基于52單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、. . . . I / 33課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于 AT89C52 單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系 電子信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)電氣工程與其自動(dòng)化班 級(jí) （ 2 ）姓 名 華 杰 學(xué)號(hào)：1108441096. . . . I / 33摘 要在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，同時(shí)也是一個(gè)非常重要的參數(shù)，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。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。頻率測(cè)量是電子學(xué)測(cè)量中最為基本的測(cè)量之一。本文中詳細(xì)介紹了頻率計(jì)的仿真與設(shè)計(jì)過(guò)程

2、。本文設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī) STC89C52 為核心的數(shù)字頻率計(jì)。介紹了單片機(jī)、放大整形模塊、分頻模塊和 LCD1602 顯示模塊等各個(gè)模塊的組成和工作原理。測(cè)量時(shí)，將被測(cè)輸入信號(hào)送給單片機(jī)，通過(guò)程序控制計(jì)數(shù)，結(jié)果送LCD1602 顯示頻率值。本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī) STC89C52 為控制核心，利用它部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量。應(yīng)用單片機(jī)的控制功能和數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能和頻率的換算，最后顯示測(cè)量的頻率值。本次設(shè)計(jì)所制作的頻率計(jì)外圍電路簡(jiǎn)單，大部分功能都通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，利用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)的自動(dòng)換擋功能；用單片機(jī)中斷控制端口實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量功能；通過(guò)分頻電路實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率檔位的控制

3、。本次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)具有測(cè)量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了 1Hz4MHz 圍的頻率測(cè)量，而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換。關(guān)鍵詞：AT89C52AT89C52；數(shù)字頻率計(jì)；分頻；放大電路；數(shù)字頻率計(jì)；分頻；放大電路. . . . II / 33目 錄摘要 I目錄 II1 引言 11.1 研究背景與意義 11.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 12 總體方案設(shè)計(jì) 22.1 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)容 22.2 總體思路 22.3 具體模塊 23 硬件設(shè)計(jì) 43.1 電路設(shè)計(jì)的步驟 43.2 STC89C52 簡(jiǎn)介 43.2.1STC89C52RC 引腳功能說(shuō)明 63.2.2 單片機(jī)引腳分配 83.3 信號(hào)調(diào)理與放大整

4、形模塊 83.3.1 LM318 介紹 93.2.2 1N4733 與 74LS14 介紹 93.4 分頻模塊 93.4.1 74LS161 介紹 103.4.2 74LS153 介紹 113.5 LCD 顯示和鍵盤(pán) 113.5.1 LCD1602 簡(jiǎn)介 113.5.2 1602LCD 的基本參數(shù)與引腳功能 123.5.3 1602LCD 的指令說(shuō)明與時(shí)序 134 軟件設(shè)計(jì) 144.1 主程序流程圖設(shè)計(jì) 144.2 子程序流程圖設(shè)計(jì) 144.3 程序編寫(xiě)與仿真圖設(shè)計(jì) 16. . . . III / 335 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn) 186 總結(jié) 19參考文獻(xiàn) 20附錄 21. . . . 1 / 331

5、 引言1.1 研究背景與意義頻率計(jì)是我們?cè)陔娮与娐穼?shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)用到的測(cè)量?jī)x器之一，它能將頻率用液晶顯示器或者數(shù)碼管直接顯示出來(lái)，給測(cè)試帶來(lái)很大的方便，使結(jié)果更加直接；且頻率計(jì)還能對(duì)其他多種物理量進(jìn)行測(cè)量，如聲音的頻率、機(jī)械振動(dòng)的頻率等，都可以先轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后用頻率計(jì)來(lái)測(cè)量。研究頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與制作將會(huì)對(duì)我們的生活有很大意義?，F(xiàn)代的頻率計(jì)多是用 LED 數(shù)碼管顯示的，其結(jié)果不明確，表示也不直接，研究液晶顯示的頻率計(jì)的發(fā)展很有意義。數(shù)字頻率計(jì)是一種用十進(jìn)制數(shù)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器，被測(cè)信號(hào)可以是方波，三角波，正弦波或其它周期性信號(hào)。如果配上適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，還可以對(duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)量，比如轉(zhuǎn)

