畢業(yè)設計（論文）基于AT89S52單片機的電子計數(shù)器的設計

1、摘摘 要要電子計數(shù)器是電子測量領域中最常見的測量儀器之一，它可以測量方波和正弦波的頻率、周期和脈沖寬度等時間參數(shù)。本設計主要以 at89s52 作為控制單元，采用了直接測量法完成高精度頻率計的設計，在軟件編程中采用的是 c 語言。本論文由五部分組成：第一部分是緒論；第二部分是電子計數(shù)器的原理介紹；第三部分是單元電路的設計；第四部分是程序設計；第五部分是結論。系統(tǒng)以單片機 at89s52 為核心的控制系統(tǒng)，不但縮短了開發(fā)研制周期，并使本系統(tǒng)具有結構緊湊、體積小、可靠性高、測頻范圍寬、精度高等特點。關鍵詞關鍵詞：頻率計；89s52 單片機；c 語言abstractelectronic counte

2、r is the most common measure in the field of electronic measuring, it can measure many time parameters: frequency of square wave and sine wave, the time period, pulse width and so on. the at89s52 is the mainly control unit of the design, complete the high-precision frequency meter with direct measur

3、ement, the c programming language is used during software programming. this paper consists of five parts, the first part is introduction, the second part introduces the principles of the electronic counter, and the third part is the design of the circuit unit, the fourth part is the program design,

4、the fifth part is the conclusion. at89s52 microcontroller is the core of the control system, shorten the deceloped cycle, and so that the system has a compact structure, small size, high reliability and wide range of frequency measurement, high precision.key words: cymometer; the single chip microco

5、mputer 89s52; c programming language目目 錄錄摘 要 .iabstract .ii1. 緒論 .11.1 電子計數(shù)器概述.11.2 電子計數(shù)器背景及發(fā)展趨勢.21.3 課題研究的意義與作用.31.4 電子計數(shù)器的設計要求及技術指標.42. 電子計數(shù)器的工作原理 .52.1 電子計數(shù)器的基本功能.52.2 電子計數(shù)器的設計方案.52.2.1 電子計數(shù)器的分類 .52.2.2 實現(xiàn)方法 .62.3 電子計數(shù)器的工作原理.62.3.1 電子計數(shù)器的基本工作原理 .62.3.2 電子計數(shù)器的基本結構 .93. 硬件電路設計 .123.1 整形電路.123.2閘門電路

6、 .133.3 計數(shù)電路.143.4 鎖存電路.163.5 顯示電路.173.6控制電路 .183.7 控制選擇電路.203.8 電源電路.213.9 整體電路圖.214. 軟件設計 .25結論 .26致謝 .27參考文獻 .28附錄： .291.1. 緒論緒論1.11.1 電子計數(shù)器概電子計數(shù)器概述述電子計數(shù)器是數(shù)字電路中的一個典型應用，在實際的硬件設計中用到的器件較多，聯(lián)機比較復雜，而且會產生比較大的延時，造成測量誤差、可靠性差。電子計數(shù)器是直接用十進制數(shù)字來顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它不僅可以測量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號和其它具有周期特性的信號的頻率，而且還可以測量它們的周

7、期。經過改裝，可以測量脈沖寬度，做成數(shù)字式脈寬測量儀；可以測量電容做成數(shù)字式電容測量儀；在電路中增加傳感器，還可以做成數(shù)字脈搏儀、計價器等。因此電子計數(shù)器在測量物理量方面應用廣泛。本設計用 c 語言實現(xiàn)電子計數(shù)器測頻系統(tǒng)，能夠用十進制數(shù)碼顯示被測信號的頻率，能夠測量正弦波、方波和三角波等信號的頻率，而且還能對其他多種物理量進行測量。具有體積小、可靠性高、功耗低的特點。電子計數(shù)器是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可缺少的測量儀器。采用 c語言編程設計實現(xiàn)的電子計數(shù)器，除被測信號的整形部分、鍵輸入部分和數(shù)碼顯示部分以外，其余全部在一片 fpga 芯片上實現(xiàn)，整個系統(tǒng)非常精簡，而且具有靈活

