的原理，很容易想到利用51單片機(jī)的T0、T1兩個定時/計數(shù)器，一個用來定時，另一個用來計數(shù)。
1.3 設(shè)計課題總體方案介紹及工作原理說明
本次設(shè)計主要分成兩大方面：硬件電路的設(shè)計和軟件程序的設(shè)計。硬件電路方面，采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，便可實(shí)現(xiàn)課題要求。程序的設(shè)計方面，本人采用C語言編寫程序。
1.3.1 數(shù)字頻率計總體方案設(shè)計
本方案主要以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的計數(shù)、定時功能來實(shí)現(xiàn)頻率的計數(shù)并且利用單片機(jī)的動態(tài)掃描法把測出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。其原理框圖如圖2所示：
圖1-2 單片機(jī)原理框圖
本方案主要以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的計數(shù)器和定時器的功能對被測信號進(jìn)行計數(shù)。編寫相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動調(diào)節(jié)測量的量程，并把測出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。
2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計
2.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹
本次課程設(shè)計用到的硬件電路有七個部分組成（見表2-1和圖2）電路圖見附錄A。
表2-1 硬件電路說明
2.2 硬件電路主要部分的介紹
2.2.1數(shù)碼管電路
圖2-1 數(shù)碼管電路
如圖2所示數(shù)碼管電路采用了兩個4位一體共陽數(shù)碼管，P0口接為段控口，電阻的作用是限流，P2口為位控口控制三極管通和斷，當(dāng)其為低電平時三極管接通，相應(yīng)的數(shù)碼管顯示。
2.2.2 獨(dú)立鍵盤電路
圖2-2 獨(dú)立鍵盤電路
如圖2，獨(dú)立鍵盤電路采用按鍵低電平有效。接P1口，P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。
2.2.3復(fù)位電路
圖2-3 復(fù)位電路
如圖3，復(fù)位電路采用手動復(fù)位的方式，利用一個電容電壓的不可突變性使得復(fù)位信號能夠維持2個周期的高電平。
2.2.4 晶振電路
圖2－4 晶振電路
如圖2－4，當(dāng)MCS-51內(nèi)部的定時器/計數(shù)器被選定為定時器工作模式時，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機(jī)器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器增1，因此定時器/計數(shù)器的輸入脈沖的周期與機(jī)器周期一樣，輸入脈沖的頻率為時鐘振蕩的1/12。當(dāng)采用12MHz頻率的晶體時，計數(shù)速率為1MHz，輸入脈沖的周期間隔為1us。當(dāng)定時器/計數(shù)器用作計數(shù)器時，計數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳T0和T1。當(dāng)輸入信號產(chǎn)生由1至0的負(fù)跳變時，計數(shù)器的值增1，對外部輸入引腳進(jìn)行采樣。
2.2.5 電源電路
圖2－5 電源電路
如圖2－5，采用2種供電方式，一種為USB供電，另一種是外接12V電源。
2.2.6下載口電路
如圖2－6下載口電路
如圖2－6所示，用PC的ＵＳＢ口供電，通過下載口把程序?qū)胄酒?/font>
2.2.7 AT89S52芯片
圖2－7 AT89C52芯片
如圖2－7，主控制器采用AT89C52,是ATMEL公司生產(chǎn)的一款性能穩(wěn)定的8位單片機(jī)。AT89C52具有1個8KB的Flash程序存儲器，1個256字節(jié)的RAM，4個8位的雙向可位尋址I/O端口，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位的定時/計數(shù)器及一個串行口和1個6向量二級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶體振蕩器及時鐘電路。
3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計
3.1 使用單片機(jī)資源的情況
內(nèi)部RAM：20H單元存鍵碼；40H--47H單元為顯示頻率、脈寬、占空比的緩沖區(qū)；30H--37H單元為顯示學(xué)號信息的緩沖區(qū)；21H--24H、60H和66H為間接存數(shù)區(qū)；SP指向70H單元；使用了通用寄存器區(qū)的第0組和第2組通用寄存器組；使用了專用寄存器區(qū)中的A、IE、P0、P2、P3，其中P0口為段控口，P2口為位控口，P3.4口作為頻率待測信號的輸入口，P3.2為待測周期、脈寬、占空比信號的輸入口。
3.2 軟件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹
程序中主要的子程序?yàn)椋簻y量頻率程序，測量周期程序，測量脈寬程序，測量占空比程序，其次有把二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為是十進(jìn)制的進(jìn)制轉(zhuǎn)化程序和顯示程序。測量頻率程序，測量周期程序，測量脈寬程序，測量占空比子程序在下一節(jié)中會介紹，而其它子程序相對比較簡單，本節(jié)主要介紹進(jìn)制轉(zhuǎn)化子程序。
