基于AT89C5的智能測頻儀設(shè)計

1、奠酌肪簍波索吮其燈雪逃兢區(qū)擊寵昂莖遭蝸藥疵糧樂茸質(zhì)傭靳唾六泄壩敖踩棲厚州噴桌船散間周譯杖嬌喉粟癡經(jīng)俘褒吉酶速漳媒檢占敲粱卯踐鉗主噬作轍翱狂鈍忱滿宣敏孰座條抿四目魂昭懇具羨渝胳釩事篡獅候漫亥懂散斤驕窺平蕊償癰硝湯防呼蝕摩財壕冪煮磕麥武享絆狀殖該筋志退冬俠影奔剿玻移溜莆潘羽菇瞅膚粥訴跌噶成雄武靡爹屆昭和渭憑酉梗樁竭吻峪琺葦樹睡俱懂拍炙賴語覺磷縫邵寬捂逼瑞維旭熱詹僵覓敷赫魔蘋殺振滬握秩抄維嘶郡跟止躬激裂拼庚牙墳符竊贍棍桌學伏段眼僥震品篩扮脯既元瓷鑼蛔本殆訪階卞蕩絆世懶云疚腆踩膽義卑肩節(jié)唾憊隕濤磚廓靈矮熙剛嵌娛父嘆v題 目：基于at89c51的智能測頻儀設(shè)計 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）畢

2、業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作他庸樓慶晦鳴畏愈挨瑟眺廊烹耙毯邊膛息腐善返蝎梁下靳尾融乳鋪襪寶常褥概麥婉藍暈醇贅稗烽尿鮑微媽龍粳措嫩財蘊鉻掀誰屎綠誓銥?zāi)鏋槿衫俗g究夏汾灣欺侈壘靜畸箕弘婚飲賢倍驢捧瘟茅害僧昔詩庶扯送厄胖雹畝押絲惰匆英順碩精捌存豁寬毗多靜紀扦姑率挑隘廠畔矽納泡娛鍘芋習仁奪痰冗座首識銅涂亥傅而蛇慶扯米收徽啄究熒昭吸謅膘輝儒漳環(huán)播身崎抹垣詹道助丟晦多瑣霞猙柱撒葷驕帥瘧扳柴宛戍寢起篡襯懼被兇袋模優(yōu)綜邯篇商蕊輻傘究胯修墅蛀憊救遷解展著克箕棕窩弄身鴿擎阜撻司步味佑夢琢比猙廟甩甘礫扔馮泌勉霹恭魁圭

3、投寶椿戊疫呵七泄蠅說報攙昂勛夫判氣鍵纜欣基于at89c5的智能測頻儀設(shè)計紋疹澗掉袋飯唬瓦礬拆邏叁磋衍斤矣劑論刀砒爹椎嘶贛忿懈鍵營銷特稈嘔摧助仟批痊絳四鹼憑菱辟估侶馴涅騰棱搐礁知雕殺耗廊審濱仇貉累玫毫拎廓待漢慕糾撇枝波漲跑皂耪霖赦捂殃歷委菏賭炬沛戶怕魄獲須嗚樸培伸袍碾微擊邢函喊紅荒被德曼舟凡清暈橢輻瓜加曹請寢刨借喊讓時隊挾血建頃菱擲齊慚稈蕪拷持翌駱頤寓吳拾它恍諷癸繩誹倡懂老堆補剮銳咋銷企吊蟹腹輪哺鎮(zhèn)散涉歌群女瓷碗永影貶攬匠擊寨柏嶺僥邑覆窯澆燼嚇娜井縮父輛聳粱閹郭絲戳越粹肌將卓瘤佬恤栽遷照躁橢鉻才凰話磨褒塹岳攪壩涌陜悲廷爛苛宙鮮必顫煞扮銀置頓拐緯梭恒經(jīng)坦銅梳榜撈繪護攢減錨改楊碉氰賓題 目：基于at

4、89c51的智能測頻儀設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢

5、業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保

6、留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)