8、的現(xiàn)場可更改性。在不更改硬件電路的基礎上，對系統(tǒng)進行各種改進還可以進一步提高系統(tǒng)的性能。該電子計數(shù)器具有高速、精確、可靠、抗干擾性強和現(xiàn)場可編程等優(yōu)點。 電子計數(shù)器是一種基礎測量儀器，到目前為止已有 30 多年的發(fā)展史。早期，設計師們追求的目標主要是擴展測量范圍，再加上提高測量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計算器的技術水平，決定電子計數(shù)器價格高低的主要依據(jù)。目前這些基本技術日臻完善，成熟。應用現(xiàn)代技術可以輕松地將電子計數(shù)器的測頻上限擴展到微波頻段。在電子技術中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多

9、種，其中電子計數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點,是頻率測量的重要手段之一。在數(shù)字系統(tǒng)中使用的最多的時序電路要算是計數(shù)器了。計數(shù)器不僅能用于對時鐘脈沖計數(shù)，還可以用于分頻，定時，產生時標脈沖和脈沖序列以及進行數(shù)字運算。電子計數(shù)器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內測量被測信號的脈沖個數(shù)；二是間接測頻法，如周期測頻法。直接測頻法適用于高頻信號的頻率測量，間接測頻法適用于低頻信號的頻率測量。如果用做計數(shù)器，在計數(shù)到滿值或至 0 后，重置初始值自動開始新的計數(shù)過程，從而獲得連續(xù)的脈沖輸入?？删幊潭〞r器數(shù)字計數(shù)器是測量信號頻率的裝置，也可以用來測

10、量方波脈沖的脈寬，通常頻率以數(shù)字形式直接顯示出來，簡便易讀，即所謂的數(shù)字頻率計，頻率測量對生產過程監(jiān)控有很重要的作用，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行中的異常情況，以便迅速作出處理。 at89s52 是一個低功耗，高性能 cmos 8 位單片機，片內含 8k bytes isp(in-system programmable)的可反復擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲器，器件采用atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 mcs-51 指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 isp flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 at89s52 可為許多嵌

11、入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 at89s52具有如下特點：40 個引腳，8k bytes flash 片內程序存儲器，256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ，32 個外部雙向輸入輸出（i/o）口，5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內時鐘振蕩器。mcs51 是指由美國 intel 公司（對了，就是大名鼎鼎的 intel）生產的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752 等，其中 8051 是最早最典型的產品，該系列其它

12、單片機都是在 8051 的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051 來稱呼 mcs51 系列單片機，而 8031 是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到 8031 的名稱。intel 公司將 mcs51 的核心技術授權給了很多其它公司，所以有很多公司在做以 8051 為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中 89c52 就是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國 atmel 公司開發(fā)生產的3。1.21.2 電子計數(shù)器背景及發(fā)展趨勢電子計數(shù)器背景及發(fā)展趨勢當今，單片微型計算機技術迅速發(fā)展，由單片機技術開發(fā)的計數(shù)設備和產品廣泛應用到各個領域

13、，單片機技術產品和設備促進了生產技術水平的提高。企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機技術并能開發(fā)、應用和維護管理這些智能化產品的高級工程技術人才。電子計數(shù)器是一種基礎測量儀器，到目前為止已有 30 多年的發(fā)展史。早期，設計師們追求的目標主要是擴展測量范圍，再加上提高測量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計數(shù)器的技術水平，決定電子計數(shù)器價格高低的主要依據(jù)。目前這些基本技術日臻成熟完善。應用現(xiàn)代技術可以輕松地將電子計數(shù)器的測頻上限擴展到微波頻段。現(xiàn)代電子計數(shù)器的特點是：(1)使用單片機智能控制，無須換檔就可對 20 hz100mhz 信號進行測量，其顯示結果可自動轉換單位；(2)可測量電信號的周期、頻

14、率、脈寬、占空比，測量精度高(誤差小于 0001)。可廣泛應用于電子實驗室、電子企業(yè)及科研場所。單片機以體積小、功能強、可靠性高、性能價格比高等特點，已成為實現(xiàn)工業(yè)生產技術進步和開發(fā)機電一體化和智能化測控產品的重要手段。由于微電子技術和計算機技術的發(fā)展，智能電子計數(shù)器也都在不斷地進步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴大，功能不斷地增加。同時隨著科學技術的發(fā)展，用戶對電子計數(shù)器也提出了新的要求。對于低檔產品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價格低。而對于中高檔產品，則要求有高分辨率，高精度，高穩(wěn)定度，高測量速率，除通常計數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計分析功能，時域分析功能

