優秀畢業設計-單片機頻率計論文-模擬仿真齊全-資料下載頁

【導讀】在電子領域內,頻率是一種最基本的參數,并與其他許多電參量的測量方案和測量結果都有著十分密切的關系。由于頻率信號抗干擾能力強、易于傳輸，可以獲得較高的測量精度。因此,頻率的測量就顯得尤為重要，測頻方法的研究越來越受到重視。頻率計作為測量儀器的一種，常稱為電子計數器，它的基本功能是測量信號的頻率和周期頻率計的應用范圍很廣,它不僅應用于一般的簡單儀器測量,而且還廣泛應用于教學、科研、高精度儀器測量、工業控制等其它領域。頻率計廣泛采用了高速集成電路和大規模集成電路，使儀器在小型化、耗電、可靠性等方面都發生了重大的變化。目前,市場上有各種多功能、高精度、高頻率的數字頻率計,但價格不菲。為適應實際工作的需要,本次設計給出了一種較小規模和單片機相結合的頻率計的設計方案,不但切實可行,而且體積小、保密性強、設計簡單、成本低、精度高、可測頻帶寬，大大降低了設計成本和實現復雜度。

　　

【正文】 TL1=0xB0。} 定時器中斷服務模塊子程序在頻率測量過程中，我們使用單片機的定式計數器來實現頻率的測量。當計數器0工作一段時間后，我們要讀取計數值進行頻率計算時，首先要關閉定時器1來切斷外部信號，然后讀取計數器中的數值來進行計算。其相應功能代碼即定時器T1中斷服務子程序為：void TIMER1_ISR (void) interrupt 3 using 1{ EA=0。 //關總中斷TR0=0。 //關定時器0TR1=0。 //關定時器1flag=!flag。TH1=0x3c。 TL1=0xB0。 frequence=(TH0*0x100+TL0)/200。if(flag)P3=P3|15。elseP3=P3amp。(~(15))。TH0=0x00。 TL0=0x00。TR1=1。 // 開定時器1TR0=1。 // 開定時器0EA=1。 // 開總中斷}6 系統的模擬及仿真本次基于單片機的頻率計設計是通過Proteus ISIS軟件來進行模擬和仿真的。Proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路(如LCD、RAM、鍵盤、馬達、LED、AD/DA等)。 Proteus ISIS簡介 Proteus ISIS的概況簡介及特點Proteus ISIS 是英國Labcenter 公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows 操作系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。Proteus 與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU 的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調試時，關心的不再是某些語句執行時單片機寄存器和存儲器內容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。該軟件的特點是：① 實現了單片機仿真和SPICE 電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS232 動態仿真、I2C 調試器、SPI 調試器、鍵盤和LCD 系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。② 支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片機類型有：68000 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③ 提供軟件調試功能。在硬件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態，因此在該軟件仿真系統中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環境，如Keil C51 uVision2 等軟件。④ 具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。 Proteus ISIS的運行概況1) proteus的工作過程運行proteus 的ISIS 程序后，進入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設置view 菜單下的捕捉對齊和system下的顏色、圖形界面大小等項目。通過工具欄中的p(從庫中選擇元件命令)命令，在pick devices 窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調整其相對位置，元件參數設置，元器件間連線，編寫程序；在source 菜單的Definecode generation tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴展名等項目；在source 菜單的Add/removesource files 命令下，加入單片機硬件電路的對應程序；通過debug 菜單的相應命令仿真程序和電路的運行情況。