计数,该设计利用分频测频的设计方法。在信号放大整形后,用过分频器分频。通
18、过单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理和数据输出,并由液晶显示模块LCD1602来实现对频率的计数。以AT89C51机为控制器件的频率测量方法,并用C语言进行设计,采用单片机控制,结合外围电子电路,得到高低频率的精度测量,最终实现多功能数字频率计的设计方案。 在这次设计中,运用Protel99设计硬件,并通过keil编写频率测量程序来支撑,使得大大缩短了硬件电路板的设计和调试周期,提高了设计的效率。此设计主要叙述了硬件电路的组成和单片机的软件控制流程。其中硬件电路包括信号输入、输入信号整形、单片机和频率显示模块。设计器件采用单片机AT89C51、施密特触发器、4040分频器、LCD160
19、2以及其他相关器件。被测信号由施密特触发器整形后,经过12级二进制分频计数器4040分频之后,由单片机进行数据处理和数据输出,最后在液晶显示模块LCD1602上显示信号频率。第二章 硬件组成2.1 AT89C51单片机简介 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL公司的高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,
20、ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。如图2.1所示:图2.1 AT89C51单片机2.1.1 AT89C51单片机主要特性(1) 与MCS-51 兼容; (2) 4K字节可编程闪烁存储器 ;(3) 寿命:1000写/擦循环;(4) 数据保留时间:10年;(5) 全静态工作:0Hz24MHz;(6) 三级程序存储器锁定;(7) 128*8位内部RAM;(8) 32可编程I/O端口;(9) 两个16位定时器/计数器;(10) 5个中断源; (11) 可编程串行通道;(12) 低功耗的闲置和掉电模式;(13) 片内振荡器和时钟电路。2.1.2 管脚说明VCC:电源端。GND:接地。 P
21、0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每管脚可吸收8个TTL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:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O
22、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:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于
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