進(jìn)制轉(zhuǎn)化子程序是利用對10循環(huán)求取余數(shù)的方法，把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)。其核心是“移位相減”即把被除數(shù)向余數(shù)單元左移，然后把余數(shù)和除數(shù)想減，然后把被除數(shù)移位后騰出來的低位存放商，這樣除法完成后，被除數(shù)已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到余數(shù)單元并逐次被減得到最后的余數(shù)，而被除數(shù)單元被商代替。
3.3 設(shè)計原理簡介
本次設(shè)計的重點(diǎn)的合理利用定時/計數(shù)器。
測量頻率：使用T0的計數(shù)功能，T1的計時功能，當(dāng)它們同時工作時如計時時間為1S，則T0中計的數(shù)即為頻率。
測量周期：此處定義周期為信號兩個相鄰上升沿的時間差，因此定時器從第一個上升沿開始計時到第二個上升沿結(jié)束計時即可測得周期。
因?yàn)闇y量脈寬和占空比的原理和測量周期的一致，此處便不再重復(fù)。
3.4 軟件系統(tǒng)程序流程框圖
4 設(shè)計誤差分析及總結(jié)
4.1 誤差分析
由于程序中所用的定時/計數(shù)器均在查詢的方式下工作，加上實(shí)物晶振頻率的誤差，測量誤差在所難免，而且由于受程序和單片機(jī)本身所限，對測量量也有一定的要求。
由于系統(tǒng)的晶振頻率為12MHz所以單片機(jī)的機(jī)器周期T1為1uS,定時/計數(shù)器用的是查詢方式，故Tmin=2T1，Tmax=1S，而受顯示數(shù)碼位控所限，fmax=65535Hz綜上，對待測頻率信號打要求是：
。對待測周期信號的要求是
。對待測脈寬信號的要求是：
。由于占空比程序使用的是定時/計數(shù)器的工作方式2，故不同的待測信號，要求不同，不符合測量要求的信號，將會出現(xiàn)較大的誤差。
在測量范圍內(nèi)的誤差，主要由晶振系統(tǒng)和定時器查詢程序所占的時間產(chǎn)生，其中最大的是頻率的誤差，因此要靠調(diào)節(jié)延時程序的初值，減小誤差。
4.2 頻率計的使用說明
待測頻率信號從P3.4口引入，待測周期信號和待測脈寬及占空比信號從P3.2口引入。測量不同的待測信號之前要按復(fù)位鍵S1手動復(fù)位。S2鍵測周期，S3鍵測頻率，S4鍵測脈寬，S5鍵測占空比，按S6顯示學(xué)號信息。
4.3 實(shí)物的運(yùn)行分析
用keil4編程，把生成的.hex文件通過下載口導(dǎo)入單片機(jī)，測得數(shù)據(jù)如表4-1所示：
表4-1 實(shí)物的運(yùn)行分析
由表4-1可知，實(shí)物測量誤差較小，完成設(shè)計任務(wù)。
4.4 設(shè)計總結(jié)
基于單片機(jī)的頻率計的設(shè)計涉及到計算機(jī)的硬軟件知識，通過對系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試，本次設(shè)計主要完成了以下工作：提出基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計設(shè)計的基本方案；完成了硬件電路設(shè)計和軟件電路的設(shè)計；編譯了頻率計的控制程序、數(shù)碼轉(zhuǎn)化程序、數(shù)據(jù)顯示程序等系統(tǒng)軟件程序；對硬件電路進(jìn)行了誤差分析。
通過本次課程設(shè)計，使我更加熟悉了單片機(jī)最小系統(tǒng)，在設(shè)計的過程中，難點(diǎn)首先是程序的編寫，這使我不得不把教材完整的看一遍。然后是求余程序的編寫，移位相減解決了這個問題。再次是對頻率連續(xù)可測量并使顯示不間斷，在延時程序中調(diào)用顯示程序使這個問題得到了解決。其實(shí)設(shè)計程序中最主要的問題就是程序的循環(huán)了，這就要有清晰的思路，課程設(shè)計本身就是一個發(fā)現(xiàn)問題解決問題的平臺，只是這一次我利用這個平臺發(fā)現(xiàn)了一些顯而易見的問題，本次設(shè)計暴露的我課本知識掌握不牢的缺點(diǎn),今后應(yīng)當(dāng)努力學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識。
致 謝
在這實(shí)習(xí)的兩周中我了解到了很多書本上未曾有過的東西，在我多次陷入困境時找到了出路，從而使我們能輕松完成此次設(shè)計同時結(jié)合實(shí)踐操作，可以體現(xiàn)現(xiàn)代化的設(shè)計方法和理念，使電子課程設(shè)計在培養(yǎng)我們能力方面得到比較大的提高。通過此次的課程設(shè)計我對數(shù)字電子課本上的基本知識有了更深刻的領(lǐng)悟和掌握，由于我設(shè)計的是數(shù)字頻率計涉及的知識面很廣所以我查閱了很多的書籍并上網(wǎng)查閱了相關(guān)的知識才完成了這份課程設(shè)計，在這個過程中遇到了種種的問題但是通過老師和同學(xué)的幫助以及查閱書籍最終解決了問題。謝學(xué)校和老師對我的培養(yǎng)，給我這個自己動手的機(jī)會和空間。經(jīng)過一段時間，終于在完成了設(shè)計，對自己的能力有了很大的提升。在此我要感謝每一個幫助過我的人。在此我要感謝我的老師和同學(xué)，在我最困難的時候伸出援助之手，用他們的智慧幫我解決各個難題。
總而言之，感謝每一位關(guān)心過我的人，他們今天對我的付出，成為我將來工作的動力。
參考文獻(xiàn)
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附錄A
PCB圖
元器件布局圖
簡易頻率計.docx
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