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基于单片机的数字频率计的设计课程设计.doc
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基于单片机的数字频率计的设计课程设计.doc
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单片机课程设计
目录
1 频率计的概要和发展动态 .....................................................1
2 单片机介绍 ................................................................1
2.1 单片机的简介和发展 ...................................................1
2.2 AT89C51 的原理 .......................................................2
2.2.1 主要特性 .......................................................3
2.2.2 管脚说明 .......................................................3
2.2.3 振荡器特性 .....................................................4
2.2.4 芯片擦除 .......................................................4
3 仿真软件 protuse 的介绍 ....................................................5
4 系统模块设计 ...............................................................6
5 硬件部分 ...................................................................6
5.1 整形电路 .............................................................6
5.2 控制电路 .............................................................7
5.3 显示电路 .............................................................8
5.3.1 LCD1602 引脚 ...................................................8
5.3.2 LCD1602 的指令介绍 .............................................8
5.4 总体电路图 ...........................................................9
6 仿真结果 ..................................................................11
6.1 仿真结果 ............................................................11
6.2 结果分析 ............................................................11
7 结论 .....................................................................11
8 参考文献 ..................................................................12
附录 .......................................................................12
1 keil C51 软件介绍 .....................................................12
2 程序流程图 ...........................................................13
3 系统源程序 ............................................................14
单片机课程设计
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1 频率计的概要和发展动态
在电子技术中,频率作为基本的参数之一,它与许多电参量的测量方案、测量结果密
切相关,因此,频率的测量十分的重要。在许多情况下,要对信号的频率进行精确测量,
就要用到数字频率计。数字频率计作为一种基础测量仪器,它被用来测量信号(方波、正
弦波、锯齿波等)频率,并且用十进制显示测量结果。它具有测量精度高、测量省时、使
用方便等特点。随着微电子技术和计算机技术的不断发展,单片机被广泛应用到大规模集
成电路中,使得设计具有很高的性价比和可靠性。所以,以单片机为核心的简易数字频率
计设计,改善了传统的频率计的不足,充分体现了新一代数字频率计的优越性。
2 单片机介绍
2.1 单片机的简介和发展
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微
型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。
通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处
理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,
便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过 1、2、3、3 代的发展,正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价
格、大存储容量、强 I/O 功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个
方面:
1、多功能
单片机中尽可能地把所需要的存储器和 I/O 口都集成在一块芯片上,使得单片机可以
实现更多的功能。比如 A/D、PWM、PCA(可编程计数器阵列)、WDT(监视定时器---看家
狗)、高速 I/O 口及计数器的捕获/比较逻辑等。
有的单片机针对某一个应用领域,集成了相关的控制设备,以减少应用系统的芯片数
量。例如,有的芯片以 51 内核为核心,集成了 USB 控制器、SMART CARD 接口、MP3 解码器、
CAN 或者 I*I*C 总线控制器等,LED、LCD 或 VFD 显示驱动器也开始集成在 8 位单片机中。
2、高效率和高性能
为了提高执行速度和执行效率,单片机开始使用 RISC、流水线和 DSP 的设计技术,使
单片机的性能有了明显的提高,表现为:单片机的时钟频率得到提高;同样频率的单片机
单片机课程设计
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运行效率也有了很大的提升;由于集成度的提高,单片机的寻址能力、片内 ROM(FLASH)
和 RAM 的容量都突破了以往的数量和限制。
由于系统资源和系统复杂程度的增加,开始使用高级语言(如 C 语言)来开发单片机
的程序。使用高级语言可以降低开发 难度,缩短开发周期,增强软件的可读性和可移植性,
便于改进和扩充功能。
3、低电压和低功耗
单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于 CMOS 等工艺的大
量采用,很多单片机可以在更低的电压下工作(1.2V 或 0.9V),功耗已经降低到 uA 级。
这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。
4、低价格
单片机应用面广,使用数量大,带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司
为了提高竞争力,在提高单片机性能的同时,十分注意降低其产品的价格。
在国内,单片机已普遍的应用电子系统的中,其中,以 C 语言为编程基础,结合单
片机典型模块的设计已经开发出了许多应用系统,,如单片机的串口通信、定时/计数
器、看门狗、中断、矩阵键盘输入、ADC、DAC、红外遥控接收、电动机控制、LED 显
示器等。由于单片机的功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、使用方便等优点,
使得基于单片机的数字频率计得到广泛的应用。现在国际国内对这类设计的开发与研究具
有实用性,借助软件程序控制实现,使得频率计的硬件结构简单,具有良好的性价比和可
靠性。同时,该设计又在不断地深入与发展,以适应更高进度的要求。现在虽然单片机的
品种繁多,各具特色,但仍以 MCS-51 为核心的单片机占主流,兼容其结构和指令系统的
有 PHILIPS 公司的产品,ATMEL 公司的产品和中国台湾的 WinBond 系列单片机。以 8031 为
核心的单片机占据了半壁江山,在一定的时期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单
片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补,相辅相成、共同发展的道路。
2.2 AT89C51 的原理
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 CM0S8 处理器,俗称
单片机。该器件采用 ATMEL 高精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
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案。
2.2.1 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:1HZ-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
2.2.2 管脚说明
VCC:电源电压 5v
GND:接地点
P0 口: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。作为输
出口用时,每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路,对端口写“I”可作为高阻抗输入端用。在
访问外部数据存储器或程序存储器时,这组接口线分式转换地址(低 8 位)和数据总线复
用,在访问期间激活上拉电阻。。在 Flash 编程时,P0 口接指令字节,而在程序效验时,
要求外接上拉电阻。
P1 口:P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 的输出缓冲级可驱动 4 个 TTL
逻辑门电路。对端口写“I”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口
使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
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 口被写成“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储时,P2 口输出地址高 8 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 管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口,P3 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。P3.1 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)
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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。
VPPEA /
: 当/EA 保持低电平时, 则在此期间外部程序存储(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。
2.2.3 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。
2.2.4 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
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