15、等等，或者包含電壓測量等其他功能。這些要求有的已經實現(xiàn)或者部分實現(xiàn)，但要真正完美的實現(xiàn)這些目標，對于生產廠家來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展及電子產品市場運作節(jié)奏的進一步加快，涉及諸如計算機應用、通信、智能儀表、醫(yī)用設備、軍事、民用電器等領域的現(xiàn)代電子設計技術已邁入一個全新的階段。在電子測量中，頻率的測量精確度是非常高的。利用計數(shù)法測量頻率具有精度高、使用方便、容易實現(xiàn)測量過程自動化等一系列突出優(yōu)點，已成為目前頻率測量的重要方法。人們將許多參數(shù)的測量轉換為頻率量來測量和處理。傳統(tǒng)的頻率計通常采用組合電路和時序電路等大量的硬件電路構成，在使用過程

16、中存在電路結構復雜，測量精度低、故障率高、維護不易等問題，其產品不但體積較大，運行速度慢，而且測量低頻信號時不宜直接使用。頻率測量在科技研究和實際應用中的作用日益重要。測量的數(shù)字化、智能化是當前測量技術發(fā)展的趨勢。1.31.3 課題研究的意義與作用課題研究的意義與作用數(shù)字頻率計數(shù)器又稱通用計數(shù)器，是電子測量領域中最常見的測量儀器之一。它可以測量正弦波的頻率（周期） ，脈沖波的頻率（周期） ，脈沖寬度等時間參數(shù)。隨著單片機技術的不斷發(fā)展，針對普通頻率計存在讀數(shù)難、測量精度低等問題,設計師們用單片機通過軟件設計，采用適當?shù)乃惴ㄈ〈@部分得電路。這樣不僅能彌補上述不足，而且性能也將大有提高。目前采用

17、單片機控制的數(shù)字頻率計, 用于測量方波、正弦波或其它脈沖信號的頻率, 并用數(shù)字顯示, 具有精度高、測量迅速、讀數(shù)方便等優(yōu)點, 已經在電子測量領域里得到了廣泛應用。mcs51 系列單片機具有體積小，功能強，性能價格比較高等特點，因此被廣泛應用于工業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領域。本次設計的數(shù)字頻率計以 at89s52 單片機為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點。1.41.4 電子計數(shù)器的設計要求及技術指標電子計數(shù)器的設計要求及技術指標設計要求：能實現(xiàn)頻率測量、周期測量、脈沖寬度測量；技術指標：(1).頻率周期測量范圍：1hz-1mhz，信號為方波、正弦波；幅度為 0.1v5v；(2).頻率

18、周期測量誤差：0.1%（以實驗室標準頻率計為準） ；(3).脈沖測量范圍：脈沖寬度不超過 100s，信號為脈沖波，幅度為 0.1v5v；(4).脈沖測量誤差：0.1%。(5).十進制數(shù)字顯示，顯示刷新時間 1s10s 連續(xù)可調；(6).具有自校功能，時標信號頻率為 1mhz。2. 電子計數(shù)器的工作原理電子計數(shù)器的工作原理2.12.1 電子計數(shù)器的基本功能電子計數(shù)器的基本功能電子計數(shù)器可具有以下三種基本功能:(1).頻率測量：被測信號從 a 通道輸入，若 tb 為 1 秒，則讀數(shù) n 即為以赫為單位的頻率 fa。由晶體振蕩器輸出的標準頻率信號頻后形成閘門時間信號而確定 tb 之值。(2).周期或