6、速，聲音頻率，機(jī)械振動(dòng)的頻率以與產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器，它的基本功能是測(cè)量方波信號(hào)、三角波信號(hào)、正弦信號(hào)以與其它各種單位時(shí)間變化的物理量。它被廣泛應(yīng)用于航天、電子、測(cè)控等領(lǐng)域。1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀縱觀現(xiàn)在的數(shù)字頻率計(jì)，其基本原理都是一樣的，頻率是單位時(shí)間（1s） 信號(hào)發(fā)生周期變化的次數(shù)，如果我們可以在給定的1s時(shí)間對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來(lái)，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)，然后通過(guò)計(jì)算這一段時(shí)間間隔的脈沖數(shù)，將其換算后顯示出來(lái)。這就是數(shù)字頻率計(jì)的基本原理

7、。但現(xiàn)在的頻率計(jì)的顯示部分都是LED數(shù)碼管，顯示容是BCD碼，不直觀，如果用LCD液晶來(lái)顯示，會(huì)使輸出結(jié)果更直接，更便于觀察。正因如此，所以未來(lái)數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展必定會(huì)向液晶顯示方向發(fā)展。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測(cè)量成為一項(xiàng)越來(lái)越普遍的工作，測(cè)頻原理和測(cè)頻方法的研究正受到越來(lái)越多的關(guān)注。. . . . 2 / 332 總體方案設(shè)計(jì)2.1 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)容本題主要研究以單片機(jī)為核心輔以信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)對(duì)信號(hào)預(yù)處理電路，包括信號(hào)放大電路、信號(hào)變換電路、信號(hào)整形電路和分頻電路相關(guān)的理論知識(shí)，以與單片機(jī)工作原理、接口技術(shù)和編程命令與方法等知識(shí)的深入學(xué)習(xí)理解，在多種方案中

8、選擇并確定一種不論是硬件實(shí)現(xiàn)還是測(cè)量精度和測(cè)量圍指標(biāo)較合適的方案，實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)。該設(shè)備通過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路，將各種輸入信號(hào)進(jìn)行處理，使信號(hào)變成高低電平形式的矩形波信號(hào)，再與單片機(jī)進(jìn)行接口，再通過(guò)單片機(jī)的中斷和各種程序進(jìn)行運(yùn)算，最后顯示出計(jì)算結(jié)果，得到輸入信號(hào)的頻率值。通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，使學(xué)生更加鞏固所學(xué)理論知識(shí)，并通過(guò)查閱、消化相關(guān)資料，自學(xué)相關(guān)設(shè)計(jì)硬件，完成設(shè)計(jì)方案的理論分析，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)、制作實(shí)際電路，從而達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的效果。培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并具備一定的硬件電路設(shè)計(jì)、調(diào)試能力。參數(shù)要求如下：1、裝置測(cè)量頻率圍在 1HZ-4MHZ 之間；2、測(cè)量誤差

9、為 0.1%；3、用 LCD1602 液晶顯示器顯示結(jié)果；4、可以測(cè)量方波、三角波與正弦波等多種波形的周期信號(hào)。2.2 總體思路頻率計(jì)是我們經(jīng)常會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一，頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在單位時(shí)間對(duì)信號(hào)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值就是信號(hào)頻率。本文介紹了一種基于單片機(jī) STC89C52 的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法,所制作的頻率計(jì)測(cè)量比較高的頻率時(shí)采用外部分頻，測(cè)量較低頻率值時(shí)采用單片機(jī)直接計(jì)數(shù)，不進(jìn)行外部分頻。該頻率計(jì)實(shí)現(xiàn) 100HZ-4MHZ 的頻率測(cè)量,LCD1602 液晶顯示器顯示測(cè)量結(jié)果，可以測(cè)量正弦波、三角波與方波等各種波形的頻率值。該設(shè)備通過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路，將各種輸入信號(hào)進(jìn)行處理，使信號(hào)變成高低電

10、平形式的矩形波信號(hào)，通過(guò)分頻模塊，再與單片機(jī)進(jìn)行接口，再通過(guò)單片機(jī)的中斷和計(jì)數(shù)各種程序進(jìn)行運(yùn)算，最后顯示出計(jì)算結(jié)果，得到輸入信號(hào)的頻率值。2.3 具體模塊本次設(shè)計(jì)包含硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分。根據(jù)上述系統(tǒng)分析，數(shù)字頻率計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)共包括五大模塊：放大整形模塊、分頻模塊、單片機(jī)控制模塊、鍵盤(pán)模塊與顯示模塊。各模塊作用如下：（1）放大整形模塊：放大電路是對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度的要求。整形電路是對(duì)一些不是方波的待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)，便于測(cè)量。. . . . 3 / 33（2）分頻模塊：考慮單片機(jī)外部計(jì)數(shù)，使用 12 MHz 時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為 500 kHz，由于本次設(shè)計(jì)要求測(cè)

