基于51单片机频率计的设计与实现..docx

摘　要本设计提出了一种基于AT89C52单片机开发的数字频率、相位测量仪的设计。系统以单片机AT89C52及异或器件为核心，构成完备的测量系统。可以对信号进行频率、相位等参数的精确测量，测频绝对误差不大于0.1HZ,测相位差绝对误差不大于0.1°。采用液晶LCD1602显示被测信号的频率、相位差。与传统的电路系统相比，其有处理速度快、稳定性高、性价比高、硬件结构简单的优点。关键词：单片机；低频；绝对误差1、设计方案此次课程设计采用间接测量法来测量。此次设计涉及到相位差，即两列波形异或得到的波形只需要测高电平，要用到GATE信号，GATE=1时，TR0=1，INTO=1才能启动计数器，而计数器0是通过外部中断INTO的下降沿开始触发的，计时器从0开始计时，计数器只能测高电平，因此测得的时间为半个周期。当计数器0计时溢出，执行m加1的操作。则测量时间为：t1=TH0*256+TL0+m*65536 ，所求频率F=1000000/(2*t1)测量两方波的相位差时,先将两方波信号异或，得到的新波形输入外部中断1的入口，在信号的第n个下跳沿时，进入外部中断的程序，开启计数器1。第n+1个下跳沿到来时，则关闭计数器1，当GATE=1时，只有在INT1=1 时，TR1=1时，计数器T1才开始计数，当计数器0计时溢出，执行m加1的操作,所以读的的时间只为高电平的持续时间，即为两方波的相隔时间t2，相位差可计算如下：t2=TH1*256+TLI+N*65536 ;则相位差P=t2/(2*t1)*360 1.1设计基本原理 1.1.1测量频率的原理 定时/计数器工作在方式1，每产生一次定时器0中断，计数65536个脉冲，此时的脉冲来自振荡器的12分频后的脉冲，其周期为1uS。根据产生外部中断0时，定时器0中断的次数u，以及此时定时/计数器0计数寄存器的数值X，即可求得待测方波的周期为：T=(65536*u+X)us ，取其倒数即可求得待测方波的频率，小数点后保留两位，即可使得频率精度为0.1HZ。1.1.2相位差的测量原理将两路同频不同相的方波信号进过鉴相器（即异或）后得到的脉冲宽度t与方波信号的周期T的比值（占空比），即对应为两信号的相位差，此时相位差。其中，脉冲宽度的测量方法与方波周期的测量方法相同。相位差测量的原理图如下：图1 相位差测量原理图1.2系统设计框图经过方案论证和比较后,最终确定的系统框图如图1所示,主要由AT89C52单片机、异或器件、LCD1602、电源等组成。 单片机AT89C52显示器LCD1602鉴相器方波A方波B图2 系统设计框图2、系统硬件线路设计图2.1 单片机最小系统设计单片机最小系统是能补足单片机工作的最简单电路，它由单片机、电源、晶体振荡器、复位电路等构成。它是本系统的处理单元也是控制单元，负责处理信号、外设的接口与控制，同时它也是所有软件的载体。本系统采用AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。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~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。其管脚如下图所示：图3 AT89C52单片机管脚图本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接。单片机正常工作时，都需要有一个时钟电路和一个复位电路。本设计中选择了内部时钟方式和按键电平复位电路，来构成单片机的最小电路。如图3所示。图4 单片机最小系统2.2液晶LCD1602显示电路字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表1所示:表 1 LCD1602引脚接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电