19、時間間隔測量：被測信號由 b 信道輸入，控制閘門電路，而 a 通路的輸入信號是由時基電路提供的時鐘脈沖信號。計數(shù)器計入之數(shù)為閘門開放時間，亦即被測信號的周期或時間間隔。(3).累加計數(shù)：由人工觸發(fā)開放閘門,計數(shù)器對 a 通道信號進行累加計數(shù)。在這些功能的基礎上再增加某些輔助電路或裝置，計數(shù)器還可完成多周期平均、時間間隔平均、頻率比值和頻率擴展等功能。電子計數(shù)器性能指標主要包括：頻率、周期、時間間隔測量范圍、輸入特性（靈敏度、輸入阻抗和波形） 、精度、分辨度和誤差（計數(shù)誤差、時基誤差和觸發(fā)誤差）等。2.22.2 電子計數(shù)器的設計方案電子計數(shù)器的設計方案2.2.1 電子計數(shù)器的分類電子計數(shù)器的分類

20、按功能的不同，電子計數(shù)器可以分為四大類：(1)通用計數(shù)器：通用計數(shù)器具有多種測量功能，一般具有測頻、測周、測時間、測多周期平均、測頻率比、測任意時間間隔內的脈沖個數(shù)以及累加功能。(2)頻率計數(shù)器：只具有測量頻率這一單一功能，但其測量頻率的范圍很寬。如macroni 公司的 2240 型微波頻率計數(shù)器的測頻范圍為 10hz20ghz。(3)時間間隔計數(shù)器：是以測量時間間隔為基礎的計數(shù)器，用以測量電信號之間的時間間隔，也可以用來測量一個周期信號的周期、脈沖寬度、占空系數(shù)、上升時間和下降時間。(4)特種計數(shù)器：具有特殊功能的計數(shù)器。包括可逆計數(shù)器、預置計數(shù)器、序列計數(shù)器和查值計數(shù)器等。按直接計數(shù)的最

21、高頻率可分為四類：(1)低速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率為 10mhz。(2)中速計數(shù)器：計數(shù)頻率范圍為 10100mhz。(3)高速計數(shù)器：計數(shù)范圍大于 100mhz。(4)微波計數(shù)器：計數(shù)頻率范圍在 180ghz。計數(shù)器在計數(shù)方法上分為加法計數(shù)器和減法計數(shù)器。加法計數(shù)器是每有一個脈沖就加一，當加到預先設定的計數(shù)器時，產生一個定時信號。減法計數(shù)器是在送入計數(shù)初值后，每送來一個脈沖，計數(shù)器就減 1，減到 0 時產生一個定時信號輸出。.2 實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法頻率的測量通常說有 3 種方法：直接測量法、直接與間接測量相結合的方法和多周期同步測量法。直接測量法誤差較大，但電路簡單，后兩種方法測量精度高，但電路

22、復雜。直接測量法電路簡單，不需要很復雜的調試過程，其測量的關鍵是在秒控制信號，如果有高精度的秒控制信號，其測量誤差可做到很小，根據(jù)本設計的技術要求采用直接測量法即可。此設計采用性能穩(wěn)定的定時器 555 構成的多諧震蕩器產生標準時間信號。設 fx 為待測頻率，從 a 端輸入被測信號，經整形電路變成方波，加到與非門的一個輸入端上。該與非門起主閘門的作用，在與非門的第二個輸入端上加閘門控制信號，控制信號為低電平時，閘門關閉，無信號進入計數(shù)器；控制信號為高電平時，閘門開啟，整形后的脈沖進入計數(shù)器計數(shù)。電子計數(shù)器是用來測量正弦信號,矩形信號,三角波等波形工作頻率的儀器,其測量結果直接用十進制數(shù)字顯示。

23、2.32.3 電子計數(shù)器的工作原理電子計數(shù)器的工作原理.1 電子計數(shù)器的基本工作原理電子計數(shù)器的基本工作原理電子計數(shù)器的核心部件是一個加法計數(shù)器，其脈沖有兩個來源：外部脈沖源和系統(tǒng)的時鐘振蕩器。電子計數(shù)器對兩個脈沖源之一進行輸入計數(shù)，每輸入一個脈沖，計數(shù)值加一。當計數(shù)到計數(shù)值為全一時，再輸入一個脈沖使計數(shù)值回零，同時從最高位溢出一個脈沖使特殊功能寄存器 tcon(定時器控制寄存器)的某一位 tfx 置 1，作為計數(shù)器的溢出中斷標志。若工作于定時狀態(tài)，則表示定時時間；若工作于計數(shù)狀態(tài)，則表示計數(shù)回零。所以電子計數(shù)器的基本功能是對輸入脈沖進行加一計數(shù)。工作于何種方式，取決于脈沖源，當脈沖源為時鐘振