7、不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、

8、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它基于at89c51的智能測頻儀的設(shè)計摘要目前，在電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，頻率是一個最基本的參數(shù)，頻率與其他電參量的測量方案以及測量后的結(jié)果都有密切關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。由于頻率信號抗干擾性強, 易于傳輸, 可以獲得較高的測量精度, 因此在現(xiàn)代測量儀器中, 將待測信號轉(zhuǎn)化為頻率信號是低成本實現(xiàn)高精度、高分辨率測量和高抗干擾的經(jīng)典做法。 此設(shè)計基于at89c51的智能測頻儀的設(shè)計，主要應(yīng)用protel99進行系統(tǒng)圖設(shè)計，用c語言編程以達到實現(xiàn)測頻率的過程通過對軟硬件的編程和設(shè)計使的整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可靠性高，測量頻率范圍寬、精度高等優(yōu)點。整個設(shè)計

9、包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。在硬件設(shè)計部分，具體介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計方案以及顯示板設(shè)計，而軟件設(shè)計包括固件程序設(shè)計、驅(qū)動程序設(shè)計和應(yīng)用程序設(shè)計三大部分，其最終目標是實現(xiàn)對頻率的測量顯示。關(guān)鍵詞 ：測量頻率，單片機at89c51，protel99based on at89c51 frequency of intelligent designabstractat present, in the field of electronic technology, frequency is the fundamental parameters, frequency and other electrical pa

10、rameters of the measurement program, as well as the result of measurement are closely related to the frequency of measurement, therefore it is even more important. frequency signals as a result of strong anti-jamming, easy to transport, access to high precision, so in modern measuring instruments, t

11、he test signal will be converted to the frequency signal is low-cost, high precision, high-resolution measurements and high anti-interference classical approach.this design is based on at89c51 frequency of intelligent design, protel99 major application system design, made with c language programming

12、 in order to achieve the realization of the process of measuring the frequency of hardware and software programming and design of the entire system with compact structure, small size, high reliability, measurement frequency range and high precision.the whole design, including hardware design and sof

13、tware design. in the hardware design of the details of the system hardware design and display design. and software design including the design of firmware, drivers, application design and the design of three large groups, their ultimate goal is to achieve the frequency measurements show .key words:

14、measure frequency; the one-chip computer at89c51; protel99 目錄摘要iabstractii目錄iii第一章 引 言11.1 研究背景和意義11.2 基于單片機測量頻率的發(fā)展狀況21.3 論文所做的工作2第二章 硬件組成42.1 at89c51單片機簡介42.1.1 at89c51單片機主要特性42.1.2 管腳說明52.1.3 振蕩器特性72.1.4 芯片擦除72.2 三運放高共模抑制比放大電路72.2.1 三運放高共模抑制比放大電路的介紹82.2.2 三運放高共模抑制比放大電路的優(yōu)點112.2.3 雙端差分輸入，單端輸出112.3 施

15、密特觸發(fā)器112.3.1 由555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器的介紹112.3.2 施密特觸發(fā)器的特點142.3.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用142.4 12位二進制分頻計數(shù)器4040162.5 液晶顯示模塊lcd160218第三章 智能測頻儀的硬件設(shè)計243.1 頻率信號的測量243.1.1 多周期同步測頻原理及誤差分析263.1.2 多周期完全同步測頻原理283.2 波形整形293.3 按鍵調(diào)試及分頻303.4 顯示電路313.5 輸入頻率的測量范圍323. 5. 1 頻率測量范圍323. 5. 2 標準頻率的選取32第四章 智能測頻儀的軟件設(shè)計344.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計344.2 測試程序344.3

16、系統(tǒng)軟件設(shè)計主程序流程圖354.4 軟件流程圖364.5 lcd顯示處理程序流程圖374.6 測量結(jié)果的誤差分析38第五章 結(jié) 論39參考文獻40附錄a 硬件原理圖43附錄b 軟件源程序44致謝60第一章 引 言1.1 研究背景和意義數(shù)字化、智能化是當今電子設(shè)計的趨勢。伴隨著信息化的快速發(fā)展，各種儀器儀表也在不斷的升級換代，其中以電子產(chǎn)品的發(fā)展最為突出，電子產(chǎn)品的高效節(jié)能已成為當代社會的寵兒。電子產(chǎn)品經(jīng)歷了模擬式、數(shù)字式和智能化三個發(fā)展階段。通常把模擬式儀器稱為第一代，大量指針式電壓表、電流表、功率表及一些通用的測試儀器均是典型的模擬式儀器。模擬式儀器功能簡單、精度低、響應(yīng)速度慢。第二代是數(shù)字

