基于AT89S52单片机数字频率计的设计
摘要：近年来计算机技术飞速发展，于是产品的升级换代也成为家常便饭之事。本毕业设计采用了AT89S52单片机为控制核心，利用C语言编写程序进行了单片机程序的编写，主要使用的电烙铁等硬件工具以及电脑等软件工具，来完成了对于单片机的制作，最后来完成数字频率计的制作。数字频率计是现代电子技术领域的重要测量工具之一。它也是一种广泛应用于其他许多领域的测量仪器。它是计算机、通信设备、音频、视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它与许多电气参数的测量方案和结果有着密切的关系。。设计的频率计可以达到1HZ~99.9KHZ，满足要求的频率范围，测量精准度相对较高。设计的思路主要为四个模块：晶振电路块、AT89S52单片机、LCD1602显示电路、复位电路模块。设计的最终目标是设计完成的数字频率计将集到的数据经过AT89S52单片机的分析和处理，在1602LCD上显示出所测得频率。
关键词：AT89S52；LCD1602液晶显示；复位电路；时钟电路；
Design of digital frequency meter
Abstract In recent years, the rapid development of computer technology, so the upgrading of products has become commonplace. This graduation design used AT89S52 single-chip microcomputer as the control core, the use of C language programming for the preparation of single-chip microcomputer program, the main use of hardware tools such as electric soldering iron and computer software tools, to complete the production of the single-chip microcomputer, and finally to complete the production of digital frequency meter. Digital frequency meter is one of the important measuring tools in the field of modern electronic technology. It is also a measuring instrument widely used in many other fields. It is the computer, communication equipment, audio, video and other research and production fields indispensable measuring instruments. It is closely related to the measurement scheme and result of many electrical parameters. The designed frequency meter can reach 1HZ~ 99.9khz, meet the required frequency range, the measurement accuracy is relatively high. The design idea is mainly four modules: crystal oscillator circuit block, AT89S52 single chip microcomputer, LCD1602 display circuit, reset circuit module. The final goal of the design is to complete the design of the digital frequency meter will collect the data through AT89S52 single-chip microcomputer analysis and processing, in 1602LCD display the measured frequency.
Key words: AT89S52; LCD1602 liquid crystal display; Reset circuit; Clock circuit.
目录
1.引言 3