24、蕩器（等間隔脈沖序列）時。由于計數(shù)脈沖為一固定時間脈沖基準，脈沖數(shù)乘以脈沖間隔就是定時時間，表現(xiàn)為定時功能。從通道輸入頻率為 f 的經整形的信號控制閘門電路,即以一個脈沖開門,以隨后的一個脈沖關門。兩脈沖的時間間隔(tb)為開門時間。由 a 通道輸入經整形的頻率為 fa的脈沖群在開門時間內通過閘門，使計數(shù)器計數(shù)，所計之數(shù) nfatb。對 a、b 通道作某些選擇，用作計數(shù)器時，每個機器周期計數(shù)器加 1，所以可以把它看作累加機器周期，一個機器周期包括 12 個振蕩周期。則計數(shù)頻率為振蕩頻率的十二分之一。用作計數(shù)器時，計數(shù)脈沖來自外部輸入引腳 t0 或 t1,當輸入信號發(fā)生一個由 1 到 0 的跳變

25、時，計數(shù)器加一。在每個機器周期的 sp 期間采樣外部輸入信號，當一個周期的采樣值為高電平、下一個周期的采樣值為低電平時，計數(shù)器加一。新的計數(shù)值在緊接著檢測到一個跳變后的下一個周期的 sp 期間在寄存器中出現(xiàn)。即在第一個機器周期的 sp 檢測到高電平，在第二個機器周期的 sp 檢測到低電平，在第三個機器周期的 sp 改變計數(shù)值。由于識別一個從 1 到 0 的跳變要用兩個機器周期，所以最快的計數(shù)頻率是振蕩器頻率的二十四分之一。對外部輸入的信號占空比沒有限制，為確保每一給定的電平在變化之前至少被采樣一次，該信號至少應保持一個完整的機器周期6。頻率定義為一個周期性過程在單位時間內重復的次數(shù)，只要在一定

26、的時間間隔t內測出這個過程的周期數(shù)n。若計數(shù)器計數(shù)值為n，則被測信號的頻率fx=n/t，其原理框圖和時序圖如圖 2.1 所示：（a a）. .直接測頻法原理框圖直接測頻法原理框圖 （b b）. .直接測頻法時序圖直接測頻法時序圖圖圖 2.12.1 （a a）. .直接測頻法原理框圖；（直接測頻法原理框圖；（b b）. .直接測頻法時序圖直接測頻法時序圖圖 2.1 為頻率測量原理框圖，頻率為fx 的被測信號，由 a 端輸入，經 a 通道放大整形后輸往主門（閘門） 。晶體振蕩器（簡稱晶振）產生頻率準確度和穩(wěn)定度都非常高的振蕩信號， 經一系列分頻器逐級分頻之后，可獲得各種標準時間脈沖信號（簡稱時標）

27、 。通過閘門時間選擇開關將所選時標信號加到門控雙穩(wěn)， 再經門控雙穩(wěn)形成控制主門啟、閉作用的時間t（稱閘門時間） ，則在所選閘門時間t內主門開啟，被測信號通過主門進入計數(shù)器計數(shù)。周期是頻率的倒數(shù)，因此，測量周期時可以把測量頻率時的計數(shù)信號和門控信號的來源相對換來實現(xiàn)，周期測量原理圖如圖 2.2 所示： （a a）. .測周期法原理框圖測周期法原理框圖（b b）. .測周期法時序圖測周期法時序圖圖圖 2.22.2 （a a）. .測周期法原理框圖；（測周期法原理框圖；（b b）. .測周期法時序圖測周期法時序圖 周期為tx 的被測信號由 b 通道進入，經 b 通道處理后，再經門控雙穩(wěn)輸出作為主門啟