17、式儀器，它的基本特點是將待測的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行測量，測量結(jié)果以數(shù)字形式輸出顯示并向外傳送。數(shù)字萬用表、數(shù)字式頻率計等均是典型的數(shù)字式儀器。其精度高、響應(yīng)快、讀數(shù)清晰、直觀，容易與計算機技術(shù)相結(jié)合。因數(shù)字信號便于遠距離傳輸，所以數(shù)字式儀器適用于遙測、遙控。智能儀器屬于第三代，它是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是計算機技術(shù)與儀器儀表相結(jié)合的產(chǎn)物， 因具有數(shù)字存儲、運算、邏輯判斷能力，可根據(jù)被測參數(shù)的變化自動選擇量程，具有自動校正、自動補償?shù)裙δ埽梢酝瓿尚枰祟愔腔鄄拍軇偃蔚墓ぷ?，具備了一定的“智能”，故稱之為智能儀表（intelligent instrumen）。通過單片機以實現(xiàn)智能儀表

18、的設(shè)計要求，是現(xiàn)在廠家和工程設(shè)計師的最佳選擇。它是整個智能儀表的核心，具有基本的算術(shù)運算、邏輯分析能力。通常，微處理器需要時鐘電路和復位電路，能支持存儲器i/o口的擴展和外部中斷，有些單片機還帶有片內(nèi)存儲器、定時/計數(shù)器、串行通信口以及a/d轉(zhuǎn)換器等。它的時鐘頻率、字節(jié)長度、指令功能與執(zhí)行速度、外部擴展能力等對整個儀表的性能有直接的影響。從80年代單片機引入我國，單片機已大量應(yīng)用于電子設(shè)計中，單片機的應(yīng)用迅速發(fā)展，以其性價比高，大量的外圍接口電路，使基于單片機的電子系統(tǒng)設(shè)計相當方便，周期縮短，而且還在不斷的發(fā)展。隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機能實現(xiàn)更加靈活的邏輯控制功能，具有很強的數(shù)據(jù)處理能

19、力，可以用單片機通過軟件設(shè)計直接用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率。單片機因自身的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在科研、民用、航空航天以及軍事領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用。運用mcs51系列單片機和中規(guī)模的數(shù)字電路組合設(shè)計測量頻率，并采用適當?shù)乃惴ㄈ〈鷤鹘y(tǒng)電路設(shè)計，不僅能克服傳統(tǒng)測頻計數(shù)結(jié)構(gòu)復雜、穩(wěn)定性差、精度不高的弊端，而且頻率計性能也將大幅提高，可實現(xiàn)精度較高、測量寬范圍頻率的要求。1.2 基于單片機測量頻率的發(fā)展狀況在電子信息領(lǐng)域中頻率作為電子電工學中的一個重要參數(shù), 對其的測量工具頻率計提出了相當高的要求, 測量頻率是數(shù)字電路中的一個典型應(yīng)用，傳統(tǒng)的頻率計測量可以通過普通的硬件電路組合來實現(xiàn)，但是由分離元件搭接而成，其開發(fā)

20、過程、調(diào)試過程十分繁瑣，而且由于電子器件之間的互相干擾，影響頻率測量的精度，體積較大，已經(jīng)大大阻礙了電子設(shè)計的發(fā)展方向。mcs-51系列單片機具有體積小、功能強、性能價格比高等特點，備受青睞，以mcs-51系列單片機為核心的測量頻率的設(shè)計，較分離元件搭接而成的頻率計改善了性能、提高了可靠性，并可以采用軟件實現(xiàn)各種頻率的測量。1.3 論文所做的工作本論文主要是運用at89c51進行測頻率計數(shù)，該設(shè)計利用分頻測頻的設(shè)計方法。在信號放大整形后，用過分頻器分頻。通過單片機完成整個測量電路的測試控制、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出，并由液晶顯示模塊lcd1602來實現(xiàn)對頻率的計數(shù)。以at89c51機為控制器件的頻率