1.1 研究背景 3
1.2 技术发展过程 3
1.3 研究内容及目标 4
2.智能加湿器的总体设计及需求分析 4
2.1 总体方案设计 4
2.2 器件选型 5
3.智能加湿器的硬件设计 7
3.1电源电路设计 9
3.2放大整形电路 9
3.3 分频电路设计 11
3.4单片机主控模块 12
3.5单片机中断系统 14
3.6 单片机最小电路设计 15
3.7 液晶显示模块介绍 15
3.8显示部分与AT89S52的接口 15
4.智能加湿器的软件设计 14
4.1 LCD初始化设置模块 14
4.2 浮点数到ASCII码转换模块 16
4.3 定时/计时器初始化模块 17
4.4 软件设计总结 18
5.系统调试 19
5.1 硬件调试 19
5.2 软件调试 20
6.总结与展望 21
结束语 2
参考文献 23
附录 24
一、前言
1.1数字频率计的研究背景
随着现代化工业进程的加快，数字电路制造业的不断，人们相应的对数字电子产品提出了更高的要求，同时也对数字电路系统设计人员提出更高的要求，要求设计人员可以在尽可能小的空间完成比之前更多的功能，由此可以提升数字电路系统的性能和速度。例如，频率计可以在现代生产活动中起到监控的生产过程的作用，由此可以迅速察觉系统运行异常的状况，便于提前告知人们异常情况提供处理状况的时间。
不仅如此，数字频率计还广泛的被应用于工业控制以及其他相关的领域。上一代的数字频率计中，示波器测量的精准度要低很多，相对的频率测量误差也比较大。在集成电路出现以前大部分频率计使用TTL设计方法，专用集成电路的发展进步，使得原本繁琐复杂的频率计设计开发的步骤变得简化。然而，之前由于专用集成电路的价格较为昂贵，在实际应用中利用专用集成电路开发的数字频率计较少，并未真正的推广使用。近年来，随着单片机技术的不断进步与发展，使其成本不断降低，价格逐渐亲民。如今，开始普遍利用单片机集成电路来进行数字频率计的开发与设计。单片机开发的频率计拥有测量范围广、测量精准度高、测量误差极小、成本也较低等优点。
1.2 单片机技术的发展
单片机的发明是由于电路的发展需要集成度更高的控制设备。于是研究人员将很多晶体管仪器跟微处理器封装在同一个芯片内。单片机被设计的结构不是特别复杂，应用性能较强。正是由于其功能简单，还有十分优越的可靠性能，它得到了很多方面的赞誉，并且迅速地得到了广泛的推广和使用。但是，基于该系统的单片机仍然没有被市场淘汰，依然在一些领域内被广泛地使用，如今许多领域都还在使用此类功能较为简单的系列单片机。之后，工业控制方面不断地发展于进步原先的8位单片机已经无法满足其需求，16位的单片机也被开发研究出来，但是，由于其价格较高实际工业应用经济效益不高，在实际的生活生产中并没有被大面积地应用。自二十世纪九十年代至今，单片机的技术也愈发成熟，市场应用也更为广阔。在社会生产生活中使用的绝大数的电子和机械领域都将单片机集成在其中，来满足部分功能的实现。比如常用的智能手机，电动的玩具，平板电脑和电脑外设以及其他电脑配件。此外，单片机在个人计算机中的应用的数量更多，不同类型的单片机相互协作互相组合可以使得其更智能的工作。就汽车工业而言，通常一辆汽车上安装了差不多40个单片机微控制器。在更为复杂的工业控制系统中，对单片机的要求更高，同一时刻工作的单片机数量可达数百个。世界上单片机的数目为其他计算机的总和数倍。
1.3研究内容及目标
本毕业设计将用AT89S52单片机为主控制中心，实现频率测量的数字频率设计。频率测量采用设计思想以低频区域直接频率测量为基础。利用硬件设计和软件设计将信号频率测量模块和数据显示模块实现。依靠MCU芯片的控制功能并具有逻辑运算能力，上述功能可用于完成计数和变频等一些工作。设计的频率表满足从1HZ到99.9KHZ的所需频率范围。数字频率计的设计由AT89S52单片机作为控制中心控制，可以控制复位电路，晶体振荡电路，液晶显示器和信号输入模块。设计完成的数字频率计的最终目标是将数字频率计所收到的信息通过单片机的逻辑运算和指令系统控制,把信息传送到液晶显示电路上并呈现出最终所测得频率。
1.4 论文组织结构
本篇论文主要以六章内容来论述了单片机的内容，同时也对于数字频率计的制作做了具体的介绍。首先对于第一章来说，主要对于论文及技术进行了大概的框架介绍，其主要分为技术的研究背景、技术发展过程、课题的研究内容及目标以及论文组织结构这几大部分为主进行了详细的介绍；第二部分主要对整体设计和设计需求进行了分析，完善进行整个系统的设计思路；第三章则是介绍了单片机硬件制作的相关内容，使得硬件制作更加顺利，对于具体的操作过程进行了详细的介绍，对于硬件设备可以完美的制作；第四章以数字频率计的软件制作进行了详细的介绍，对于其制作过程步骤及编程过程进行了详细的描述，对于程序的编写过程也进行了详细的介绍并对于软件程序进行了细致的介绍，使得程序更加的准确及完美；然后第五章是对于整体的作用及效果进行了仔细的介绍以及测试结果的展示，然后最后一章对于制作的过程及结果测试做了一个总结。
