1 / 1 《综合课程设计》
一．数字频率计的设计
姓名：万咬春 学号2005142135
一、课程设计的目的
通过本课程设计使学生进一步巩固光纤通信、单片机原理与技术的基本概念、基本理论、分析问题的基本方法；增强学生的软件编程实现能力和解决实际问题的能力，使学生能有效地将理论和实际紧密结合，拓展学生在工程实践方面的专业知识和相关技能。
二、课程设计的内容和要求
1．课程设计内容
（硬件类）频率测量仪的设计
2．课程设计要求
频率测量仪的设计
要求学生能够熟练地用单片机中定时/计数、中断等技术，针对周期性信号的特点，采用不同的算法，编程实现对信号频率的测量，将测量的结果显示在LCD 1602上，并运用Proteus软件绘制电路原理图，进行仿真验证。
三．实验原理
可用两种方法测待测信号的频率
方法一：（定时1s测信号脉冲次数）
用一个定时计数器做定时中断，定时1s，另一定时计数器仅做计数器使用，初始化完毕后同时开启两个定时计数器，直到产生1s中断，产生1s中断后立即关闭T0和T1（起保护程序和数据的作用）取出计数器寄存器内的值就是1s内待测信号的下跳沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启T0和T1这样即可进入下一轮测量。
原理示意图如下：
1 / 1 实验原理分析：
1． 根据该实验原理待测信号的频率不应该大于计数器的最大值65535，也就是说待测信号应小于65535Hz。
2． 实验的误差应当是均与的与待测信号的频率无关。
方法二（测信号正半周期）
对于1：1占空比的方波，仅用一个定时计数器做计数器，外部中断引脚作待测信号输入口，置计数器为外部中断引脚控制（外部中断引脚为“1”切TRx=1计数器开始计数）。单片机初始化完毕后程序等待半个正半周期（以便准确打开TRx）打开TRx，这时只要INTx（外部中断引脚）为高电平计数器即不断计数，低电平则不计数，待信号从高电平后计数器终止计数，关闭TRx保护计数器寄存器的值，该值即为待测信号一个正半周期的单片机机器周期数，即可求出待测信号的周期：待测信号周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt为测得待测信号的一个正半周期机器周期数；fsoc为单片机的晶振。所以待测信号的频率f=1/T。
原理示意图如下：
实验原理分析：
1． 根据该实验原理该方法只适用于1：1占空比的方波信号，要测非1：1占空比的方波信号
2． 由于有执行f=1/（2*cnt/(12/fsoc)）的浮点运算，而数据类型转换时未用LCD浮点显示，故测得的频率将会被取整，如1234.893Hz理论显示为1234Hz，测得结果会有一定程度的偏小。也就是说测量结果与信号频率的奇偶有一定关系。
3． 由于计数器的寄存器取值在1~65535之间，用该原理时，待测信号的频率小于单片机周期的1/12时，单片机方可较标准的测得待测信号的正半周期。故用该原理测得信号的最高频率理论应为fsoc/12 如12MHZ的单片机为1MHz。而最小频率为f=1/（2*65535/(12/fsoc)） 如12MHZ的单片机为8Hz。
四．实验内容及步骤
1. 仿真模型的构建
数字方波频率计的设计总体可分为两个模块。一是信号频率测量，二是将测得的频率数据显示在1602液晶显示模块上。因此可搭建单片机最小系统构建构建频率计的仿真模型。原理图，仿真模型的总原理图如下：
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2. 液晶显示部分功能与原理分析
由于此部分并非课程的主要部分，故仅作简要原理分析
A．1602硬件接口及功能接口
//硬件接口部分**********************************************************
sbit LcdRs = P2^0;
sbit LcdRw = P2^1;
sbit LcdEn = P2^2;
sfr DBPort = 0x80; //P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.数据端口
//向LCD写入命令或数据
************************************************************
#define LCD_COMMAND 0 // Command
#define LCD_DATA 1 // Data
#define LCD_CLEAR_SCREEN 0x01 // 清屏
#define LCD_HOMING 0x02 // 光标返回原点
//设置显示模式************************************************************
#define LCD_SHOW 0x04 //显示开
#define LCD_HIDE 0x00 //显示关
#define LCD_CURSOR 0x02 //显示光标
#define LCD_NO_CURSOR 0x00 //无光标
