单片机课程设计_简易频率计数器

单片机课程设计_简易频率计数器（通用2篇）

篇1：单片机课程设计_简易频率计数器

单 片 机 课 程 设 计

简易频率计数器

1.实验目的

1.要求学生具有制作调试单片机最小系统及外设的能力，能够掌握单片机内部资源的使用。

2.熟练掌握焊接技术的基础上，能熟练使用单片机软件开发环境Keil C51编程调试，并使用STC ISP调试工具采用串口下载方式联调制作的单片机最小系统。

二、实验要求

自制一个单片机最小系统，包括串口下载、复位电路，采用外部计数器T0或T1作为外部频率输入，外部频率由信号源提供，计算出来的频率显示在四位一体的数码管上。

三、实验器材

89C54RD芯片（与89c51芯片管脚和指令共用，只是内部存储单元有差异）一个，晶振一个，电容3个，电阻3个，12个10千欧姆电阻，4位一体共阴数码显示管一个，按钮1个，导线若干。

四、实验原理 1．芯片介绍

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh 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，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

1.主要特性： ·与MCS-51 兼容 ·4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 ·全静态工作：0Hz-24Hz ·三级程序存储器锁定 ·128*8位内部RAM ·32可编程I/O线 ·两个16位定时器/计数器 ·5个中断源 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路 2.管脚说明：

VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收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：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，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器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)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

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，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)。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

4.芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

2、最小系统电路的组成

由电源、复位及振荡电路、四位一体数码管显示电路、按钮及LED电路。

复位及振荡电路

复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。电阻给电容充电，电容的电压缓慢上升直到vcc，到vcc时芯片复位脚近似低电平，于是芯片复位，接近vcc时芯片复位脚近高电平，于是芯片停止复位，复位完成。

AT89C51系列单片机为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。

按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。使用6MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。如下图所示

数码管显示电路

利用单片机的T0,T1计数定时器功能，来完成对输入信号进行率计数，计数结果通过4位动态数码管显示出来，能对0到9999HZ的方波信号频率进行准确计数。如下图所示

3、软件设计

根据设计项目所需功能，我们先进行初始化，在待机状态下，采集频率。然后检测是否有按钮按下，若按钮按下，则数码管显示所采集的频率，再按下键0时则不显示。系统实现所有功能，其程序框图如图所示。

4、设计源程序 #include bit int_flag;//定时器0,1S到标志位

unsigned char volatile T0Count;//定时器0的中断次数 unsigned char volatile T1Count;unsigned char code table[] //定时器1的中断次数

={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//显示段码值为123456789 unsigned char code temp[] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//数码管选通 unsigned long sum;//1S内脉冲总个数 unsigned char Led[4];//Led显示缓存

void delay(unsigned int num){ //软件延时

while(--num);//定时器0初始化 } void init(void){ TMOD=0x51;//T1定时器0工作于方式1，定时器1计数 TH0=(65536-50000)/256;//定时50ms TL0=(65536-50000)%256;TH1=0x00;TL1=0x00;} void disp(void){ //数码显示

unsigned char i;for(i=0;i<4;i++){

P2=temp[i];//片选

P0=table[Led[i]];//取数据显示

delay(100);//延时1毫秒

} } void main(void){ EA=1;//开总中断

init();//初始化定时器

TR0=1;//定时器开始工作

TR1=1;ET1=1;//开T0中断

ET0=1;while(1){

if(int_flag==1){

int_flag=0;

sum=TL1+TH1*256+T1Count*65536;//计算个数

//将数据格式化，转化成可显示的BCD码

Led[3]=sum%10000/1000;//显示千位

Led[2]=sum%1000/100;//显示百位

Led[1]=sum%100/10;//显示十位

Led[0]=sum%10;//显示个位

T0Count=0x00;

T1Count=0;

TH1=0x00;

TL1=0x00;

TR1=1;

}

内脉冲1S

disp();} } void int_t0(void)interrupt 1{ TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;T0Count++;if(T0Count==20){

TR1=0;

int_flag=1;

T0Count=0x00;} } void int_T1(void)interrupt 3{ T1Count++;

5、设计仿真图 输入正弦波频率为1324HZ的仿真情况； 输入方波频率为4216HZ的仿真情况；

6、实物图（未上电）

六、实验结果分析

在实验电路板验收的时候，对于给定的输入信号，数码管显示的频率示数与实际信号源给定的频率有大约20HZ的偏差，产生偏差的原因可能有：1.电路电容的选取不恰当；2.焊接电路板的时候，因为操作不恰当，某些焊点的焊接不到位；3.实际器件与仿真所用到的的元件有差别。