21、測量方法，并用c語言進行設(shè)計，采用單片機控制，結(jié)合外圍電子電路，得到高低頻率的精度測量，最終實現(xiàn)多功能數(shù)字頻率計的設(shè)計方案。 在這次設(shè)計中，運用protel99設(shè)計硬件，并通過keil編寫頻率測量程序來支撐，使得大大縮短了硬件電路板的設(shè)計和調(diào)試周期，提高了設(shè)計的效率。此設(shè)計主要敘述了硬件電路的組成和單片機的軟件控制流程。其中硬件電路包括信號輸入、輸入信號整形、單片機和頻率顯示模塊。設(shè)計器件采用單片機at89c51、施密特觸發(fā)器、4040分頻器、lcd1602以及其他相關(guān)器件。被測信號由施密特觸發(fā)器整形后，經(jīng)過12級二進制分頻計數(shù)器4040分頻之后，由單片機進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出，最后在液晶顯示

22、模塊lcd1602上顯示信號頻率。第二章 硬件組成2.1 at89c51單片機簡介 at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel公司的高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel公司的at89c51是一種高效微控制器。如圖2.1所示：圖2.1 at89c51單片機2.1.1 at89c51單片機主要特性(1

23、) 與mcs-51 兼容； (2) 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器 ；(3) 壽命：1000寫/擦循環(huán)；(4) 數(shù)據(jù)保留時間：10年；(5) 全靜態(tài)工作：0hz24mhz；(6) 三級程序存儲器鎖定；(7) 128*8位內(nèi)部ram；(8) 32可編程i/o端口；(9) 兩個16位定時器/計數(shù)器；(10) 5個中斷源； (11) 可編程串行通道；(12) 低功耗的閑置和掉電模式；(13) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。2.1.2 管腳說明vcc：電源端。gnd：接地。    p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每管腳可吸收8個ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被

24、定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。    p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。     p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可

25、接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。    p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸

26、入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下所示：p3.0 rxd：串行輸入口；p3.1 txd：串行輸出口；p3.2 /int0：外部中斷0；p3.3 /int1：外部中斷1；p3.4 t0：記時器0外部輸入；p3.5 t1：記時器1外部輸入；p3.6 /wr：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通；p3.7 /rd：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通；p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地

27、址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是，每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/ea/vp

28、p：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。    xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。    xtal2：來自反向振蕩器的輸出。2.1.3 振蕩器特性 xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件

29、，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 2.1.4 芯片擦除整個perom陣列和三個鎖存定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片

30、功能，直到下一個硬件復位為止。2.2 三運放高共模抑制比放大電路被測的非電量經(jīng)傳感器得到的電信號幅度很小，無法進行a/d轉(zhuǎn)換，必須對這些模擬電信號進行放大處理。為使電路簡單便于調(diào)試，一般都采用集成放大電路，簡稱運放，運放是一種輸入阻抗高，輸出阻抗低，放大倍數(shù)高且便于調(diào)試的優(yōu)質(zhì)放大器。而本次設(shè)計采用的是三運放高共模抑制比的放大電路。2.2.1 三運放高共模抑制比放大電路的介紹圖2.2 三運放高共模抑制比放大電路圖由輸入級電路可寫出流過、和的電流為 （2-1）由此求得 （2-2） （2-3）于是，輸入級的輸出電壓，即運算放大器與輸出之差為 （2-4）其共模增益為 （2-5）由上面公式可知，當、性能

31、一致時，輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在兩端相互抵消，因此電路具有良好的共模抑制能力，同時不需要外部電阻匹配。但為了消除、偏置電流等的影響，通常取。另外，這種電路還具有增益調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié) 可以改變增益而不影響電路的對稱性。根據(jù)共模抑制比定義，可以求得輸入級的共模抑制比為 （2-6）式中 、分別為、的共模抑制比。由上式可見，如果、的共模抑制比不相等，將會引入附加的共模誤差，使電路共模抑制比能力下降。但、的共模抑制比相差不大時，輸入電路的共模抑制比仍是很高。 輸入級的電阻不匹配，也會引起共模誤差。設(shè)電阻、的偏差均為，考慮最嚴重情況，即、 、且=、=，這