11、量的最高頻率是 4MHz，因此需要進(jìn)行外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差。（3）單片機(jī)控制模塊：以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，用它來(lái)完成待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)和顯示以與對(duì)分頻的控制。利用其部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期/頻率的測(cè)量。單片機(jī) STC89C52 部具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。(因?yàn)?STC89C52 所需外圍元件少，擴(kuò)展性強(qiáng)，測(cè)試準(zhǔn)確度高。（4）按鍵模塊：包括三個(gè)按鍵，S1、S2 為頻率/周期、閘門(mén)時(shí)

12、間加/減按鍵，還有一個(gè)是確定鍵，在測(cè)量較低頻率時(shí)，可以改變閘門(mén)時(shí)間，提高測(cè)量精度，也可以選擇頻率或者周期來(lái)顯示測(cè)量結(jié)果。（5）顯示模塊：顯示電路采用 LCD1602 液晶顯示器顯示，使測(cè)量結(jié)果更直觀的顯示出來(lái)。綜合以上分析，頻率計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)有單片機(jī)控制模塊、放大整形模塊、分頻模塊、鍵盤(pán)模塊與顯示模塊等組成，頻率計(jì)的硬件總體設(shè)計(jì)框圖如圖 2.2 所示。圖 2.1 硬件總體框圖 簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，本系統(tǒng)實(shí)際用 LM318 對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大，再用穩(wěn)壓二極管 1N4733 對(duì)信號(hào)進(jìn)行限幅，然后經(jīng)過(guò) 74LS14 反相器整形得到方波信號(hào)，接著送 74LS161 進(jìn)行分頻，最后送單片機(jī) P3.5 部計(jì)數(shù)器進(jìn)行

13、計(jì)數(shù)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后送 LCD1602 顯示。下面一章將介紹整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。電路的基本功能是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的技術(shù)和功能，使電路具有某種特定功能，必須進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和制作。設(shè)計(jì)是使某一電路具有某種功能，制作則是設(shè)計(jì)過(guò)程的電路實(shí)物化。. . . . 4 / 333 硬件設(shè)計(jì)3.1 電路設(shè)計(jì)的步驟（1）課題分析根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，先弄清楚即將設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和原理，再確定電路的基本形式，根據(jù)設(shè)計(jì)的可行性做出估計(jì)和判斷，確定設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵解決的問(wèn)題。（2）設(shè)計(jì)方案論證選題不管哪種（除了調(diào)查研究之外）都要論證它的可行性。論證分為立論和駁論兩種。（3）總體方案的選擇根據(jù)任務(wù)書(shū)提出的任務(wù)、

14、要求和性能指標(biāo)，用具有一定功能的單元電路組成一個(gè)整體，來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)題目提出的要求和技術(shù)指標(biāo)。（4）單元電路的設(shè)計(jì)與確定在確定總體方案、畫(huà)出詳細(xì)框圖之后，便可進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。在電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，性能強(qiáng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和總體方案的原理框圖來(lái)確定各單元電路。設(shè)計(jì)每一個(gè)單元的電路圖。根據(jù)相關(guān)資料確定單元電路的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，調(diào)整元件，估算參數(shù)來(lái)選擇元器件。（5）總電路圖畫(huà)法總電路圖的一般的繪制方法如下：根據(jù)信號(hào)的流向，從左到右或從上到下按信號(hào)流向依次畫(huà)出各單元電路。盡量把總電路圖畫(huà)在一圖樣上電路中所有連線(xiàn)都要表示清楚，各元件間的絕大多數(shù)連線(xiàn)應(yīng)在圖樣上直接畫(huà)出。符號(hào)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

15、化。先畫(huà)草圖，調(diào)整好布局和連線(xiàn)后，再畫(huà)出正式的總電路圖。（6）審圖由于有些問(wèn)題考慮不周，各種計(jì)算可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以，在畫(huà)出總電路圖并計(jì)算全部參數(shù)之后，要進(jìn)行全面審查。3.2 STC89C52 簡(jiǎn)介STC89C52RC 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的. . . . 5 / 33MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。STC89C52RC 單片機(jī)是

16、宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。圖 3.1 STC89C52RC 引腳圖3.2.1STC89C52RC 引腳功能說(shuō)明VCC（40 引腳）：電源輸入，接5V 電源VSS（20 引腳）：接地線(xiàn)P0 端口（P0.0P0.7，3932 引腳）：P0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載，對(duì)端口 P0 寫(xiě)入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線(xiàn)。此時(shí)，P

