1、南京大学金陵学院 毕业论文(设计)南京大学金陵学院毕 业 论 文（设 计）作 者 :学 号：系 部 : 信息工程学院专 业 : 电子信息科学与技术题 目 : 基于 Proteus 仿真的频率计数器指 导 老 师提 交 日 期南京大学金陵学院 毕业论文(设计)摘 要传统的频率计数器由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成。我们知道这种开发费时费力且成本高昂，所以本文以频率计数器为研究对象，利用Proteus 强大的微机处理器仿真功能，结合 Keil 编译器，给出了简易且容易操作的频率计数器的设计方案并完成仿真测试。本文设计了一种以单片机AT89C51 为核心的数字频率计数器,其中硬件部分主要是由
2、整形电路、单片机最小系统和显示单元组成的，软件设计是由一些功能模块来实现的，例如有初始化模块、晶振模块、数据显示模块以及复位模块等等。这种方法很好地弥补了传统开发模式的各种缺点。该频率计数器由 6 位数码管显示器和单片机AT89C51，以及信号时钟发生器等构成，可测量频率范围为 1Hz 到 100KHz 之间。关键词：频率计数器； PROTEUS 仿真； 单片机； 1100kHz南京大学金陵学院 毕业论文(设计)ABSTRACTTraditional frequency counter by combinational circuits and sequential circuits, etc
3、. A lot of hardware circuit. We know that this development laborious and costly, so based on the frequency counter as the research object, the use of Proteus powerful microcomputer processor simulation, combining with Keil compiler, presents a simple and easy to operate the frequency counter design
4、and complete the simulation test. In this paper, we design a microcontroller AT89C51 as the core of the digital frequency counter, the hardware part mainly by shaping circuit, single chip microcomputer minimum system and display units, the software design is composed of some functional modules, such
5、 as initialization module, crystal vibration module, data display module as well as the reset module and so on. This method is good enough to make up the flaws of the traditional development mode. The frequency counter by the LCD display and a single chip microcomputer AT89C51, and clock signal gene
6、rator, the measured frequency range between 1 HZ and 100 KHZ.Key words：Frequency counter； PROTEUS simulation and single-chip microcomputer； 1 100KHZ 南京大学金陵学院 毕业论文(设计)目录摘 要 .2ABSTRACT.3目录 .4第一章 引言 .51.1 引言 .51.1.1 简单介绍频率计数器 .51.1.2 研究意义 .61.2 要实现的目标 .7第二章 工具介绍 .82.1 PROTEUS 仿真软件 .82.1.1 简介 .82.1.2 功能
7、特点 .82.1.3 proteus 的使用 .92.2 keil uvision4 软件 .102.2 .1 keil uvision4 软件的介绍 .102.2.2 keil uvision4 软件的使用 .102.3 关于 C 语言 .11第三章 硬件和软件设计 .123.1 硬件设计 .123.1.1 AT89C51 单片机 .123.1.2 AT89C51 的晶振接法 .133.1.3 单片机的复位 .143.1.4 显示电路 .153.1.5 系统总体电路图 .163.2 软件设计 .163.2.1 关于信号处理的介绍 .163.2.2 关于终端控制 .173.2.3 关于控制寄存