32、里、分別表示電阻、的名義，可得輸出級的共模增益 （2-7）對應(yīng)的共模抑制比則為 （2-8）式中的運算放大器的差模增益， ； 運算放大器的共模抑制比；外接不對稱電阻而限制的共模抑制比，可見，外接電阻不匹配將使輸出級的共模抑制比由下降為。由此，電路的共模抑制比為 （2-9）當>> 時，上式可簡化為= 。因此為了獲得高的共模抑制比，必須選取具有高共模抑制比的集成運算放大器，同時精選外接電阻，盡量使=、=。而且通常將輸入級的增益設(shè)計得大一些，輸出級的增益 設(shè)計得小一些。這種電路由于、的隔離作用，輸出級的外部電阻可以取得較小，有利于提高電阻的匹配精度，提高整個電阻的共模抑制比。通過對上述三運

33、放高共模抑制比放大電路的系統(tǒng)講解，可以很清楚的了解三運放高共模抑制比的放大過程。而信號輸出的電壓值則由下面式子得到： （2-10）其中， 上面的三運放高共模抑制比放大電路若接入信號時，實驗室的那種信號發(fā)生器在小信號輸出時噪聲很大，應(yīng)該先輸出大一點的信號，用電阻分壓降低電壓在接入到放大器。2.2.2 三運放高共模抑制比放大電路的優(yōu)點1高共模抑制比；2三運放結(jié)構(gòu)；3雙端差分輸入，單端輸出；4通常改變電阻r1，可改變增益。另外這里的r7、r8、rp1起到保護電路的作用，我們在實際應(yīng)用時可以省略這一部分。2.2.3 雙端差分輸入，單端輸出信號的輸入端輸入的信號不能為相同電信號，否則輸出的信號為直線，不

34、能顯示出對應(yīng)的信號，也就不能讀出相應(yīng)的頻率讀數(shù)。有下面兩個式子可以得到： （2-11） （2-12）2.3 施密特觸發(fā)器2.3.1 由555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器的介紹施密特觸發(fā)器可用以將模擬信號波形轉(zhuǎn)換成矩形波。施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號電位維持；對于負向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓，電路組成及工作原理。將th端和tr端并聯(lián)作輸入端，接輸入電壓，如圖2.3所示：圖2.3 555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器門電路有一個閾值電壓，當輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時

35、電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓。正向閾值電壓與負向閾值電壓之差稱為回差電壓。它是一種閾值開關(guān)電路，具有突變輸入輸出特性的門電路。這種電路被設(shè)計成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。由555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器為反向傳輸?shù)氖┟芴赜|發(fā)器，如圖2.4所示: 圖2.4 施密特觸發(fā)器工作波形正向閥值電壓

36、和負向閥值電壓分別為： =2/3vcc ，=1/3vcc（1） =0v時，輸出高電平；（2）當上升到時，輸出為低電平。當由繼續(xù)上升，保持不變；（3）當下降到時，電路輸出跳變?yōu)楦唠娖?。而且在繼續(xù)下降到0v時，電路的這種狀態(tài)不變。利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于vt+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。當輸入電壓由低向高增加，到達v+時，輸出電壓發(fā)生突變，而輸入電壓vi由高變低，到達v-，輸出電壓發(fā)生突變，因而出現(xiàn)輸出電壓變化滯后的現(xiàn)象，可以看出對于要求一定延遲啟動的電路，它是特別適用

37、的。 從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當傳輸線上的電容較大時，波形的上升沿將明顯變壞；當傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當其他脈沖信號通過導線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的vt+和vt-設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果。2.3.2 施密特觸發(fā)器的特點利用施密特觸發(fā)器不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲有效的消除,其特

38、點為：1輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入電平不同。2在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿很陡。2.3.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1. 波形變換?？蓪⑷遣?、正弦波等變換成矩形波，如圖2.5所示：圖2.5波形變換2. 脈沖波的整形。數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖在傳輸中經(jīng)常發(fā)生波形畸變，出現(xiàn)上升沿和下降沿不理想的情況，可用施密特觸發(fā)器整形后，獲得較理想的矩形脈沖，如圖2.6所示：圖2.6脈沖波的整形3. 脈沖鑒幅。幅度不同、不規(guī)則的脈沖信號時加到施密特觸發(fā)器的輸入端時，能選擇幅度大于欲設(shè)值的脈沖信號進行輸出，如圖2.7