17、0 口部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編程時(shí)，P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1 端口（P1.0P1.7，18 引腳）：P1 口是一個(gè)帶部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端口寫(xiě)入 1 時(shí)，通過(guò)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛胁可侠娮瑁切┍煌獠坷偷囊_會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。STC89C52 主要功能如表 3.3 所示。表 3.3 STC89C52 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng)8K 可反復(fù)擦

18、寫(xiě) Flash ROM32 個(gè)雙向 I/O 口256x8bit 部 RAM. . . . 6 / 333 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率 0-24MHz2 個(gè)串行中斷可編程 UART 串行通道2 個(gè)外部中斷源共 6 個(gè)中斷源2 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線(xiàn)3 級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.2.2 單片機(jī)引腳分配根據(jù)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)與各模塊的需要分析，單片機(jī)的引腳分配如表 3.4 所示。 表 3.4 單片機(jī)端口分配表模 塊端口功能顯示模塊P0.0-P0.7LCD 頻率值顯示P3.1-P3.2通道選擇分頻模塊P3.5被測(cè)信號(hào)輸出按鍵P1.6-P1.7鍵盤(pán)設(shè)置3.3 信號(hào)調(diào)理與放大

19、整形模塊 前置放大整形模塊包括放大器 LM318、穩(wěn)壓管 1N4733A,施密特觸發(fā)器 74LS14。反相輸入的運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為 RL2/RL1，系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后，要進(jìn)行穩(wěn)壓，防止燒壞后面的芯片，整形后的方波送到 74LS161 分頻，然后送單片機(jī)以便計(jì)數(shù)。 由于輸入的信號(hào)幅度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對(duì)于輸入信號(hào)的測(cè)量就不方便了，過(guò)大可能會(huì)把器件燒毀，過(guò)小可能器件檢測(cè)不到，所以在設(shè)計(jì)中放大限幅和整形，信號(hào)調(diào)理部分電路具體實(shí)現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如下圖 3.5 所示：圖 3.2 信號(hào)整形放大原理圖. . . . 7 / 333.3.1 LM318 介

20、紹3.4 分頻模塊前面已經(jīng)提過(guò)，由于測(cè)量頻率圍比較寬，而且最高測(cè)量值要求要達(dá)到 4MHz，為了達(dá)到測(cè)量要求以與提高測(cè)量精度，這里我用 74LS161 作為一個(gè) 4 分頻和 16 分頻電路。分頻器可用來(lái)降低信號(hào)的頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路。分頻器的輸入信號(hào)頻率與fi輸出信號(hào)頻率之比稱(chēng)為分頻比 N。N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn) N 分頻器。74HC161 與 74LS161fo功能兼容，是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以與單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。 74LS161 對(duì)整形后的方波信號(hào)進(jìn)行分頻，Q1 為四分頻輸出，Q3 為十六分頻輸出。未經(jīng)分頻、經(jīng)過(guò)四

21、分頻和經(jīng)過(guò)十六分頻的三路信號(hào)作為 74LS153 的一個(gè) 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的低三位輸入，由單片機(jī)控制選擇分頻系數(shù)，然后再送單片機(jī)部計(jì)數(shù)器 T1，其原理圖如圖 3.6 所示：圖 3.3 分頻模塊3.4.1 74LS161 介紹74LS161 是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以與單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，時(shí)鐘 CP 和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0P3，清零/MR，使能 CEP，CET，置數(shù) PE，數(shù)據(jù)輸出端 Q0Q3，以與進(jìn)位輸出 TC (TC=Q0Q1Q2Q3CET)。表 3.5 為 74161 的功能表。表 3.5 74161 的功能表清零R

22、D預(yù)置LD使能EP ET時(shí)鐘CP預(yù)置數(shù)據(jù)輸入A B C D輸出Q0 Q1 Q2 Q3LL L L LHL上升沿A B C DA B C DHHL 保 持HH L保 持HHH H上升沿計(jì) 數(shù). . . . 8 / 33 其中其中 RDRD 是異步清零端，是異步清零端，LDLD 是預(yù)置數(shù)控制端，是預(yù)置數(shù)控制端，A A、B B、C C、D D 是預(yù)置數(shù)據(jù)輸是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，入端，EPEP 和和 ETET 是計(jì)數(shù)使能端，是計(jì)數(shù)使能端，RCO(=ET.QA.QB.QC.QD)RCO(=ET.QA.QB.QC.QD)是進(jìn)位輸出端，它的是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)提供了方便。計(jì)數(shù)過(guò)程中，首先