28、閉的控制信號， 使主門僅在被測周期tx 時間內開啟。晶體振蕩器輸出的信號經倍頻和分頻得到了一系列的時標信號，通過時標選擇開關，所選時標經 a 通道送往主門。在主門的開啟時間內，時標進入計數(shù)器計數(shù)。若所選時標為，計數(shù)器計數(shù)值為 n，則被測信號的周期為。nttx .2 電子計數(shù)器的基本結構電子計數(shù)器的基本結構根據(jù)電子計數(shù)器的基本原理，本文設計方案的基本思想是分為五個模塊來實現(xiàn)其功能，結構框圖如圖 2.3 所示，即整個電子計數(shù)器系統(tǒng)分為輸入電路、閘門、閘門信號產生電路、計數(shù)鎖存電路和顯示電路等幾個單元，并分別用單片機對其進行編程，實現(xiàn)了閘門控制信號、計數(shù)電路、鎖存電路和顯示電路等。圖圖 2.32.3

29、 系統(tǒng)結構框圖系統(tǒng)結構框圖輸入電路：由于輸入的信號可以是正弦波，三角波。而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設計一個整形電路。在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉化成矩形波。在整形之前，由于要求被測信號幅度為0.1v5v，不需要再經過放大衰減處理，所以取消了衰減放大電路的設計。頻率測量：被測信號經整形后變?yōu)槊}沖信號（矩形波或者方波） ，送入閘門電路，等待閘門信號的到來。閘門信號直接由 at89s52 單片機的晶振信號產生，然后通過ad825 運算放大器構成的跟隨器從而產生 10mhz 的閘門信號。被測信號通過閘門，作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器即開始記錄時鐘的個數(shù)，

30、這樣就達到了測量頻率的目的。多功能電子式計數(shù)器由信號輸入電路、信號處理電路、計數(shù)及顯示驅動電路、計數(shù)狀態(tài)控制電路、顯示器和電源電路構成，可接受各種電壓幅度的脈沖電壓和觸點開關兩種形式的輸入信號，信號處理電路通過光電耦合器與信號輸入電路聯(lián)接實現(xiàn)了信號輸入電路與計數(shù)工作電路的光電隔離，利用計數(shù)狀態(tài)控制電路可控制輸入信號的阻斷及計數(shù)器的復位。計數(shù)器有外接端子可與外部控制電路或裝置聯(lián)接由外部來控制計數(shù)器的工作狀態(tài)和計數(shù)器的復位。信號輸入電路由至少兩條由限流電阻與開關串聯(lián)構成分擋開關電路，并聯(lián)構成迭擋器。一端與選擋器輸入端并聯(lián)，另一端與電源電路正極聯(lián)接?？刂崎_關、陽極與選擋器輸出端聯(lián)接的發(fā)光二極管陽極與

31、發(fā)光二極管陰極聯(lián)接，集電極經電阻與電源電路正極聯(lián)接的光電偶合器，陽極與光電偶合器陰極聯(lián)接的整流二極管構成，信號處理電路由輸入端與信號輸入電路光電偶合器集電極聯(lián)接，其輸出端經電阻與電源電路正極聯(lián)接的施密特觸發(fā)器、輸入端與施密特觸發(fā)器輸出端聯(lián)接的同相緩沖器、反相緩沖器，控制端分別與同相緩沖器、反相緩沖器輸出端聯(lián)接，其輸出端并聯(lián)的兩個膜擬開關、與模擬開關輸出端并聯(lián)的濾波電路構成，與同相緩沖器輸出端聯(lián)接的模擬開關的輸人端接電源正極與反相緩沖器輸出端聯(lián)接的模擬開關的輸入端接公共地，計數(shù)及顯示驅動電路由計數(shù)及顯示驅動集成電路芯片和芯片工作輔助外圍電路構成，其計數(shù)輸入端接信號處理電路輸出端，其輸出接顯示器輸

32、入端，計數(shù)及顯示驅動集成電路芯片為具有復位端和計數(shù)使能端的并對計數(shù)輸入端的脈沖信號以十進位方式計數(shù)的具有多位顯示譯碼和直接驅動顯示器進行數(shù)碼顯示的集成電路芯片，計數(shù)狀態(tài)控制電路由一端接計數(shù)及顯示驅動集成電路芯片復位端，另一端接系統(tǒng)公共地的復位開關和公共端接集成電路芯片的計數(shù)使能端，其另外面端分別接電源電路正極和公共地的單刀雙擲開關構成。at89s52 是 51 系列單片機，它是 atmel 公司生產的。它是一個低電壓，高性能cmos8 位單片機，片內含 8kbytes 的可反復擦寫的 flash 只讀程序存儲器和 256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ，器件采用 atmel 公司的高