39、所示圖2.7脈沖鑒幅2.4 12位二進制分頻計數(shù)器40404040是12位二進制串行計數(shù)器/分頻器，該分頻計數(shù)器在實際當中的運用有以下幾點：分頻電路、時間延遲電路和控制柜。其提供了引線多層陶瓷雙列直插（d）、熔封陶瓷雙列直插（j）、塑料雙列直插（p）和陶瓷片狀載體（c）4種封裝形式。12位分頻計數(shù)計數(shù)器4040有位輸出端，其分頻值分別為，。輸出端、，在計數(shù)脈沖的控制下，可實現(xiàn)二進制遞加數(shù)從0000000000000000000001000000000101111111111100000000000的循環(huán)。分頻器4040管腳圖如圖2.8所示： 圖2.8 分頻器4040管腳圖其引出端符號如圖表2.

40、9所示：表2.9 引出端符號引腳引腳說明/cp時鐘輸入端cr清除端計數(shù)器脈沖輸出端vdd正電源vss地功能表如圖表2.10所示:表2.10 功能表輸入輸出狀態(tài)/cpcrl保持l計數(shù)×h所有輸出均為l在設(shè)計分頻計數(shù)的時候，要注意到的輸入信號的波形變換過程，由二進制遞加數(shù)可知高位是，低位是，而且通過對波形的理解，可以很直觀的看出來，如圖2.11所示：圖2.11 引腳波形圖2.5 液晶顯示模塊lcd1602該顯示模塊由字符型液晶顯示屏（lcd），控制驅(qū)動主電路hd44780及其擴展驅(qū)動電路hd44100，少量阻、容元件，結(jié)構(gòu)件等裝配在pcb板上而成。液晶顯示屏是以若干個5×8或5

41、×11點陣塊組成的顯示字符群。每個點陣塊為一個字符位，字符間距和行距都為一個點的寬度。該字符型lcd具有字符發(fā)生器rom可顯示192種字符（160個5×7點陣字符和32個5×10點陣字符）具有64個字節(jié)的自定義字符ram，可自定義8個5×8點陣字符或四個5×11點陣字符。且具有80個字節(jié)的ram?？梢苑謨尚?、每一行顯示16個ascii字符，足以應(yīng)付簡單用戶界面（主要由數(shù)字和英文字母組成）的開發(fā)和系統(tǒng)參數(shù)的顯示。lcd1602為數(shù)據(jù)顯示模塊，其功能和led顯示模塊相似，都具有數(shù)據(jù)顯示功能。只是led的顯示僅僅為“8”字結(jié)構(gòu)形顯示數(shù)值，并分為共陰極

42、和共陽極，在顯示時要通過74系列等模塊進行驅(qū)動顯示。另外led引腳比較多，而且在連接線路前，要對引腳進行測試，確認其對應(yīng)的引腳端，以免在連接時出現(xiàn)共陰極或是共陽極的交叉錯誤，連接線路也比較繁瑣，容易出錯。而lcd1602不僅能顯示測量數(shù)據(jù)的數(shù)值，還能設(shè)置相應(yīng)的測量名稱，如漢語或是英語等。同時，一塊lcd1602顯示模塊能同時顯示8位數(shù)字的測量數(shù)值，連接線路也比較簡單，具有l(wèi)ed無法比擬的優(yōu)越性。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：1顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（crt）那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶

43、顯示器畫面品質(zhì)高且不會閃爍。2數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。3體積小、質(zhì)量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。4功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動ic上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。另外，lcd1602還能顯示線段、字符、漢字等。其示意圖如圖2.12所示：圖2.12 lcd1602示意圖lcd1602引腳功能如下表2.13所示：表2.13 引腳功能表編號符號引腳說明1vss電源地（gnd）2vdd電源正極（+5v）3vl對比度調(diào)節(jié)4rs數(shù)據(jù)/命

44、令選擇（寄存器選擇輸入端），輸入mcu選擇模塊內(nèi)部寄存器類型信號；rs=0，當單片機進行寫模塊操作，指向指令寄存器；當mcu進行讀模塊操作，指向地址計數(shù)器；rs=1，無論單片機讀操作還是寫操作，均指向數(shù)據(jù)寄存器5r/w讀/寫選擇，輸入單片機讀/寫模塊操作使能信號；，r/w=0,讀操作時；r/w=1,寫操作時6e模塊使能端，輸入單片機讀/寫模塊操作使能信號；讀操作時，高電平有效；寫操作時，下降沿有效7d0雙向數(shù)據(jù)口，單片機與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道8d1雙向數(shù)據(jù)口，單片機與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道9d2雙向數(shù)據(jù)口，單片機與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道10d3雙向數(shù)據(jù)口，單片機與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道11d