七、心得体会

通过这次课程设计，我熟悉了Keil C51编程与PROTUSE的使用，对单片机的使用有了更深刻的了解，在焊接与测试过程中要有大局观，注意布局和布线。频率计的设计让我更好的了解如何应用单片机的定时器计数器模块。其中最重要的是分析问题解决问题的能力，在我看来，写程序并不难，重要的是把程序优化，无论是在节省硬件资源，还是提高数据的准确度来看，都需要下一些功夫把它做到最好。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

篇2：单片机课程设计_简易频率计数器

--频率计数器

专业：自动化 指导老师：朱兆优 班级：1430201

学号：201430020118 姓名：张超梅

一、绪论

1.1设计任务和要求

二、电路设计方案

2.1电路工作原理 2.2系统性能

三、软件设计方案

3.1功能模块 3.2.编程算法思路 3.3程序流程图

四、系统调试

4.1 硬件调试 4.2 软件调试

五、心得体会

目录

一、绪论

频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。

1.1设计任务和要求

本次课程设计的内容是使用AT89C51单片机最小系统设计频率计系统，系统以单片机为主控单元，主要用于对方波频率的测量，使用 NE555 输出脉冲，用单片机计数器实现技术，再把计数值转换为频率，用静态或动态显示频率值，频率计数器要实现0~1MHz信号频率测量范围，要分段频率段测量，低频段用测周法，高频段用测频法。

二、电路设计方案

2.1电路工作原理

由NE555振荡电路产生脉冲，然后经过二分频电路，然后与定时器/计数器T1相连，P2.0接74Ls273锁存器的时钟信号端，P2.1口接74Ls273锁存器的时钟信号端，P0口接74LS273段选码和位选码，输出与七位共阳数码管显示，采用动态显示。由于P0口输出数据，T2截至，输出级属于开漏电路，要使高电平1信号正确输出，应该外接上拉电阻560k.分频电路

本次设计采用的是脉冲定时测频法，由于考虑到单片机的定时计数器得计数 能力有限，无法对过高频进行测量，所以我们对待测信号进行了分频，这样能提高测量频率的范围，还能相应的提高频率测量的精度。所以我们需要把待测信号进行分频。

显示电路

我们测量的频率最终要显示出来八段LED 数码管显示器由8 个发光二极管组成。基中7 个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光管在数码管显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED 数码管显示器有两种形式：一种是8 个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED 数码管显示器；另一种是8 个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED 数码管显示器。如下图所示。共阴和共阳结构的LED 数码管显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，对应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8个笔划段 h g f e d c b a 对应于一个字节（8 位）的D7、D6、D5、。D4、D3、D2、D1、D0，于是用8 位二进制码就能表示欲显

示

字

符的字

形

代

码。

在单片机应用系统中，数码管显示器显示常用两种办法：静态显示和动态扫 描显示。所谓静态显示，就是每一个数码管显示器都要占用单独的具有锁存功能 的I/O 接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种办法单片机中CPU 的开销小,能供给单独锁存的I/O 接口电路很多。在单片机系统中动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8 个笔划段a-h 同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM 是各自独立地受I/O 线控制。CPU 向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM 端，而这一端是由I/O 控制的，所以我们就能自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的办法，轮流控制各个显示器的COM 端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。

总电路图

三、软件设计方案

3.1功能模块

测周法

 定时器/计数器初始化，测出周期t  4字节除4字节  二进制转换为BCD码  提取BCD码  查表显示

测频法

 定时器/计数器初始化，设置中断

 二进制转换为BCD码  提取BCD码  查表显示 3.2.编程算法思路

子程序主要包括：按键中断子程序、定时中断子程序、计数中断子程序、周期中断子程序、超量程判断子程序、除法子程序、二进制转BCD子程序、显示程子序。除法子程序

该子程序用于周期转换频率，因为周期为两到三字节，所以使用移位除法。

3．3程序流程图

四、系统调试

4.1硬件调试

硬件调试，由大到小，从整体到局部，进行调试。本设计电路简单，所以不一一调试，就最复杂的显示电路进行调试。

先由仿真器连接显示电路，循环发送四位（1-9）显示编码，如果四位都不能显示，检查信号传输电路，时钟电路，电源。

如果四位都能显示，但有的位显示不正确，检查LED与移位寄存器的连线顺序是否正确。如果还显示不正确，与正常的位调换LED数码管。调换后，正常的位显示不正常，则数码管坏了，换数码管。调换后，不正常的位显示不正常，则移位寄存器坏了，换移位寄存器。4.2软件调试 4.2.1软件调试的步骤

(1)源文件的建立：使用菜单 “File-New”或者点击工具栏的新建文件按钮，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口，在该窗口中输入汇编语言源程序（4.2小节所示）。保存该文件，加上扩展名（.asm），这里将文件保存为频率计数器程序.asm。