2) Proteus軟件所提供的各種資源Proteus 軟件所提供了30 多個元件庫，數千種元件。元件涉及到數字和模擬、交流和直流等。對于一個仿真軟件或實驗室，測試的儀器儀表的數量、類型和質量，是衡量實驗室是否合格的一個關鍵因素。在Proteus 軟件包中，不存在同類儀表使用數量的問題。Proteus 還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。Proteus 提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號。對于單片機硬件電路和軟件的調試，Proteus提供了兩種方法：一種是系統總體執行效果，一種是對軟件的分步調試以看具體的執行情況。對于總體執行效果的調試方法，只需要執行debug 菜單下的execute 菜單項或F12 快捷鍵啟動執行，用debug菜單下的pause animation 菜單項或pause 鍵暫停系統的運行；或用debug 菜單下的stop animation菜單項或shiftbreak 組合鍵停止系統的運行。其運行方式也可以選擇工具欄中的相應工具進行。對于軟件的分步調試，應先執行debug 菜單下的start/restart debugging 菜單項命令，此時可以選擇stepover、step into和step out命令執行程序(可以用快捷鍵FF11 和ctrl+F11)，執行的效果是單句執行、進入子程序執行和跳出子程序執行。在執行了start / restart debuging命令后，在debug菜單的下面要出現仿真中所涉及到的軟件列表和單片機的系統資源等，可供調試時分析和查看。 用Proteus 軟件虛擬單片機實驗的優點采用Proteus 仿真軟件進行虛擬單片機實驗，具有比較明顯的優勢，其實驗實習內容全面、硬件投入少、可自行實驗、實驗過程中損耗小、與工程實踐最為接近等。當然其存在的缺點也是有的。其有點有以下幾點：① 內容全面② 硬件投入少，經濟優勢明顯③ 學可自行實驗，鍛煉解決實際工程問題的能力④ 實驗過程中損耗小，基本沒有元器件的損耗問題⑤ 與工程實踐最為接近，可以了解實際問題的解決過程⑥ 大量的范例，可供參考處理⑦ 協作能力的培養和鍛煉Proteus不僅可以作為學校單片機(電子等)實驗的模擬仿真，也可以作為個人工作室的仿真實驗。作為電子技術或控制類相關專業的學生和工程技術人員，在學習了該軟件后，可以充分地利用它所提供的資源，幫助自己提高工程應用能力。 系統的模擬與仿真過程1) 進入Proteus ISIS雙擊桌面上的ISIS 6 Professional 圖標或者單擊屏幕左下方的“開始”→“程序”→“Proteus 6 Professional” →“ISIS 6 Professional”，出現如圖61所示屏幕，表明進入Proteus ISIS 集成環境。圖 61 運行Proteus ISIS的開始界面2) 工作界面Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面，如圖62所示。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖62 Proteus ISIS的工作界面3) 在Proteus中進行仿真圖的設計和運行如圖63，首先單擊工作界面右邊的對象選擇按鈕“P”，在彈出的窗口中通過關鍵字“Keywords”選擇仿真圖所需要的的器件將其添加到對象選擇窗口中。圖63 在器件選擇窗口中選擇所需要的元器件然后，選擇對象選擇窗口中已經添加的元器件，將其放到圖形編輯窗口中，并進行單片機仿真圖的設計。如圖64和65所示，仿真圖的核心器件有：AT89S52單片機、74LS00、74LS7LM016L(LCD) 。圖64 在圖形編輯窗口中添加元件圖65 系統仿真圖其次，在仿真圖中雙擊單片機芯片，在彈出的如圖66的窗口“Edit Component”中為“Prograom File”選擇二進制文件“”，該文件為軟件設計中由Keil C編譯程序所生成的二進制文件。圖66 為單片機加載二進制代碼最后，在單片機的屬性窗口中為其添加系統時鐘頻率為3MHZ,則對應的機器周期為250ms。并為信號發生器選擇適當的頻率為4KHZ，并點擊左下角的“Play”按鈕進行頻率計的軟件模擬與仿真。其仿真結果為圖67所示：圖67 頻率計的仿真結果 頻率計系統仿真分析在頻率計的軟件仿真中為了觀察頻率計的工作狀況和測試系統的工作狀態，在頻率計的仿真圖中添加一個示波器來觀察幾個重要節點的波形狀況。其頻率計的仿真測試如圖68所示。圖68 頻率計仿真測試圖示波器有四個通道，從上至下依次為通道A、B、C、D。A通道測試系統所測試的頻率信號，D通道測試單片機對外圍電路的同步信號，C通道測試經過外圍電路同步后的測頻信號。