#define LCD_FLASH 0x01 //光标闪动
#define LCD_NO_FLASH 0x00 //光标不闪动
//设置输入模式************************************************************
#define LCD_AC_UP 0x02 //将光标返回0x00
#define LCD_AC_DOWN 0x00 // default
#define LCD_MOVE 0x01 // 画面可平移
#define LCD_NO_MOVE 0x00 //default
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B．1602初始化流程和原理框图
void LCD_Initial()
{
LcdEn=0;
LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38); //8位数据端口,2行显示,5*7点阵
LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);
LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); //开启显示, 无光标
LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN); //清屏
LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE); //AC递增, 画面不动
}
C． 写DDRAM地址（原理框图如上）
void GotoXY(unsigned char x, bit y)
{ if(y==0)
LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x);
if(y==1)
LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x-0x40));
}
D．写字符串（原理框图如上）
void Print(unsigned char *str)
{ while(*str!='\0')
{ LCD_Write(LCD_DATA,*str);
str++;
} 开始
清使能端写命令：8位数据端口,2行显示,5*7点阵
重写控制命令
写命令：开启显示, 无光标
写命令：清屏
写命令：AC递增, 画面不动 结束
初始化流程 开始
y=0? x，y
Y N
写命令（80H+x）
写命令（80H+40H+x）
初始化结束
写DDRAM地址，DDRAM地址与屏幕相对应 开始
*str=0字符串首地址str
Y N
写写数据*str
str地址加1
结束
写字符串
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3.程序机原理框图（关于显示函数部分不列出，只分析算法函数）
方法一：
用定时计数器T0做脉冲计数器（下跳沿有效），开始与暂停由T1控制定时计数器T1做定时中断，定时1s，定时开启置T0开始计数，定时完毕，置T0为暂停，关闭T1，读取计数数据并清空计数器，将计数数据装换为有效规范的字符串显示后再开启T0和T1，进入下一轮测量。
以下是程序的核心部分：（定时1s，取计数数，并将其转换显示出来）原理框图如下
void timer1() interrupt 3 //定时50ms
{ TH1=THCLK;
TL1=TLCLK;
if(--Cnt==0) //Cnt初值为20
{
TR0=0; TR1=0;
Cnt=CntNum;
tmp=TH0*256+TL0;
TH0=TL0=0;
Dynamic_LCD_Print();
TR0=1;
TR1=1;
}
}
方法二：
用一个定时计数器做计数器，外部中断引脚作待测信号输入口，置计数器为外部中断引脚控制（外部中断引脚为“1”切TRx=1计数器开始计数）。单片机初始化完毕后程序等待半个正半周期（以便准确打开TRx）打开TRx，这时只要INTx（外部中断引脚）为高电平计数器即不断计数，低电平则不计数，待信号从高电平后计数器终止计数，关闭TRx保护计数器寄存器的值，该值即为待测信号一个正半周期的单片机机器周期数，即可求出待测信号的周期：待测信号周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt为测得待测信号的一个正半周期机器周期数；fsoc为单片机的晶振。所以待测信号的频率f=1/T。
以下是程序的核心部分：（原理框图如下）
void chkfreq() //
{ while(FreqIN==0);
while(FreqIN==1);
TR0=1;
while(FreqIN==0);
while(FreqIN==1);
TR0=0;
cnttime=500000/(TH0*256+TL0);
TH0=TL0=0;
tmp=(int)cnttime;
Dynamic_LCD_Print();
}
4.原理框图如下