【毕业设计】数字频率计实验报告 ㊣ 精品文档 值得下载

除次。

该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能位和闪烁存储器组合在单个芯片中，的是种高效微控制器，是它的种精简版本。

单片机为很多嵌入式控制系统提供了种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图所示主要特性与兼容字节可编程闪烁存储器寿命写擦循环数据保留时间年全静态工作三级程序存储器锁定位内部可编程线两个位定时器计数器个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路管脚说明供电电压。

接地。

口口为个位漏级开路双向口，每脚可吸收门电流。

当口的管脚第次写时，被定义为高阻输入。

能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的第八位。

在编程时，口作为原码输入口，当进行校验时，输出原码，此时外部必须被拉高。

口口是个内部提供上拉电阻的位双向口，口缓冲器能接收输出门电流。

口管脚写入后，被内部上拉为高，可用作输入，口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在编程和校验时，口作为第八位地址接收。

口口为个内部上拉电阻的位双向口，口缓冲器可接收，输出个门电流，当口被写时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

口当用于外部程序存储器或位地址外部数据存储器进行存取时，口输出地址的高八位。

在给出地址时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，口输出其特殊功能寄存器的内容。

口在编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

口口管脚是个带内部上拉电阻的双向口，可接收输出个门电流。

当口写入后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，口将输出电流这是由于上拉的缘故。

口也可作为的些特殊功能口，如下表所示口管脚备选功能串行输入口串行输出口外部中断外部中断记时器外部输入记时器外部输入外部数据存储器写选通外部数据存储器读选通口同时为闪烁编程和编程校验接收些控制信号。

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持脚两个机器周期的高电平时间。

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是每当用作外部数据存储器时，将跳过个脉冲。

如想禁止的输出可在地址上置。

此时，只有在执行，指令是才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态禁止，置位无效。

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。

当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式时，将内部锁定为当端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在编程期间，此引脚也用于施加编程电源。

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

来自反向振荡器的输出。

振荡器特性和分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

芯片擦除整个阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持管脚处于低电平来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，停止工作。

但，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下个硬件复位为止。

串口通讯单片机的结构和特殊寄存器，这是你编写软件的关键。

至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它们是，等，各代表什么含义呢数据缓冲寄存器这是个可以直接寻址的串行口专用寄存档位不够当前在最低档档位保持向下调档计数有效，锁存脉冲下降沿打入另外，由决定小数点位置的电路也应该在控制器中，系统图上将其单独画了出来，具体实现见附图右下角。

五误差分析及改进经过下载测试，实际的测量误差在档时，误差在数量级，在档时，误差相对大些，般，这是由于计数分频时计数值为近似值造成的系统误差。

另外，在高档位向低档位转换时，会产生第次测量不准的现象，尤其是在第档上特别明显。

经过分析，我发现这是我的这种分频器结构所特有的。

因为三个分频器是并行计数分频，因此无法保证换档时各个分频器状态同步，解决方案是改进分频器，采用统结构。

具体程序见附录。

实验中采用的式的指令周期结构是不错的，保证了系统的稳定性和快速响应，但是由于刚刚接触，设计的时候逻辑时序设计不够简洁，很多地方还有待改进。

六实验总结这次实验是相当成功的次实验，我不仅在实验中学会了这种硬件描述语言以及基本的设计思想和方法。

更重要的是在通过设计实现自己的想法的过程中，通过和老师同学的有效交流，不断的分析各种情况，解决遇到的实际问题，大大特提高了自己分析问题和解决问题的能力，收获非常的大。

三系统设计系统软件设计数据处理过程在频率计开始工作，或者完成次频率测量，系统软件都进行测量初始化。

测量初始化模块设置堆栈指针工作寄存器中断控制和定时计数器的工作方式。

定时计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率。

在对定时计数器的计数寄存器清后，置运行控制位为，启动对待测信号的计数。

计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值开始，也就是从测量频率的高量程开始。

计数闸门结束时清，停止计数。

计数寄存器中的值通过进制数到进制数转换程序转换为进制数。

对进制数的最高位进行判别，若该位不为，满足测量数据有效位数的要求，测量值和量程信息起送到显示模块若该位为，将计数闸门的宽度扩大倍，重新对待测信号的计数，直到满足测量数据有效位数的要求。

