電子線(xiàn)路應(yīng)用軟件訓(xùn)練

1、電子設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件訓(xùn)練總結(jié)報(bào)告一、概述 在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。有一種專(zhuān)門(mén)對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器，叫做頻率計(jì)。 頻率計(jì)又稱(chēng)為頻率計(jì)數(shù)器，數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)，通訊設(shè)備，音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器，它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間變化的物理量。由于其使用十進(jìn)制顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到頻率計(jì)。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和成熟，用單片機(jī)來(lái)做為一個(gè)電路系統(tǒng)的控制電路逐漸顯示出其無(wú)與倫比

2、的優(yōu)越性。因此本論文采用單片機(jī)來(lái)做為電路的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)能測(cè)量高頻率的數(shù)字頻率計(jì)。用單片機(jī)來(lái)做控制電路的數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量頻率精度高，測(cè)量頻率的范圍得到很大的提高。二、任務(wù)說(shuō)明1、熟練掌握PROTEUS軟件的使用；2、按照設(shè)計(jì)要求繪制電路原理圖；3、能夠按要求對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，本課設(shè)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)顯頻率計(jì)電路，要求能夠測(cè)量10Hz至10KHz的方波信號(hào)的頻率，峰值5V，并使用數(shù)碼管顯示輸入信號(hào)的頻率。三、設(shè)計(jì)任務(wù)分析要求設(shè)計(jì)數(shù)顯頻率計(jì)電路，能夠測(cè)量10Hz至10KHz的方波信號(hào)的頻率，峰值5V；數(shù)碼管顯示被測(cè)信號(hào)的頻率。任務(wù)分析如下：首先，我們選擇較為常見(jiàn)的AT89C51單片機(jī)作為控

3、制器。由于本設(shè)計(jì)中對(duì)硬件的要求不高，因此我們選擇AT89C51作為控制器。其次，信號(hào)為10Hz至10KHz的方波信號(hào)，峰值5V。由于AT89C51，工作頻率為12MHz或11.0592MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們需要檢測(cè)的信號(hào)的頻率，因此采用AT89C51完全符合系統(tǒng)的檢測(cè)要求。而且AT89C51正常工作電壓為5V，不需要再對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，省去了信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。再次，顯示電路。由于系統(tǒng)要求采用數(shù)碼管顯示被測(cè)信號(hào)的頻率，在顯示的時(shí)候，只需要顯示0-9的數(shù)字，選用普通的七段數(shù)碼段即可滿(mǎn)足要求。四、方案論證上一節(jié)中我們選擇了AT89C51作為控制芯片，普通的數(shù)碼管來(lái)顯示被測(cè)頻率值。下面對(duì)相關(guān)方案進(jìn)行分析論

4、證。本節(jié)主要分為兩部分，第一部分，對(duì)數(shù)碼管顯示方案進(jìn)行論證。第二部分，對(duì)信號(hào)檢測(cè)理論進(jìn)行論證。1、數(shù)碼管顯示方案論證首先，我們知道數(shù)碼管分為兩種，共陰和共陽(yáng)兩種，兩種形式的數(shù)碼管在使用的時(shí)候沒(méi)有太大的差別。其次，多位的數(shù)碼管顯示方式分為兩種。第一種，動(dòng)態(tài)掃描法顯示。第二種，鎖存器靜態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)掃描法顯示利用的原理是人們的視覺(jué)停留，只要燈以0.1s以?xún)?nèi)的周期閃爍，人類(lèi)的肉眼就會(huì)認(rèn)為此燈是長(zhǎng)亮狀態(tài)。這種方式就是不停的刷新來(lái)達(dá)到顯示的效果，因此這種方法比較占用MCU的運(yùn)算資源。第二種方式，可以在數(shù)據(jù)發(fā)生變化的時(shí)候再進(jìn)行輸出刷新，比較節(jié)省MCU的寶貴資源，但需要額外的硬件資源。綜合以上分析，我們采用鎖