23、加入一清零信設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)提供了方便。計(jì)數(shù)過(guò)程中，首先加入一清零信號(hào)號(hào) RDRD0 0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為 0 0，即計(jì)數(shù)器清零。，即計(jì)數(shù)器清零。RDRD 變?yōu)樽優(yōu)?1 1 后，加入一個(gè)后，加入一個(gè)置數(shù)信號(hào)置數(shù)信號(hào) LDLD0 0，即信號(hào)需要維持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的正跳變到來(lái)后。在這，即信號(hào)需要維持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的正跳變到來(lái)后。在這個(gè)置數(shù)信號(hào)和時(shí)鐘脈沖上升的共同作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置的輸個(gè)置數(shù)信號(hào)和時(shí)鐘脈沖上升的共同作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置的輸入數(shù)據(jù)一樣，這就是預(yù)置操作。接著入數(shù)據(jù)一樣，這就是預(yù)置操作。接著 EP=ET=1,EP=ET=1,在此

24、期間在此期間 7416174161 一直處于計(jì)數(shù)一直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。一直到狀態(tài)。一直到 EP=0EP=0，ETET1 1，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)結(jié)束。，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)結(jié)束。從 74LS161 功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端 CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0 立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng) CR=“1”且 LD=“0”時(shí)，在 CP 信號(hào)上升沿作用后，74LS161 輸出端 Q3、Q2、Q1、Q0 的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0 的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng) CR=LD=EP=ET=“1”、CP 脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加 1。74LS161 還有一個(gè)進(jìn)

25、位輸出端 CO，其邏輯關(guān)系是 CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片 74LS161 可以組成16 進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。管腳圖介紹：時(shí)鐘 CP 和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端 P0P3；清零/MR；使能 CEP，CET；置數(shù)PE；數(shù)據(jù)輸出端 Q0Q3。其管腳圖如圖 3.7 所示。 圖 3.4 74LS161 管腳圖 圖 3.5 74LS153 管腳圖 3.4.2 74LS153 介紹 74LS153 是一個(gè)雙 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇端（AB）為兩組共用，按二進(jìn)制譯碼，以供兩組從各自的 4 個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（1C0-1C3,2C0-2C3）中分別選取一個(gè)所需數(shù)據(jù)，

26、只有在兩組各自的選通端（1G、2G）為低電平時(shí)才可選擇數(shù)據(jù)，1Y、2Y 分別為兩個(gè)輸出端。其管腳圖如圖 3.8 所示。3.5 LCD 顯示和鍵盤(pán) LCD1602 顯示部分，通過(guò)調(diào)節(jié)變阻器調(diào)節(jié) LCD 背光亮度，八位數(shù)據(jù)端口接單片機(jī) P0口，讀寫(xiě)控制端接 P2.0-P2.2。三個(gè)按鍵中，設(shè)置鍵接 P3.2 單片機(jī)按外部中斷 0 接口，當(dāng)按鍵按下后，置 P3.2 口低電平，單片機(jī)中斷。S1、S2 為頻率/周期、閘門(mén)時(shí)間加/減 選擇按鍵，按鍵部分的工作原理是，根據(jù)按下設(shè)置鍵的時(shí)間長(zhǎng)短，可以設(shè)置閘門(mén)時(shí)間或者選擇測(cè)量結(jié)果的顯示方式，閘門(mén)時(shí)間可以加也可以減，顯示方式有頻率和周期兩種，. . . . 9 /

27、 33按鍵部分也是單片機(jī)控制，原理圖如圖 3.9 所示：圖 3.6 顯示與按鍵部分3.5.1 LCD1602 簡(jiǎn)介 字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。下面以太陽(yáng)人電子的 1602 字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物如圖 3.10 所示：圖 3.7 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物圖3.5.2 1602LCD 的基本參數(shù)與引腳功能1、1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162 個(gè)字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:

28、5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm2、引腳功能說(shuō)明：1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無(wú)背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表3.6 所示:. . . . 10 / 33表 3.6 引腳接口說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極3.5.3 1602LCD 的指令說(shuō)明與時(shí)序 1602 液晶模塊部的控制器共有 11 條控制指令，如表 3.7 所

29、示：表 3.7 1602 控制指令序號(hào)指令RSR/W D7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開(kāi)/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/C R/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(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到 CGRAM 或 DDRAM）10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)容11從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)容. . . . 11 / 334 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖設(shè)計(jì) 根據(jù)本次