33、密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 mcs-51 指令系統(tǒng)，片內置通用 8 位中央處理器和 flash 存儲單元，功能強大的 at89s52 單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合7。at89s52 有 40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內含 2 個外中斷口，3 個 16 位可編程定時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線，at89s52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(s 系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和 flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。at89s52 兼容 mcs51 指

34、令系統(tǒng)，有 8k 可反復擦寫(1000 次）flashrom，32 個雙向i/o 口，256x8bit 內部 ram，3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率 0-24mhz，2個串行中斷可編程 uart 串行通道，2 個外部中斷源，共 6 個中斷源，2 個讀寫中斷口線 3 級加密位，低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能。at89s52 系列單片機包含了與之相對應的 at89c51 系列單片機的所有內部資源，并且新增了在系統(tǒng)可重復編程的功能。電路中，使用一個單片機完成將計數(shù)器的計數(shù)值換算為周期和頻率的計算。8 位數(shù)碼管的顯示采用動態(tài)掃描方式，也需要單片機實時的參與。一般來說同時，

35、只有當系統(tǒng)需要增加一個額外的 8 位的定時器時，才能把計數(shù)器 0 設置為方式 3。當計數(shù)器工作于方式 3 時，由于 tho 借用了計數(shù)器 1 的運行控制位和益處中斷標志，此時計數(shù)器 1雖然可以設置為方式 0、方式 1 和方式 2，但是只能用在不需要中斷控制的場合。閘門時基 10mhz 也通過單片機的晶振產生，然后通過由 ad825 運算放大器構成的過零比較器，從而產生 10mhz 的閘門信號。3. 硬件電路設計硬件電路設計3.13.1 整形電路整形電路整形電路如圖 3.1 所示，設計要求能對正弦波和方波進行處理，而且電壓為0.1v5v，故信號需要使用調理電路進行整形，全部轉化為矩形波后再送入閘

36、門進行計數(shù)。1j2con1c810ufr14200nc1-in2+in3-v s4nc5out put6+v s7nc8r?ad825v cc圖圖 3.13.1 整形電路整形電路ad825 是一個高精度、高速并且低功耗的精密運放，截至頻率高達 41m，能夠滿足電路中對 1m 信號進行處理的要求。被測信號從 con1 輸入，然后通過 ad825 運算放大器，信號（+in 端）與接地端（-in 端）進行比較，就可以得到理想的比例放大器，從而可以產生測試需要的矩形波或者方波。邏輯真值表如下：表表 3.13.1 邏輯真值表邏輯真值表r r a a g gz z 說明：0表示假命題 1表示真命題由于人們

37、在實踐中遇到的邏輯問題層出不窮，因而為解決這些邏輯問題而設計的邏輯電路也不勝枚舉。為了區(qū)分一系列不同的事物，將其中的每個事物用一個二值代碼表示，這就是編輯的含義。因此編輯器的邏輯功能就是把輸入的每一個高、低電平信號變成一個對應的二進制代碼。3.13.1 閘門電路閘門電路閘門電路如圖 3.2 所示：12u35a74ls04d12q9q8clk111013preclru36b74ls74d2q5q6clk341preclru37a74ls749108u15c74f08clearv ccct ok圖圖 3.23.2 閘門電路圖閘門電路圖00001111001100110101010110010111

38、74ls74 為帶預置和清除端的兩組 d 型觸發(fā)器，其功能表：表表 3.23.2 74ls7474ls74 真值表真值表 inputs outputsprclr clkdq q！ l h l h h h h l l h h hx xx xxx h l xh ll h h lh l l h q0 q！ 說明： h h高電平 l l低電平 x x任意 低到高電平跳躍在閘門電路中，采用兩個 d 觸發(fā)器做一個閘門電路，其邏輯功能如下表:表表 3.33.3 74ls7474ls74 邏輯功能表邏輯功能表條件d1_qd1_q!d2_qd2_q!與門輸出clear 有一個低脈沖01010第一個上升沿1001