5、存器靜態(tài)顯示方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。2、頻率檢測(cè)理論由于第一節(jié)中，我們選用AT89C51作為控制器，根據(jù)此芯片的硬件資源和工作方式，有三種檢測(cè)理論。現(xiàn)分析如下：三種檢測(cè)理論，第一種，我們對(duì)兩次有效信號(hào)間隔進(jìn)行計(jì)時(shí)，此時(shí)間的倒數(shù)即為該信號(hào)的頻率；第二種，計(jì)時(shí)1s，計(jì)方波脈沖的數(shù)目，此數(shù)目即為檢測(cè)信號(hào)的頻率；第三種，采用F/V芯片將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)零和增益的處理，轉(zhuǎn)換為頻率值。第一種理論的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，由于只計(jì)兩個(gè)脈沖的間隔，因此此種方法的運(yùn)算較快，而且適合不同頻率成分的信號(hào)檢測(cè)，靈活性和適用性較高。但缺點(diǎn)也很明顯，隨著信號(hào)頻率的增高，兩信號(hào)的間隔也越

6、短，但計(jì)時(shí)精度卻沒(méi)有隨之提高，因此這種方案的在高頻部分誤差較大，甚至測(cè)量結(jié)果有誤。第二種理論的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)固定單一信號(hào)的檢測(cè)精度高。缺點(diǎn)是，每1s 才能將結(jié)果輸出刷新一次，而且無(wú)法測(cè)量變頻率成分的信號(hào)。第三種理論進(jìn)行合適的參數(shù)計(jì)算和設(shè)備選型后，本方案的測(cè)量精度較高，對(duì)變頻信號(hào)的適應(yīng)性更強(qiáng)，但此種設(shè)計(jì)需要投入較大的硬件成本，并且根據(jù)本設(shè)計(jì)的測(cè)量范圍進(jìn)行單獨(dú)的硬件設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)要求中，并沒(méi)有要求對(duì)時(shí)變頻率信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，因此比較上述三種檢測(cè)理論我們選擇第二種檢測(cè)理論。3、計(jì)數(shù)方法根據(jù)AT89C51芯片的硬件資源和工作方式，第二種檢測(cè)理論有兩種實(shí)現(xiàn)方法。第一種，采用T1作為計(jì)數(shù)器對(duì)1s內(nèi)方波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

7、第二種，使用硬件中斷INT0對(duì)1s內(nèi)方波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。兩種方案的工作原理類(lèi)似，我們無(wú)法從理論上來(lái)分析孰優(yōu)孰劣。因此，我們采用兩種方法對(duì)信號(hào)同時(shí)采集，對(duì)比兩種測(cè)量結(jié)果，來(lái)完成本設(shè)計(jì)。五、原理圖繪制 電路原理圖的設(shè)計(jì)與繪制是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，電路原理圖的設(shè)計(jì)與繪制的流程，包括設(shè)置電路圖紙、放置元器件、調(diào)整元器件的布局、放置導(dǎo)線(xiàn)等步驟。因?yàn)橛麑?shí)現(xiàn)的功能是數(shù)顯頻率計(jì)，測(cè)試方波的頻率并通過(guò)數(shù)碼管顯示，所以在此次繪制的原理圖中，應(yīng)用了AT89C51單片機(jī)，10個(gè)七段數(shù)碼管，前五個(gè)數(shù)碼管顯示的是用INT0硬件中斷，在T0計(jì)1S的基礎(chǔ)上硬件中斷的個(gè)數(shù)，也就是頻率頻率，后五個(gè)數(shù)碼管顯示的是在T0計(jì)1S的時(shí)候數(shù)

8、中斷的個(gè)數(shù),然后都是通過(guò)8255A將信號(hào)發(fā)給數(shù)碼管。數(shù)碼管采用的是靜態(tài)顯示,每到1s中斷，各位顯示一次。也就是10個(gè)都是更新一次。取P0口連接8255A芯片的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，用來(lái)擴(kuò)展I/O口，PB口的八個(gè)端口分別連接數(shù)碼管的各段。打開(kāi)PROTEUS軟件，在原理圖編輯窗口繪制電路圖。在該界面環(huán)境下，還有預(yù)覽窗口和元件列表區(qū)。編輯窗口用于放置元器件，進(jìn)行連線(xiàn)，繪制原理圖。預(yù)覽窗口可以顯示全部原理圖。左側(cè)工具箱中，還有供使用的工具。 在PROTUSE軟件中進(jìn)行繪制原理圖主要有以下幾個(gè)步驟：1、 要建立設(shè)計(jì)文件，選擇合適的模板，并保存在預(yù)先建立好的文件夾中。在Proteus 7.9Professional中