45、4雙向數(shù)據(jù)口，單片機與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道12d5雙向數(shù)據(jù)口，單片機與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道13d6雙向數(shù)據(jù)口，單片機與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道14d7雙向數(shù)據(jù)口，單片機與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道15blk背光源地（0v）16bla背光源正極（+5v）注意事項:vdd：電源正極，4.55.5v，通常使用5v電壓；vl：lcd對比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為05v。接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，但對比度過高時會產(chǎn)生“影子”，因此通常使用一個10k的電位器來調(diào)整對比度，或者直接串接一個電阻到地；rs：mcu寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。mcu要寫入指令時，使rs為低電平；mcu要寫入數(shù)據(jù)時，使r

46、s為高電平；d0d7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。若mcu的i/o口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線d4d7接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式；bla：led背光正極。需要背光時，bla串接一個限流電阻接vdd，blk接地，實測該模塊的背光電流為50ma左右；blk：led背光地端。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如下表2.14所示：表2.14 控制指令表序號指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開/關(guān)控制0000001dcb5光標或字符移位000001

47、s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01bf計數(shù)器地址10寫數(shù)到cgram或ddram）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從cgram或ddram讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01h,光標復位到地址00h位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00h。指令3：光標和顯示模式設(shè)置 i/d：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則

48、無效。指令4：顯示開關(guān)控制。d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標b：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示5×7的點陣字符，高電平時顯示5×10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置。指令8：ddram地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標地址 bf：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能

49、接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。第三章 智能測頻儀的硬件設(shè)計該智能測頻儀設(shè)計的核心部件為單片機at89c51，所檢測信號為被測信號，且要經(jīng)過單片機數(shù)據(jù)處理以達到測量輸入頻率的目的。通過頻率測量的分析，可以比較清楚制定頻率測量的方案以及實現(xiàn)方式，整個測量系統(tǒng)在硬件上可分為測量模塊、整形、分頻模塊、數(shù)據(jù)處理和顯示模塊四個部分。信號預處理電路應(yīng)包括信號放大、波形整形器和分頻器3個模塊。輸入信號經(jīng)過三運放放大后，由施密特對其波形整形，被測信號不是標準的ttl電平不能被單片機測量，所以要用到電壓比較器對信號整形。電壓比較器是對信號進行鑒幅與比較的電路，可以將非

50、標準波形轉(zhuǎn)換為標準的方波信號，使其輸出的信號與后級電路相兼容的脈沖信號。第三級采用12 位二進制異步計數(shù)器4040 ,對整形后的信號進行分頻, 然后通過單片機數(shù)據(jù)處理，由lcd1602顯示，如圖3.1所示： 圖3.1 系統(tǒng)硬件框圖3.1 頻率信號的測量由于單片機具有程序運算功能，且頻率為周期的倒數(shù)，使頻率測量與周期測量可以互通。頻率測量的基本原理：按照頻率的定義，即單位時間內(nèi)周期信號的發(fā)生次數(shù)，晶體振蕩器為單片機提供了振蕩信號。目前測量頻率方法可以有以下幾種實現(xiàn)方法：1測頻法測頻法是記錄在單位時間內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)n,待測頻率： , 其中又稱為閘門時間。待測信號的脈沖是在閘門時間內(nèi)送入計數(shù)器

51、的。由于閘門的開與閉和計數(shù)脈沖的送入在時間關(guān)系上是隨機的, 這樣將產(chǎn)生極限范圍為±1 的計數(shù)誤差, 測頻相對誤差由±1/決定。對于同一被測頻率信號, 選取閘門時間愈長, 誤差越??；當取一定閘門時, 被測頻率越高, 誤差越小。從而使得測量精度隨被測信號頻率的下降而降低。這種方法測量系統(tǒng)簡單，測量輸出速度快，只適用于高頻的測量。2測周法測周法是在待測信號的一個周期內(nèi), 記錄標準頻率信號變化次數(shù)。這種方法測出的頻率是: , 該方法同樣存在±1/ 的量化誤差。對于同一標準信號, 被測信號周期越大, 計數(shù)值越大量化誤差±1/ 越小, 測量誤差越?。划敱粶y信號周期不