8、器 .18第四章 调试测试 .194.1 软件的编译调试 .194.2 载入单片机后的测试 .194.3 误差分析 .21结束语 .22参考文献 .24南京大学金陵学院 毕业论文(设计)附录 .25第一章 引言1.1 引言1.1.1 简单介绍频率计数器我们经常需要测量频率、时间间隔、相位和对事件计数，精确的测量离不开频率计数器或它的同类产品，如电子计数器和时间间隔分析仪。这些仪器为研发提供高精度和分析能力，为大批量生产提供高效率并为维修提供低成本和便携性。信号频率、时间间隔、相位和脉冲计数等是常见的测量对象，对它们的测量离不开频率计数器或它的同类产品，如电子计数器和时间间隔分析仪等。利用先进的
9、 PROTEUS 仿真软件可以方便地研究频率计数器。最早的电子计数器是为了对诸如原子现象之类的事情进行计数而设计出来的。在发明计数器之前，频率的测量都是用频率计(一种精度很低的协调装置)完成。频率计数器是以数字方式对信号参数进行精密测量的首批仪器之一。衡量频率计数器的主要指标是测量范围、测量功能、精度和稳定性，这些也是决定价格高低的主要依据。随着电子测试技术的发展，频率计数器日趋成熟。目前，频率计数器已经能轻松测量射频、微波频段信号。除频率测量外，大多数频率计数器还综合了以下功能：频率比、时间间隔、周期、上升/下降时间、相位、占空比、正/负脉冲宽度、总和、峰值电压以及时间间隔平均等。频率计功能
10、延伸的最高境界就是综合了调制域分析仪的功能。本文从频率计数器基本功能出发，对测量参数分别做出介绍，最后介绍频率计数器的一些数学统计功能。南京大学金陵学院 毕业论文(设计)频率计数器作用是根据其应用来设计的。频率计数器最常见的应用是确定发射机和接收机的特性。发射机的频率必须进行检验和校准，才能符合有关规章制度的要求。频率计数器能对输出频率和一些关键的内部频率点(如本振)进行测量，是否满足技术指标。频率计数器的另一些应用包括计算机领域，在此领域中的数据通信、微处理器和显示器中都使用了高性能时钟。对性能要求不高的应用领域包括对机电产品进行测量。频率计数器的早期应用之一是作为信号发生器的一部分。在信号
11、发生器信号输出之前，先通过频率计数器部件测量该信号，测量到的结果被转换为模拟信号用于反馈控制信号发生器的频率，直到达到所需要的数值，从而能得到稳定的信号输出。目前，很多信号发生器中都集成了频率计数器的简单作用。例如 OI1842 信号发生器也集成了测量范围为 0.1Hz50MHz 的频率计数器作用。在目前的电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。频率计可以用纯硬件电路搭制。本文设计了一种以单片机 AT89C51 为核心的数字频率计，其中硬件部分主要是由整形电路、单片机最小系统和显示单元组成的，软件设计是由一些功能
12、模块来实现的，例如有初始化模块、数据显示模块等等。此外，通过控制单片机的各项功能和运算操作能力进而来实现周期和频率间的计数和数据的保存。通过这样的设计能测量频率 1Hz-100kHz，这既达到了设计所要求的频率测量范围，又达到了较高的精确度。测量时，将被测输入信号送给单片机，通过程序控制计数，结果送数码管显示频率值。本设计中的频率计具有电路结构简单、成本低、测量方便、精度较高等特点,适合测量低频信号，能基本满足一般情况下的需求，既保证了测频精度，又使系统具有较好的实时性，并且本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。另外，由于本设计采用了模块化的设计方法，提高了测量频率的范围，并且本
13、次设计包括硬件画图和软件程序编写。1.1.2 研究意义我们知道随着科学技术的发展，尤其是单片机技术和半导体技术的高速发展，频率计的研究及应用越来越受到广泛重视，这样对频率测量设备的要求也越来越高。就目前来说，微处理器芯片发展迅速，不同领域的应用芯片在其中南京大学金陵学院 毕业论文(设计)发展很快。而 51 单片机是一门发展极快，应用方式极其灵活的使用技术。它以灵活轻便的设计、微小可以忽略不计的功耗、低廉可观的成本，在数据采集方面、过程的控制当中、模糊控制、智能化仪表等领域得到广泛的应用，极大地提高了这些关键领域的技术水平和自动化程度,为现代工业注入了新的活力。频率计数器是一种基础测量仪器，到目
14、前为止已有 30 多年的发展历史。我们所知道的传统的数字频率计数器，可以通过各种普通的硬件电路以及软件电路组合来实现，其中间的开发过程当中、以及调试过程十分复杂，而且由于电子元器件中减少相互干扰的程度，最后导致影响频率计的精度，同时由于电子器件体积不小，已经远远不能够适应当前电子行业的不断发展要求需要。随着当前科学技术的高速发展，频率计数器也日益得到了发展和技术的提高。目前已经有操作非常方便、量程宽阔、可靠性较高的频率计；也有较高的分辨率、高精度值、测量高稳定性、位移速度的频率计数器。早期，设计师们追求的目标主要在于是扩展测量范围，再加上提高测量精度、高稳定度等，这些也是人们衡量频率计的技术水