30、設(shè)計(jì)要求，主程序主要包括單片機(jī)和 LCD1602 初始化，頻率測(cè)量，量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換以與顯示幾個(gè)方面，主程序流程圖如圖 4.1 所示：圖 4.1 主程序流程圖4.2 子程序流程圖設(shè)計(jì)（1）顯示程序LCD 顯示程序設(shè)計(jì)流程圖如下圖所示：. . . . 12 / 33圖 4.2 顯示程序流程圖（2）頻率測(cè)量程序框圖 頻率測(cè)量程序整體架構(gòu)如圖所示： 圖 4.3 頻率測(cè)量框架圖（3）中斷服務(wù)流程圖 這是按鍵部分的程序流程圖，按鍵有三個(gè)，希望可以通過(guò)設(shè)置鍵可以選擇閘門(mén)時(shí)間設(shè)置或者選擇顯示方式，工作過(guò)程如下，設(shè)置鍵按下的時(shí)間長(zhǎng)短判斷，長(zhǎng)按就選擇顯示方式，如果按下時(shí)間短，則選擇閘門(mén)時(shí)間設(shè)置，設(shè)置后再按下設(shè)置鍵退

31、出中斷，返回測(cè)量結(jié)果顯示。INT0 中斷流程圖如圖所示： 頻率測(cè)量程序89C52初始化加按鍵、減按鍵顯示閘門(mén)時(shí)間延時(shí)子程序計(jì)數(shù)中斷定時(shí)中斷頻率顯示周期顯示測(cè)試頻率判斷頻率. . . . 13 / 33圖 4.4 INT0 中斷流程圖（4）判斷頻率，選擇分頻流程圖本次設(shè)計(jì)，分頻系數(shù)有兩個(gè)，100kHzf500kHz 時(shí)選擇 16分頻，分頻數(shù)選擇程序流程圖如圖 4.5 所示：圖 4.5 分頻數(shù)選擇程序流程圖. . . . 14 / 33由于本次設(shè)計(jì)要求測(cè)量的頻率圍是 100Hz4MHz，可見(jiàn)測(cè)量圍比較寬，為提高精度以與測(cè)量達(dá)到最高測(cè)量要求 4MHz，因此要進(jìn)行外部分頻，分頻系數(shù)有 1，4，16.即

32、不分頻，4 分頻和 16 分頻。程序中設(shè)計(jì)的是先預(yù)測(cè)輸入頻率，若是頻率圍在 100KHz500KHz，選擇 4分頻，高于 500KHz 則選擇 16 分頻，小于 100KHz 則不用分頻，直接測(cè)量。由此設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖 4.5 所示。4.3 程序編寫(xiě)與仿真圖設(shè)計(jì)根據(jù)前面的程序流程框圖，分模塊編寫(xiě) C 語(yǔ)言程序，由于在用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)程序方面學(xué)藝不精，此次程序的編寫(xiě)是在網(wǎng)上搜索相關(guān)資料然后在多位同學(xué)和老師的指導(dǎo)下完成，過(guò)程坎坷而且很揪心，相對(duì)后面的調(diào)試，這算是好的了。之前學(xué)過(guò) Proteus，而且比較熟悉，所以仿真圖設(shè)計(jì)是在 Proteus 完成，設(shè)計(jì)之前了解要用的元器件特性以與各個(gè)元器件之

33、間的連接方法，而且之前課程設(shè)計(jì)多次用過(guò)，所以在本次設(shè)計(jì)中，沒(méi)遇到多大問(wèn)題，相對(duì)順利很多。總體仿真圖如圖 4.6 所示：圖 4.6 頻率計(jì) Proteus 仿真圖. . . . 15 / 335 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)單片機(jī)軟件調(diào)試主要是調(diào)試本次設(shè)計(jì)的主程序。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行 Keil 和Proteus 系統(tǒng)仿真，不斷調(diào)試程序，修改電路圖，直到符合功能要求。本次設(shè)計(jì) Proteus仿真結(jié)果如圖 5.1 所示。圖 5.1 部分仿真圖. . . . 16 / 336 總結(jié)單片機(jī)因其功能獨(dú)特和價(jià)格廉價(jià)在全球圍得到了廣泛的應(yīng)用，本次我們利用了基于AT89C52單片機(jī)對(duì)數(shù)字頻率計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在這次的小

34、組協(xié)作完成中，我本人負(fù)責(zé)的部分是分頻模塊，開(kāi)始還是有點(diǎn)力不從心的，學(xué)過(guò)的只是都已經(jīng)忘記了差不多了，我又查閱了相關(guān)的資料，特別是數(shù)字邏輯電路，所以我們經(jīng)過(guò)權(quán)衡在硬件方面采用了74LS161 和 74LS153 兩個(gè)模塊 74LS161 是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，74LS153 是一個(gè)雙 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器，功耗較低。在仿真中 74LS161 對(duì)整形后的方波信號(hào)進(jìn)行分頻，Q1 為四分頻輸出，Q3 為十六分頻輸出。未經(jīng)分頻、經(jīng)過(guò)四分頻和經(jīng)過(guò)十六分頻的三路信號(hào)作為 74LS153 的一個(gè) 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的低三位輸入，由單片機(jī)控制選擇分頻系數(shù)，