39、1接著的下降沿10100用此電路實現(xiàn)在一個完整的高電平階段打開閘門進行計數(shù)。3.33.3 計數(shù)電路計數(shù)電路計數(shù)電路如圖 3.3 所示，74ls161 為可預置的 4 位二進制同步計數(shù)器，其清除端是異步的。當清除端 clear 為低電平時，不管時鐘端 clock 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。74ls161 的預置是同步的。當置入控制器 load 為低電平時，在 clock 上升沿作用下，輸出端 qaqd 與數(shù)據(jù)輸入端 ad 相一致。對于 74ls161，當 clock 由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)控制端 enp、ent 為高電平，則 load 應避免由低至高電平的跳變，而 74ls161 無此

40、種限制。74ls161 的計數(shù)是同步的，靠 clock 同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當 enp、ent 為高電平時，在 clock 上升沿作用下 qaqd 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于 74ls161，只有當 clock 為高電平時，enp、ent 才允許由高至低電平的跳變，而 74ls161 的 enp、ent 跳變與 clock 無關。clr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u1874ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u19

41、74ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u2174ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u1674ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u1774ls161aclr1clk2p13p24p35p46pe7ld9t e10q411q312q213q114co15u2074ls161adc0dc1dc2dc3dc4dc5dc6dc7dc8dc9dc10dc11dc12dc

42、13dc14dc15dc16dc17dc18dc19dc20dc21dc22dc23count inclearclearclearclearclearclear圖圖 3.33.3 計數(shù)電路計數(shù)電路 74ls161 有超前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位輸出端（rco）輸出一個高電平脈沖，其寬度為 qa 的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成 n 位同步計數(shù)器。對于 74ls161，在 clock 出現(xiàn)前，即使 enp、ent、clear 發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。74ls161 功能表如表 3.4 所示。表表 3.43.4 74ls16174ls161 功能表功能表clk clr e

43、np ent load function x x x x l h hhhh x h l lxh x l h l x h x h h h l hclearcount & rc disabledcount disabled count & rc disabled loadincrement counter說明： h h高電平 l l低電平 x x任意 低到高電平跳躍電路中，用 6 個 74ls161 級聯(lián)成一個 24 位的計數(shù)器，用來在砸門開啟的時候對標準脈沖進行計數(shù)。 3.43.4 鎖存電路鎖存電路鎖存電路如圖 3.4 所示，74ls373 為三態(tài)輸出的八 d 透明鎖存器,74ls373 的輸出

44、端 o0-o7 可直接與總線相連。oc1c111d31q22d42q53d73q64d84q95d135q126d146q157d177q168d188q19u2474ls373oc1c111d31q22d42q53d73q64d84q95d135q126d146q157d177q168d188q19u2274ls373oc1c111d31q22d42q53d73q64d84q95d135q126d146q157d177q168d188q19u2374ls373dc0dc1dc2dc3dc4dc5dc6dc7dc8dc9dc10dc11dc12dc13dc14dc15dc16dc17dc18d

45、c19dc20dc21dc22dc23p1_0p1_1p1_2p1_3p1_4p1_5p1_6p1_7oc0oc1oc2p1_0p1_1p1_2p1_3p1_4p1_5p1_6p1_7p1_0p1_1p1_2p1_3p1_4p1_5p1_6p1_7圖圖 3 3. .4 4 鎖鎖存存電電路路圖圖當三態(tài)允許控制端 oe 為低電平時，o0-o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載n 但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端 le 為高電平時，o 隨數(shù)據(jù) d 而變。當 le 為低電平時，o 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當 le 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mv。引出端符號： d0d7 數(shù)據(jù)輸入端 oe 三態(tài)允許控制端（低電平有效） le 鎖存允許端 o0-o7 輸出。真值表：表表 3 3. .5 5 真真值值表表dnleoednhhlhllll x l l qd x h h 高阻態(tài)高阻態(tài)電路中，單片機只有 8 位數(shù)據(jù)位寬，而計數(shù)器輸出為 2