15、平，决定频率计数器价格高低的判断依据。目前这些基本科学技术日臻完善与成熟，得到了长足的发展。现代科技技术可以相当容易地将频率计数器的测频上限扩展到微波频段。在我们测试通讯方面、微波器件或产品的研发的过程中，是需要测量其中的频率的。在现代电子技术设计中，频率是其中最基本的参数，我们知道并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得出更加的重要性。51 单片机频率计数器以其可靠性高、体积小巧、价格低廉、功能俱全等优点，广泛地适用于各种现代智能仪器和现代化工业体系中，这些的生活当中的智能仪器的操作在进行仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化、智能化，传统仪器面板上的
16、开关和旋钮被现实生活中键盘所代替利用，如今的测试员在测量时只需按需要的键，省掉很多繁复的人工调节，智能仪器通常能自动选择量程，能够具有自动校准功能。有的还能自动调整测试点，如此一来方便了正常操作，也提高了测试精度,另外，在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率计在科教科研、仪器测量、工业控制、集成控制等方面都有较广泛的应用和推广。并且在不断发展当中，我相信在不久的将来必将取得更大的发展。南京大学金陵学院 毕业论文(设计)1.2 要实现的目标利用 AT89C51 单片机的 T0、T1 的定时计数器功能，来完成对单片机内部定时器的输入信
17、号进行频率计数，计数的频率结果通过 LCD（1602）并口显示器动态显示出来。要求能够对 1HZ100KHZ 的信号频率进行准确计数。在PROTEUS 仿真软件下进行电路设计、选择元器件、接插件、连接电路以及电路检测并最终获得实验结果。最终使得改变时钟发生的频率，用 6 位数码管显示，比较误差值。第二章 工具介绍2.1 PROTEUS 仿真软件2.1.1 简介Proteus 软件是英国的 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有我们所认识的其它 EDA 工具软件的仿真功能，此外还具备仿真单片机及外围部件。就目前情况来看它是最好的仿真单片机及外围器件的
18、工具之一，所以这次实验我们也将用到它。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具，从电路原理图分布、调试代码到单片机与外围电路协同仿真，切换设置，真正的实现了从概念到产品的完整设计流畅。他是目前世界上唯一将电路仿真、PCB 和虚拟性质的模型仿真软件三项合一的设计平台规划，这种创新给这款软件带来了无与伦比的优势。其中各种处理器模型支持 8051、及 HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、ARM、8086 和MSP430 等各种单片机，目前来看 2011 年又增加了比如 Cortex 和 DSP 等系列处理器的模块。这些亮点导致他基本是独一无二的。2.1.2 功能特
19、点主要特点南京大学金陵学院 毕业论文(设计)1、原理分布图的展现2、自动或人工布线 PCB3、电路超级仿真模块 SPICE4、电路互动仿真模块用户甚至可以实时采用诸如 RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI 器件，部分 IIC 器件。5、仿真处理器及其外围电路可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型。人性化设计：超过 27000 多种元器件，可以方便进行创建。即使模糊的搜索也能找到相应的元器件。智能化的连线结构，方便简单。支持总线结构，让用户和读者能够明确分析线路结构。还有很多方便快捷的运用方式，这里不再赘述。2.1.3 proteus 的使用新建一个空白文档打开元件库，并寻找自己所用的元件，例如 AT89C51。南京大学金陵学院 毕业论文(设计)然后把所需的元件用普通连线和总线的方式连接起来。例如本次实验的连接方式。2.2 keil uvision4 软件2.2 .1 keil uvision4 软件的介绍2009年2月发布 Keil uVision4，Keil uVision4引入了灵活的窗口管理系统窗口，使研究开发人员能够使用多台监视器进行监视，并提供了视觉上操作上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方的数据。新的用户界面可以较好地利用