9、點(diǎn)擊“File”-“Newdesign”可以根據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)模選擇頁(yè)面的大小，本次設(shè)計(jì)應(yīng)用的是DEFAULT默認(rèn)圖紙，點(diǎn)擊之后，單擊OK，如圖1所示。 圖1 圖紙?jiān)O(shè)置2、利用軟件的搜索功能在元件庫(kù)中找到需要的元件，放置到圖紙的合適位置，并分別設(shè)置好各個(gè)元器件的參數(shù)，再在需要的位置放置圖形文本框。點(diǎn)擊元件選擇按鈕當(dāng)中的“P”，在彈出的對(duì)話(huà)框（如圖2所示）中左上角填寫(xiě)需要的元器件名稱(chēng)，通過(guò)這種方式，就可以找到并放置相應(yīng)的器件了。我們可以看到器件的一些基本信息，如管腳數(shù)目和PCB圖形樣式等。 圖2 查找元器件 在出現(xiàn)的搜索結(jié)果中雙擊所需要的元件，該元件便會(huì)添加到主窗口左側(cè)的元件列表區(qū)。3、對(duì)元件進(jìn)行連線(xiàn)

10、：在元件列表區(qū)單擊選中元件，把鼠標(biāo)移到右側(cè)編輯窗口中，鼠標(biāo)變成鉛筆形狀，單擊左鍵，框中出現(xiàn)一個(gè)所選元件原理圖的輪廓圖，可以移動(dòng)。鼠標(biāo)移到合適的位置后，按下鼠標(biāo)左鍵，原理圖便放好了，如圖3所示。圖3 放置元器件 依次將各個(gè)元件放置到繪圖編輯窗口的合適位置，按照電路原理圖把元器件連接起來(lái)，首先選定按鈕對(duì)元件進(jìn)行連接，有時(shí)連線(xiàn)太多會(huì)造成連線(xiàn)重疊在一起，這時(shí)可對(duì)連接在一起的線(xiàn)進(jìn)行相同的標(biāo)號(hào)即表示二者是連在一起的。4、最后，對(duì)所繪制的電路原理圖進(jìn)行檢查，如有錯(cuò)誤就要作進(jìn)一步的調(diào)整與修改，以保證原理圖準(zhǔn)確無(wú)誤。并在繪制原理圖結(jié)束后，保存原理圖文件。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)最終實(shí)現(xiàn)的原理圖見(jiàn)附錄I。六、流程圖繪制 用C

11、語(yǔ)言編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)電路要求功能的源程序，應(yīng)用keil軟件編寫(xiě)并編譯運(yùn)行程序，最終與電路原理圖相連接，仿真實(shí)現(xiàn)其功能。總程序見(jiàn)附錄II。圖4 程序流程圖七、原理圖仿真 整個(gè)設(shè)計(jì)在PROTEUS中的仿真是首先通過(guò)keil軟件進(jìn)行芯片初始化和具體功能的編程，隨后將編寫(xiě)完畢的程序?qū)隤ROTEUS軟件中的對(duì)應(yīng)芯片中，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)芯片完成工作的目的。 在keil軟件中仿真結(jié)束后，需要將生成的“.HEX”文件導(dǎo)入PROTEUS軟件中的對(duì)應(yīng)芯片中，具體操作方法是：調(diào)出之前連接好的電路圖，用左鍵點(diǎn)擊AT89C51芯片，在彈出的對(duì)話(huà)框的相應(yīng)位置中設(shè)定調(diào)用“.HEX”文件的路徑如圖5所示。 圖5 HEX文件寫(xiě)入將“.he

12、x”文件路徑找到之后，單擊右上角“OK”按鈕，即將包含驅(qū)動(dòng)和具體功能的程序?qū)懭氲紸T89C51芯片之中使其能夠按要求工作。最后，點(diǎn)擊左下角的運(yùn)行鍵，使整個(gè)電路開(kāi)始運(yùn)行，以查看電路的具體功能是否能夠完全實(shí)現(xiàn)。 設(shè)定待測(cè)信號(hào)頻率為5000Hz，如圖6所示。 圖6 頻率選擇界面 通過(guò)仿真，計(jì)數(shù)器方式數(shù)碼管顯示如圖7所示。 圖7 計(jì)數(shù)器方式數(shù)碼管顯示 INT0方式數(shù)碼管顯示如圖8所示。 圖8 INT0方式數(shù)碼管顯示 經(jīng)過(guò)多次比較，計(jì)數(shù)器方式比INT0方式得到的頻率精度稍微高一些。8、 總結(jié) 這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程和結(jié)果都給了我很多感觸。剛拿到題目時(shí)，感覺(jué)自己還很幸運(yùn)，因?yàn)樵谝郧暗膶?shí)驗(yàn)中接觸過(guò)頻率計(jì)，這次是