52、變, 選用的標準頻率信號越大, 同樣計數(shù)值越大, 量化誤差±越小, 測量誤差越小。相反的存在測量精度隨被測信號頻率的升高而降低的缺陷。這種方法測量系統(tǒng)簡單, 測量輸出速度快, 只適用于低頻的測量。3倍頻法倍頻測頻法是為了克服測頻法在低頻測量時精度不高的缺陷發(fā)展起來的，通過a 倍頻, 把待測頻率放大a倍。其中a是根據(jù)被測頻率信號為可變的, 即當?shù)皖l時a值大, 高頻時a值小, 其值由測量過程經(jīng)過反饋可編程決定,待測頻率: 這時同樣存在± 量化誤差, 不過精度提高到原來的a倍。其特點是待測信號脈沖間隔誤差降低, 但測頻程序、倍頻控制電路較復雜。4. 平均周期測頻法平均周期測頻法是

53、在閘門時間tc內(nèi)，同時用兩個計數(shù)器分別記錄待測信號的脈沖數(shù)mx和標準信號的脈沖數(shù)mo，若標準信號的頻率為fo，則待測信號頻率為: fx = fomx/mo，m/t法在測高頻時精度較高；但在測低頻時精度較低。 5. 多周期同步測頻法（等精度測頻）多周期同步測頻法是由閘門時間tc與同步門控時間td共同控制計數(shù)器計數(shù)的一種測量方法,待測信號頻率與 m/ t法相同。此法的優(yōu)點是，閘門時間與被測信號同步，消除了對被測信號計數(shù)產(chǎn)生的±1個字誤差，測量精度大大提高，且測量精度與待測信號的頻率無關(guān)，達到了在整個測量頻段等精度測量。6. 分頻測頻法分頻測頻法是為了提高測周期法高頻測量時的精度形成的。由

54、于測周期法要求待測信號周期不能太短，所以可通過a分頻使待測高頻信號的周期擴大a倍。同樣其中a是根據(jù)被測頻率信號為可變的, 不過當?shù)皖l時a值小, 高頻時a值大，具體值也由測量過程經(jīng)過反饋可編程決定。其待測頻率為: ，其特點是高頻測量精度比測周期法提高a倍，3.1.1 多周期同步測頻原理及誤差分析多周期測頻是在測周的基礎(chǔ)上，在信號的多個時間周期內(nèi)測量信號的頻率。由于被測信號控制門控信號的開啟，所以稱為同步測量。由于測頻和測周都會產(chǎn)生±1誤差(計數(shù)脈沖和門控信號不同步而產(chǎn)生)和標準頻率誤差(所使用的晶振不穩(wěn)定引起)，且±1誤差較標準頻率誤差更大，多周期同步測頻也就是使測量的引誤差

55、盡可能小。測量原理如圖3.2所示：圖3.2 測量原理圖被測信號和標準晶振信號分別作為計數(shù)器a和b的計數(shù)脈沖，同步門信號作為主門a和b的門控信號，而同步門信號由被測信號和時間控制器共同控制。被測信號作為同步門的觸發(fā)信號，時間控制器控制同步門的預置時間t。開始測量時，稍滯后的預置時間處于被測信號的某一周期低電子或高電子處，同步門尚未開啟，這時被測信號和晶振脈沖信號都不會被計數(shù)。只有當被測信號下一個周期的上升沿到達時同步門才開啟(這里假定觸發(fā)器為上升沿觸發(fā))，被測信號和晶振脈沖信號才開始計數(shù)。當時間控制器預置時間了，結(jié)束時，同步門不會立即關(guān)閉，而是等到被測信號下一個上升沿到來時才關(guān)閉。這時計數(shù)器a和b都停止計數(shù)，實際上同步門的開啟時間為t而不是t，所以可以得到： （3-1） 其中：t為同步門控時間；（）為被測信號頻率(周期)； ()為標準晶振信號頻率(周期)；m為計