当上述测量判断过程直到计数闸门宽度达到，这时对应的频率测量范围为，如果测量结果仍不具有位有效数字，频率计则使用定时方法测量待测信号的周期。

定时计数器的工作这时被设置为定时器方式，在对定时计数器的计数寄存器清后，判断待测信号的上跳沿是否到来。

待测信号的上跳沿到来后，置运行控制位为，以单片机工作周期为单位，启动对待测信号的周期测量。

然后判断待测信号的下跳沿是否到来，待测信号的下跳沿到来后，运行控制位清，停止计数。

位定时计数器的最高计数值为，这样在待测信号的频率较低时，定时计数器将发生溢出。

当产生定时计数器将溢出，程序进入定时器中断服务程序，中断服务程序对溢出次数进行计数。

待测信号的周期由个字节组成定时计数器溢出次数定时计数器的高位和低位。

信号的频率与信号的周期之间的关系为完成信号的周期测量后，需要做次倒数运算才能获得信号的频率。

为提高运算精度，这里采用浮点数算术运算。

浮点数用个字节组成，第字节最高位为数符，其余位为阶码第二字节为尾数的高字节第三字节为尾数的低字节。

待测信号周期的个字节定点数首先通过截取高位设置数符和计算阶码转换为上述格式的浮点数。

然后浮点数算术运算对其进行处理，获得用浮点数格式表达的信号频率值。

浮点数到码转换模块把用浮点数格式表达的信号频率值变换成本频率计的显示格式，送到显示模块显示待测信号的频率值。

无论从哪种方式进入显示模块，完成显示后，频率计都开始下次信号的频率测量。

系统软件框图系统软件设计采用模块化设计方法。

整个系统由初始化模块显示模块和信号频率测量模块等各种功能模块组成见图。

上电后，进入系统初始化模块，系统件开始运行。

在执行过程中，根据运行流程分别调用各个功能模块完成频率测量量程自动切换周期测量和测量结果显示。

图系统软件流程图浮点数学运算程序系列单片机属于微控制器，由于其字长和指令功能的限制，它适用于控制领域，在信号处理方面不很擅长。

在本频率计中需要完成周期到频率的换算，为保证测量结果的准确，这里应用了浮点数数学运算。

从周期到频率的换算过程包括字节定点数到浮点数的转换浮点数数学运算和浮点数到码的转换。

由于通过多次的转换，整个换算过程精度还不是很高，通过实测，精度大约为千分之二左右。

实测结果和误差分析为了衡量这次设计的频率计的工作情况和测量精度，我们对系统进行了试验。

以南京电讯仪器厂制造的型通用计数器为基准，用这次设计的频率计对信号源进行了测量，测量数据如表所示。

表频率测量对比表如图信号予处理电路所示，待测信号在进入单片机之前经过了次分频。

频率计以进入单片机时的信号频率等于为基准，既待测信号频率等于为基准，大于此频率采用频率测量，小于此频率采用周期测量。

由表频率测量对比表可以看出，频率测量的测量精度大于周期测量的测量精度。

采用计数法实现频率测量，误差来源主要有计数误差和闸门误差两部分。

误差表达式为这里为计数值，为闸门时间。

闸门时间相对误差主要取决于晶振的频率稳定度，选择合适的石英晶体和振荡电路，误差般可小于。

当仅显示位有效数字时，该项误差可以忽略。

对于部分，无论闸门时间长短，计数法测频总存在个单位的量化误差。

在表中，待测信号频率大于时的误差就来源于计数误差。

增加显示的有效数字位数可降低该项误差的影响。

当待测信号频率小于时，直接测量的是信号的周期。

周期测量的误差表达式为这里为量化误差，为晶振的频率稳定度。

在进行周期测量时进入单片机的信号频率小于，使用时钟这时的最小计数值为。

当仅显示位有效数字时，该项误差现在也可以忽略。

待测信号的周期测量值通过浮点数数学运算变换成频率值，这时的误差来源于浮点数数学运算和数制之间的转换所带来的误差。

四参考文献周航慈著单片机应用程序设计技术北京北京航空航天大学出版社，李华等编著系列单片机实用接口技术北京北京航空航天大学出版社，侯伯亨李伯成原理及接口技术西安电子科技大学出版社夏路易等电路原理图与电路板设计北京希望电子出版社马忠梅语言应用程序设计北京航空航天大学出版社张志良原理与控制技术机械工业出版社附件程序清单个机器周期采样值为，下个机器周期采样为，则计数器加外部事件的最高计数频率为晶振的，故最高计数为目前状态下只是显示到的频率计数，定时定时开定时