13、自己設(shè)計(jì)頻率計(jì)，通過(guò)上網(wǎng)查找一些資料，大致了解了頻率計(jì)的工作原理。后來(lái)又通過(guò)不斷學(xué)習(xí)和查閱相關(guān)書(shū)籍，終于對(duì)頻率計(jì)的基本情況和設(shè)計(jì)的方案有了一定的理解。通過(guò)對(duì)各種性能的比較和所學(xué)知識(shí)所能實(shí)現(xiàn)的狀況，在這次課程設(shè)計(jì)中通過(guò)兩種方法設(shè)計(jì)頻率計(jì)使我更清晰的認(rèn)識(shí)了單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理功能，在程序調(diào)試期間遇到了很多麻煩，但通過(guò)仔細(xì)分析和同學(xué)的幫助，我體會(huì)到了解決問(wèn)題之后的那種成就感，喜悅感。最后，在老師的認(rèn)真指導(dǎo)下，順利的完成了本次課程設(shè)計(jì)。九、參考文獻(xiàn)1宋戈主編.51單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)范例大全.M北京：人民郵電出版社，2010年.2謝龍漢主編.Proteus電子電路設(shè)計(jì)及仿真.M北京:電子工業(yè)出版社,2012年

14、.3胡啟明主編.Proteus從入門(mén)到精通100例.M北京:電子工業(yè)出版社,2012年.4王欣飛主編.51單片機(jī)原理與程序設(shè)計(jì).M北京:清華大學(xué)出版社,2014年.5周淇主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用:基于Keil及Proteus.M北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2014年. 附錄I ：系統(tǒng)整體電路圖附錄II：系統(tǒng)整體程序#include#include/定義8255A的PA，PB，PC和控制字的地址/#define PA 0xfcff#define PB 0xfdff#define PC 0xfeff#define CTL 0xffff/用來(lái)存放要顯示的8位數(shù)的值unsigned char code

15、 DIG_CODE17=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F的顯示碼/-定義全局變量-/unsigned char DisplayData8; /unsigned char DisplayData18;/用來(lái)存放要顯示的8位數(shù)的值unsigned long Freq; /用來(lái)存放要顯示的頻率值unsigned long Freq1; /用來(lái)存放要顯示的頻率值unsigned long TimeCount; /

16、用于計(jì)算1S鐘的unsigned long pulseCount;/-聲明全局函數(shù)-/void DigDisplay(); /顯示函數(shù),鎖存靜態(tài)顯示void TIMER_Configuration();/初始化定時(shí)器void int0_init(); /初始化硬件終端int0/*函數(shù)名:main功 能:主函數(shù)*/void main() TIMER_Configuration();/調(diào)用定時(shí)器初始化程序，計(jì)時(shí)周期50msint0_init(); /初始化硬件中斷INT0XBYTECTL=0x80;/初始化8255A。將PA，PB，PC設(shè)置為輸出模式while(1)while(TR0 != 0);

17、/在T0沒(méi)有計(jì)到1s的時(shí)候，程序在此等待。由于采用/的是鎖存器鎖存，MCU的占用率較低，以后可以擴(kuò)展if(TR0 = 0) /當(dāng)計(jì)數(shù)器停下的時(shí)候，表明計(jì)數(shù)完畢/硬件中斷INT0計(jì)數(shù)方式，計(jì)得的數(shù)值Freq =pulseCount;/將脈沖計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)給一個(gè)全局變量，并把脈沖計(jì)數(shù)清零，方便下次計(jì)數(shù) pulseCount=0;/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方式，T1計(jì)得的數(shù)值Freq1 = Freq1 + TL1; /讀取TL的值Freq1 = Freq1 + (TH1 * 256); /讀取TH的值/-INT0方式，計(jì)算要顯示的頻率的各位的數(shù)字對(duì)應(yīng)的段碼格式。并交給DisplayData保存-/DisplayData