35、然后再送單片機(jī)部計(jì)數(shù)器 T1.在軟件編程方面，分頻編程程序是由三個(gè)人完成的，我也是主要負(fù)責(zé)檢查出錯(cuò)狀況，在之前還特意對(duì)C 語(yǔ)言方面的只是進(jìn)行了補(bǔ)充學(xué)習(xí)，在一些細(xì)節(jié)方面特變死格式我還是檢查了許多的錯(cuò)誤狀況，同時(shí)對(duì)于負(fù)責(zé)分頻程序的兩個(gè)人的編程能力我還是非常的佩服的。在這一次的合作小組工作中，大家分工明確，各自抽出時(shí)間下功夫，在協(xié)調(diào)合作方面雖然是出現(xiàn)了一些狀況，但是還是很好地完成了，小組組長(zhǎng)的分配和統(tǒng)籌能力很好，從硬件的設(shè)計(jì)步驟到信號(hào)的放大處理，到分頻最后的 LED 顯示和鍵盤(pán)都是組長(zhǎng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，調(diào)試，使各個(gè)模塊緊密的組合在一起，完成了我們的數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。從這次的實(shí)踐情況來(lái)看，我們的動(dòng)手的能

36、力還是有待加強(qiáng)的，畢竟理論和實(shí)踐還是有相當(dāng)大的差距的。我想如果一個(gè)人在這么短的時(shí)間里還是很難完成的。這次的設(shè)計(jì)還是很很多的不足和漏洞的，還是有很大的進(jìn)步的空間的，希望在日后的學(xué)習(xí)和工作中更加的完善自己，做足功課，爭(zhēng)取做到更好。. . . . 17 / 33. . . . 18 / 33參考文獻(xiàn)1 王辛之等.AT89 系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.：航天大學(xué)，2004.4 辛友順.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M.:科學(xué)技術(shù),2005.5 鑫.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.:電子工業(yè),2005.7 盧艷軍.單片機(jī)基本原理與應(yīng)用系統(tǒng)M.：機(jī)械工業(yè)，2004.8 毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M. :工業(yè)大學(xué),19

37、969西文，吳燕軍.I/O 接口程序設(shè)計(jì)入門(mén)與應(yīng)用M.：機(jī)械工業(yè)，1996.附錄程序清單：#include #include #include #include float f; /頻率float T; /周期float Tz; /閘門(mén)時(shí)間char idata buff20;char flag=0; /頻率周期選擇標(biāo)志位char xs=0;/設(shè)置閘門(mén)時(shí)間結(jié)束后是否顯示結(jié)果的標(biāo)志位unsigned char m=0,n=0,yichu=0,fenpin; /m 定時(shí)中斷次數(shù) n 計(jì)數(shù)中斷次數(shù) yichu判斷是定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器溢出#define Key_Set P1#define K1 0 xbf

38、#define K2 0 x7f#define NO_Set 0 xff#define Fre 0#define Peri 1sbit B1=P26;sbit A=P25;sbit P17=P17;sbit P16=P16;sbit P35=P35;. . . . 19 / 33sbit Set=P32;unsigned char LCD_Wait(void);void LCD_Write(bit style, unsigned char input);void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode);void LCD_SetInput(unsign

39、ed char InputMode);void LCD_Initial();void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y);void Print(unsigned char *str);void C52_Initial();void Delay(unsigned int t);void display(float f);void cep();void pand();void timedisplay(float Tz);void Time_Set1();void Time_Set2();void t0();void t1();/*引腳定義*/sbit

40、LcdRs= P20;sbit LcdRw= P21;sbit LcdEn= P22;sfr DBPort= 0 x80;/P0=0 x80,P1=0 x90,P2=0 xA0,P3=0 xB0.數(shù)據(jù)端口void lcm_delay(int x)int i;for(i=0;ix;i+)_nop_();/*部等待函數(shù)*/unsigned char LCD_Wait(void). . . . 20 / 33LcdRs=0; /寄存器選擇輸入端 1:數(shù)據(jù) 0：指令LcdRw=1; _nop_(); /RW：為 0：寫(xiě)狀態(tài);為 1：讀狀態(tài);LcdEn=1; _nop_();/使能輸入端,讀狀態(tài),高電平