二、数字频率计的需求分析及其设计要求
2.1数字频率计的需求分析
在电子技术领域数字频率计在电路设计检测信号都有着多方面用途，设计一个符合市场需求的数字频率计具有很深远的意义。同时也被大面积地应用于其他许多领域的参数测量。其在计算机、现代无线通信、音视频合成和成像等不同的领域都有起到重要的作用。与此同时，频率计和一些电气领域的参数的测量方法和目的都拥有紧密的联系。数字频率计顾名思义作为一种统计单位时间内频率的设备，通常现代电子技术领域中一般也被称为电子计数器。数字频率计的最为基础的功能为测量信号的频率，这个基础功能是频率计数器被大面积应用的主要原因之一。此外，它还不仅被应用在普通简易设备的测量，还可以用于一些教育、科学实验、有较高精准设备测量、工业控制还有其他一些高标准的领域。现在的市场上主流的电子产品往往都有着性能优越、设备结构简易、维护方便、价格低廉等等一些优点。
2.2数字频率计的设计要求
本次毕业设计我们选用AT89S52单片机作为设计数字频率计控制核心。根据本次毕业设计的任务书要求，设计完成的数字频率计应需满足如下的设计要求
（1）频率测量范围为：1Hz~99.99KHz。
（2）输入电压幅度：>20mV。
（3）输入信号的被测波形：方波、三角波、正弦波、锯齿波。
（4）显示位数：采用四位十进制数表示。
（5）量程分为2档，即×1，×10
（6）电源：220V、50Hz。
一、选题简介、意义
数字频率计是现代电子技术领域的重要测量工具之一。它也是一种广泛应用于其他许多领域的测量仪器。它是计算机、通信设备、音视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它与许多电气参数的测量方案和结果有着密切的关系。因此，频率测量变得更加重要。
本次实验中，将以AT89S52单片机为主要控制中心，实现频率测量的数字频率设计。频率测量的基本原理是在低频区采用直接测频法，在低频区采用直接测频法的设计思想。软件由信号频率测量模块和数据显示模块实现。利用单片机的控制功能和数学运算能力，可以实现计数功能和变频。设计的频率计可以达到1HZ~99.9KHZ，满足要求的频率范围，测量精准度相对较高。设计的思路主要为四个模块：晶振电路块、AT89S52单片机、LCD1602显示电路、复位电路模块。设计的最终目标是设计完成的数字频率计将集到的数据经过AT89S52单片机的分析和处理，在1602LCD上显示出所测得频率。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
课题研究：本设计主要是研究基于单片机的数字频率计的设计，能够测量频率范围为1Hz~99.99KHz输入信号波形：方波、三角波、正弦波、锯齿波
主要研究内容：本方案以单片机为控制电路，主要分为信号放大电路、信号整形电路、复位电路、晶振电路、显示电路五大部分。被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到信号整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波信号整形为方波信号。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。
要解决的问题：
(1)掌握数字频率计的原理
(2)数字频率计的原理及电路图
(3)逻辑电路图的设计
(4)单元电路图的设计
(5)以及整体电路设计。
预期目标：设计完成的数字频率计时器能够测量频率范围为1Hz~99.99KHz输入信号波形：方波、三角波、正弦波、锯齿波。各个主要控制电路能够正常运转，实现正常的数字频率计数器的功能
研究步骤：确定设计实现功能将决定设计的结果，所以首先要确定我们想要实现的功能，采用模块化设计方案，根据每个功能的要求对硬件和软件进行研究和突破。
（1） 根据要实现的预期功能确定硬件系统的构成。设计系统的结构框图。
（2） 综合考虑其功能要求、性能指标，即可靠性、抗干扰性等个方面因素，确定系统核心单片机，建立开发平台。
（3） 明确各部分模块功能，确定外围模块芯片，绘制每个部分的原理图。
（4） 综合各部分模块，最后绘制整个系统电路原理图。
（5）程序的设计
（6）硬件的安装与整合
（7）调试
（8）成形
方法及措施等：
（1）查阅有关的期刊论文
（2）网上查阅相关资料参考
（3）图书馆查阅相关的单片机设计文献
（4）请教指导老师和相关专业课老师
参考文献
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