18、0 = DIG_CODEFreq%100000/10000;DisplayData1 = DIG_CODEFreq%10000/1000;DisplayData2 = DIG_CODEFreq%1000/100;DisplayData3 = DIG_CODEFreq%100/10;DisplayData4 = DIG_CODEFreq%10;/-計(jì)數(shù)器方式，計(jì)算要顯示的頻率的各位的數(shù)字對(duì)應(yīng)的段碼格式。并交給DisplayData1保存-/DisplayData10 = DIG_CODEFreq1%100000/10000;DisplayData11 = DIG_CODEFreq1%10000/

19、1000;DisplayData12 = DIG_CODEFreq1%1000/100;DisplayData13 = DIG_CODEFreq1%100/10;DisplayData14 = DIG_CODEFreq1%10;/-顯示完，開(kāi)始下一次的計(jì)數(shù)-/Freq = 0;/將計(jì)算的頻率清零Freq1 = 0;/將計(jì)算的頻率清零EA=0; /開(kāi)中斷，INT0開(kāi)始計(jì)數(shù)TR0 = 1; /開(kāi)啟定時(shí)器TR1 = 1; /開(kāi)啟計(jì)數(shù)器/-顯示求得的數(shù)值-/DigDisplay();/調(diào)用顯示函數(shù)，完成顯示/*函數(shù)名：TIMER_Configuration功 能：配置定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1*/void

20、 TIMER_Configuration()/-定時(shí)器T1做計(jì)數(shù)器，工作方式1（16位定時(shí)器）-/-定時(shí)器T0做定時(shí)器，工作方式1（16位定時(shí)器）-/TMOD=0x51; /定時(shí)器控制字，將定時(shí)器0設(shè)置為工作方式1,16位計(jì)時(shí)。定時(shí)器T1工作于計(jì)數(shù)模式，工作方式1,16位 /-設(shè)置定時(shí)器晶振為12MHZ時(shí)定時(shí)50ms-/TH0=0x3C;TL0=0xB0; /-打開(kāi)中斷-/ET0=1;ET1=1;EA=1;/-啟動(dòng)計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)-/TR0=1;TR1=1;/*函數(shù)名：Timer0功 能：定時(shí)器0的中斷函數(shù)，每中斷一次，計(jì)數(shù)加1。計(jì)時(shí)20次，即1s停止計(jì)時(shí)。*/void Timer0()interr

21、upt 1EA=0;/執(zhí)行定時(shí)器中斷時(shí)，關(guān)中斷，防止其他中斷干擾計(jì)時(shí)精度TimeCount+;if(TimeCount=20)/計(jì)時(shí)到1S，停止計(jì)時(shí)，并將TimeCount恢復(fù)到0，便于下次計(jì)數(shù)。TR0=0;TR1=0;TimeCount=0;EA=1;/-T0裝載計(jì)時(shí)初值，計(jì)時(shí)周期50ms-/TH0=0x3C;TL0=0xB0;/*函數(shù)名：Timer1功 能：定時(shí)器1的中斷函數(shù)*/void int0(void) interrupt 0/int0中斷入口函數(shù),實(shí)時(shí)計(jì)量中斷次數(shù) pulseCount+;/*函 數(shù) 名：DigDisplay函數(shù)功能：使用數(shù)碼管顯示。采用8255A擴(kuò)展接口，實(shí)現(xiàn)兩組

22、各5位的數(shù)碼管顯示。 PA口控制的是計(jì)數(shù)器方式。PC口控制的是INT0方式*/void DigDisplay()unsigned char i;/定義局部變量unsigned int j;for(i=0;i5;i+) /由于每組顯示的位數(shù)為5，采用鎖存方式依次顯示一位XBYTEPB=DisplayDatai;/由于PB口的地址為16位的片外地址，需用到XBYTEj=50;/掃描間隔while(j-);switch(i) /位選，選擇點(diǎn)亮的數(shù)碼管。由于采用鎖存器鎖存，分別采用PC和PA考控制相應(yīng)的使能位 /當(dāng)相應(yīng)的使能位為1時(shí)，Q端的數(shù)據(jù)隨D端變動(dòng)。為0鎖存case(0):XBYTEPC=0x01;XBYTEPC=0x00;break;/顯示第0位case(1):XBYTEPC=0x02;XBYTEPC=0x00;break;/顯示第1位case(2): XBYTEPC=0x04;XBYTEPC