41、有效;寫(xiě)狀態(tài),下降沿有效LcdEn=0;return DBPort;/*向 LCD 寫(xiě)入命令或數(shù)據(jù)*/#define LCD_COMMAND 0 / Command#define LCD_DATA 1 / Data#define LCD_CLEAR_SCREEN 0 x01 / 清屏#define LCD_HOMING 0 x02 / 光標(biāo)返回原點(diǎn)void LCD_Write(bit style, unsigned char input)LcdEn=0;LcdRs=style; LcdRw=0; lcm_delay(100);DBPort=input; lcm_delay(100);/注意順序

42、LcdEn=1; lcm_delay(100);/注意順序LcdEn=0; lcm_delay(100);LCD_Wait();/*設(shè)置顯示模式*/#define LCD_SHOW0 x04 /顯示開(kāi)#define LCD_HIDE0 x00 /顯示關(guān) #define LCD_CURSOR0 x02 /顯示光標(biāo)#define LCD_NO_CURSOR0 x00 /無(wú)光標(biāo) #define LCD_FLASH0 x01 /光標(biāo)閃動(dòng)#define LCD_NO_FLASH0 x00 /光標(biāo)不閃動(dòng)void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode) /顯示模式

43、設(shè)定LCD_Write(LCD_COMMAND, 0 x08|DisplayMode);. . . . 21 / 33/*設(shè)置輸入模式*/#define LCD_AC_UP 0 x02 /讀入一個(gè)字符后地址指針加一#define LCD_AC_DOWN0 x00 /讀入一個(gè)字符后地址指針減一#define LCD_MOVE 0 x01 /寫(xiě)一個(gè)字符后左移#define LCD_NO_MOVE0 x00 /寫(xiě)一個(gè)字符后不移動(dòng)void LCD_SetInput(unsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0 x04|InputMode);/*初始化

44、 LCD*/void LCD_Initial()LcdEn=0;LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x38); /8 位數(shù)據(jù)端口,2 行顯示,5*7 點(diǎn)陣LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x38);LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); /開(kāi)啟顯示, 無(wú)光標(biāo)LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN); /清屏LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE); /AC 遞增, 畫(huà)面不動(dòng)/*void GotoXY(unsigned char x, unsigned char

45、y)if(y=0) LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x80|x);if(y=1) LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x80|(x-0 x40);void Print(unsigned char *str)while(*str!=0)LCD_Write(LCD_DATA,*str);str+;. . . . 22 / 33/*89c52 初始化*/ void C52_Initial() Tz=1000000.00; Key_Set=0 xff; TMOD=0 x51; / 01010001 T1 為計(jì)數(shù)器,T0 為定時(shí)器 EA=1; /開(kāi)中斷 ET0=1; /允許定

46、時(shí)器 0 中斷 ET1=1; /允許計(jì)數(shù)器 0 中斷 EX0=1; /允許外部中斷 0 中斷 PX0=1; /外部中斷 0 設(shè)置為高優(yōu)先級(jí) IT0=0; /電平觸發(fā)方式/*ms 延時(shí)子程序*/void Delay(unsigned int t) /t 隨著數(shù)值越大,誤差趨于平衡.unsigned char i; while(t-) for(i=0;i999900.00) if(f1000.00) sprintf(buff, Fre :%3.2fkHz ,(f/1000.00); else if(f0.08) sprintf(buff, Fre :%3.3fHz ,f); GotoXY(0,1)

47、; Print(buff);/*周期顯示*/void Tdisplay(float T) if(T999800.00) if(T9950.00) sprintf(buff, Cycle:%3.3fms ,(T/1000.00); else if(T0.248) sprintf(buff, Cycle:%3.4fus ,T);else sprintf(buff,error(Time or F),T); GotoXY(0,1); Print(buff); /*測(cè)試頻率*/void cep()unsigned char b;unsigned long js;m=0;n=0;TMOD=0 x51;TH0=0 x3c; /定時(shí) 50msTL0=0 xb0;TH1=0;TL1=0;b=Tz/50000.00;TCON=0 x50; /啟動(dòng)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器while(m!=b); TCON=0;js=TH1*256+TL1+n*65536;f=(js/(Tz/1000000.00)*fenpin;. . . . 25 / 33T=Tz/(Tz*fenpin);if(xs=0) /設(shè)置結(jié)束后第一次不顯示結(jié)果if(flag=Fre) Fdisplay(f);else Tdisplay(T);/*判斷頻率*/void pand()xs=0; /設(shè)置結(jié)束后第二次循環(huán)顯示結(jié)果B1=1; /選擇