我們設置頻率信號為10KHZ，選擇單片機系統時鐘信號頻率為3MHZ，運行后所得到的測頻結果如圖69所示。圖69 頻率計測頻結果所測試節點的信號的波形圖如圖610和圖611所示。圖610 所測節點信號的波形圖(1)圖611所測節點信號的波形圖(2)由波形圖中可以看出，當定時器1給出一個信號后，頻率信號和定時器信號通過外圍同步電路將選通信號送入單片機的定時計數器中進行計數，從而測出所給的頻率值。由于所用到的示波器是由軟件模擬的，所得到的波形可能和實際波形有很大的誤差，這是由于其軟件本身缺陷造成的。圖611 系統仿真圖元件清單在整個系統的仿真中所用到元件清單如圖612所示，在頻率計仿真圖中主要用到了五種元件。：U1為單片機AT89S52，U2為3個與非門74LS00，U3為一個鎖存器74LS74。還有一個16引腳值為LM016L的液晶顯示器LCD用于顯示頻率值，一個阻值為10K的上拉電阻。其中U2和U3組成仿真圖的控制電路，來實現頻率信號與單片機測頻信號的同步。結束語在現代電子技術中頻率計作為測量儀器的一種，常稱為電子計數器，它的基本功能是測量信號的頻率和周期頻率計的應用范圍很廣,它不僅應用于一般的簡單儀器測量,而且還廣泛應用于教學、科研、高精度儀器測量、工業控制等其它領域。隨著微電子技術和計算機技術的迅速發展，特別是單片機的出現和發展，使傳統的電子側量儀器在原理、功能、精度及自動化水平等方面都發生了巨大的變化，形成一種完全突破傳統概念的新一代側量儀器。頻率計廣泛采用了高速集成電路和大規模集成電路，使儀器在小型化、耗電、可靠性等方面都發生了重大的變化。單片機是20世紀中期發展起來的一種面向控制的大規模集成電路模塊，具有功能強、體積小、可靠性高、價格低廉等特點，在工業控制、數據采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等領域得到了廣泛的應用，極大的提高了這些領域的技術水平和自動化程度。目前,市場上有各種多功能、高精度、高頻率的數字頻率計,但價格不菲。為適應實際工作的需要,本次設計給出了一種較小規模和單片機(AT89S52)相結合的頻率計的設計方案,不但切實可行,而且體積小、保密性強、設計簡單、成本低、精度高、可測頻帶寬，大大降低了設計成本和實現復雜度。歸納起來，在整個論文的設計中，首先介紹了頻率計的產生背景以及國內外的發展現狀，并針對其優缺點提出了進行基于單片機的頻率計設計的目的及意義。然后介紹了AT89S52單片機的功能及特點，并針對其特性給出了頻率計的設計原理、思路及方法。最后具介紹了進行系統硬件和軟件設計以及系統模擬與仿真的具體實現過程。通過系統實現和論文設計的過程，是我對基于單片機的頻率計的原理及應用有了更進一步的認識，并且熟練掌握了進行計算機硬件系統設計的一般原理及方法。通過幾個月的努力，即將完成論文，當然由于本人精力和時間有限，本論文中或多或少會存在一些缺點，所設計的軟件難免存在一些不足，還懇請各位老師和同學給與批評和指正。致 謝光陰似箭、日月如梭，四年的本科學習很快就要過去了，在論文即將完成之際，我衷心的感謝所有指導、關心和幫助我的老師、同學和朋友。首先感謝我的導師張坤鰲教授！本文的研究工作是在付老師的悉心指導和嚴格要求下完成的。在課題的研究和論文的寫作過程中，張坤鰲老師給了我很多耐心的指導和啟發。張老師淵博的學識、嚴謹的治學態度、敬業的精神和平易近人的態度，給我留下了深刻的印象，在付老師的教導下，我在學習生活方面都得到了很多的進步！他既是良師又是益友，不僅讓我學到了專業知識，還讓我學到了很多做人的道理，會不斷激勵著我奮發學習、努力進步。這些都將使我的一生受益匪淺！老師的諄諄教誨將令我終身難忘。在此，請允許我表示我深深的敬意和衷心的感謝。于此同時，我還要感謝計算機學院的各位老師給我們提供了一次鍛煉和學習的機會，感謝我的同學和室友，他們在我的學習和生活中給了我很大的幫助。最后，我要感謝所有在我論文完成過程中給予了幫助和關心的朋友。參考文獻[1] 趙全利,[M].機械工業出版社,2007,7.[2] 徐惠民,安德寧,[M].北京郵電大學出版社,2007,8.[3] 孫育才,王榮興,[M].清華大學出版社,2005,1.[4] 、實踐與應用設計——基于C8051F系列[M].北京航空航天大學出版社,..[5] 侯媛彬,袁益民,霍漢平,王勇,[M].科學出版社,.[6] [M].西安電子科技大學出版社,2001.[7] 魏立峰,[M].北京大學出版社,2006.[8] [M].北京航空航天大學出版社,1999.[9] [M].高等教育出版社,1998,11.[10] 徐瑋,[M].北京航空航天大學出版社,2008,5.[11] 吳金戎,[M].清華大學出版社,2003.[12] [M].高等教育出版社,2004,2.[13] 馬忠梅,籍順心,張凱,[M].北京航空航天大學出版社,2007,2.[14] [J].現代電子技術,2004.[15] 赫建國,[J].西安郵電學院學報,2003.[16] Y Nakayashiki. 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