（2）建立工程文件：点击“Project-New Project”菜单，出现一个对话框，要求给工程起一个名字，输入频率计数器程序,不需要扩展名，点击保存按钮，出现第二个对话框。这个对话框要求选择目标CPU（即我们所使用的芯片型号80C51）点击ATMEL前面的“+”号，展开该层，点击其中的80C51，然后点击确定按钮。回到主界面，此时，在工程窗口的文件页中，出现了“Targ et1”，前面有 “+”号，点击“+”展开，可以看到下一层的“Source Group1”,这时的工程还是一个空工程，里面什么文件也没有，需要手动把刚才编写好的源程序加入，点击“Souce Group”使其反白显示，然后，点击鼠标右键，出现一个下拉菜单。选中其中的“Add file to Group”Souce Group1”，对话框，要求寻找源文件，注意该对话框下面的“文件类型“默认为C Souce file(*.c),也就是以C为扩展名的文件，而我们的文件是以asm 为扩展名的，所以在列表框中找不到频率计数器程序.asm,要将文件类型该掉，点击对话框中”文件类型‘后的下拉列表，找到并选中“Asm Souce File(*.asm,*.a51)”,这样，在列表框中就可以找到频率计数器程序.asm文文件了。双频率计数器程序.asm文件，将文件加入项目，注意，在文件加入项目后，该对话框并不消失，等待继续加入其他文件，但初学时常会认为操作没有成功而再次双击同一文件，这时会出现对话框，提示你所选的文件以在列表中，此时点击确定，返回前一对话框，然后，点击”Close”即可返回主界面，返回后，点击“Souce Goup 1”前的加号，会发现频率计数器程序.asm 文件以在其中。双击文件名，即打开源程序。

（3）工程的详细设置：首先点击左边Project窗口的Target 1,然后使用菜单“Proget-Option for target ‘target 1’”即出现对工程设置的对话框，对这个对话框可谓非常复杂，共有8个页面，要全部高清可不容易，好在绝大部分设置项取默认值就行了。设置完成以后安确认返回主界面，工程建立、设置完毕。（4）编译、连接：在设置好工程后，既可以进行编译、连接。选择菜单Project-Build target,对当前工程进行连接，如果当前文件已修改软件会先对该文件进行比，然后在连接以产生目标代码。编译过程中的信息将出现在输出窗口中的Build页中，如果源程序有语法错误，会有错误报告出现，双击该行，可以定到出错的位置，对源程序反复修改后，最终会得到如图5-1所示的结果，提示获得了名为频率计数器程序.hex的文件，该文件即可被编程器读入并写到芯片中，同时还产生了一些其他相关文件可被用于KEIL的仿真与调试4.2.2调试过程中遇到的问题及解决方法

在进入环境以后，遇到了很多问题，总结如下：(1)提示无asm文件 编译时候提示： F:...XX.asm.hex的文件，该文件即可被编程器读入并写到芯片中，同时还产生了一些其他相关文件可被用于KEIL的仿真与调试。

File has been changed outside the editor, reload ？ 解决方法：重新生成项目，产生频率计数器程序.asm即可。(2)在进入Keil的调试环境以后，发现程序有错。解决方法：将光标定位于需要修改的程序上，用菜单，DebugInline Assambly„即可出现对话框，Enter New 后面的编辑框内直接输入需要修改的程序语句，输入完之后键入回车将自动指向下一条语句，可以继续修改，如果不在需要修改，可以点击右上角的关闭按钮关闭窗口。

（3）程序调试时，一些程序必须满足一定的条件才能被执行到

解决方法：这些条件往往是异步发生或难以预先设定的，这类问题使用的单步实行方法是很难调试的，这时就要使用发现程序调试中的另一种非常重要是方法---断点设置。断点设置的方法有多种，常用的是在某一程序行设置断点，设置好断点后可以全速运行程序，一旦执行到该程序行即停止，可在此观察有关变量值，以确定问题所在。在程序行设置/移除断点的方法是将光标定位于需要设置断点的程序行，使用菜单Debug/Insert/RemoveBreakPoint设置或移除断点（也可以用鼠标在该行双击实现同样的功能）；Debug/Enable/Disable BreakPoint是开启或暂停光标所在懂行的断点功能；Dubug/Disale All BreakPoint暂停所有断点；Debug/Kill All BreakPoint清除所有的断点设置。这些功能也可以用工具条上的快捷键进行设置。（4）输入程序时，有中文标点，用keil编译时出现错误 解决方法：程序里有带中文标点，用英文重输入一遍（5）汇编出现数字、字母混淆 解决方法：字母“O” 和 数字 “0”。主要错在这里。注意细节。

五、心得体会