51單片機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)

1、基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 馮海洋 班 級(jí) 08電子信息工程（1）班 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 張文潔 完成日期 目 錄摘要3前 言1第一章 緒論21.1課題背景21.2 課題研究的目的和意義21.4數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2第二章 數(shù)字頻率計(jì)總體方案設(shè)計(jì)31.1方案比較31.2方案論證41.3方案選擇4第三章 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)框架53.2 數(shù)字頻率計(jì)的主機(jī)電路設(shè)計(jì)53.3數(shù)字頻率計(jì)的信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì)83.4數(shù)字頻率計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì)93.5數(shù)字頻率計(jì)的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)123.6數(shù)字頻率計(jì)電源模塊的設(shè)計(jì)15第四章 數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)

2、計(jì)164.1 軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃164.1.1信號(hào)處理164.1.2中斷控制164.2.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器174.2.2定時(shí)工作方式0184.3程序流程圖設(shè)計(jì)184.3.1主程序流程184.3.2 中斷流程20第五章 數(shù)字頻率計(jì)的仿真調(diào)試22參考文獻(xiàn)23致 謝24附錄（程序）25附錄：數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)原理圖28摘要本方案主要以單片機(jī)為核心，主要分為時(shí)基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門(mén)電路，計(jì)數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，被測(cè)信號(hào)先進(jìn)入信號(hào)放大電路進(jìn)行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測(cè)的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的功能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)

3、。編寫(xiě)相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量的量程，并把測(cè)出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。本設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)為核心，應(yīng)用單片機(jī)的算術(shù)運(yùn)算和控制功能并采用LED數(shù)碼顯示管將所測(cè)頻率顯示出來(lái)。系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、操作簡(jiǎn)易，能基本滿(mǎn)足一般情況下的需要。既保證了系統(tǒng)的測(cè)頻精度，又使系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性。本頻率計(jì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，便于攜帶，擴(kuò)展能力強(qiáng)，適用范圍廣。關(guān)鍵詞單片機(jī)，運(yùn)算，頻率計(jì)，LED數(shù)碼管AbstractThe program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control

4、 circuit, amplifier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surger

5、y, the measured sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays.The design of t

6、he 89C51 microcontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the s

7、ystem frequency measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application.Key words microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容前 言在電子測(cè)量領(lǐng)域中，頻率測(cè)量的精確度是最高的，可達(dá)1010E-13數(shù)量級(jí)

8、。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動(dòng)、位移、速度、加速度，乃至各種氣體的百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號(hào)頻率，然后用數(shù)字頻率計(jì)來(lái)測(cè)量，以提高精確度。 國(guó)際上數(shù)字頻率計(jì)的分類(lèi)很多。按功能分類(lèi)，測(cè)量某種單一功能的計(jì)數(shù)器。如頻率計(jì)數(shù)器，只能專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量高頻和微波頻率；時(shí)間計(jì)數(shù)器，是以測(cè)量時(shí)間為基礎(chǔ)的計(jì)數(shù)器，其測(cè)時(shí)分辨力和準(zhǔn)確度很高，可達(dá)ns數(shù)量級(jí)；特種計(jì)數(shù)器，它具有特種功能，如可逆計(jì)數(shù)器、予置計(jì)數(shù)器、差值計(jì)數(shù)器、倒數(shù)計(jì)數(shù)器等，用于工業(yè)和白控技術(shù)等方面。數(shù)字頻率計(jì)按頻段分類(lèi) (1)低速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10MHz； (2)中速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10100MHz；

9、 (3)高速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率100MHz； (4)微波頻率計(jì)數(shù)器：測(cè)頻范圍180GHz或更高。單片機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，性能不斷提高和完善，其資源又能滿(mǎn)足很多應(yīng)用場(chǎng)合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級(jí)計(jì)算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)的潛力越來(lái)越被人們所重視。特別是當(dāng)前用CMOS工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)、能滿(mǎn)足一些特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。第

10、一章 緒論1.1課題背景在電子技術(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。頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱(chēng)閘門(mén)時(shí)間為1秒。閘門(mén)時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)則每測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門(mén)時(shí)間越短，測(cè)的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎梢詫?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)

11、試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。1.2 課題研究的目的和意義單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)以其可靠性高、體積小、價(jià)格低、功能全等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于各種智能儀器中，這些智能儀器的操作在進(jìn)行儀器校核以及測(cè)量過(guò)程的控制中，達(dá)到了自動(dòng)化，傳統(tǒng)儀器面板上的開(kāi)關(guān)和旋鈕被鍵盤(pán)所代替，測(cè)試人員在測(cè)量時(shí)只需按需要的鍵，省掉很多煩瑣的人工調(diào)節(jié)，智能儀器通常能自動(dòng)選擇量程，自動(dòng)校準(zhǔn)。有的還能自動(dòng)調(diào)整測(cè)試點(diǎn)，這樣不僅方便了操作，也提高了測(cè)試精度。1.4數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求單片機(jī)控制的數(shù)字頻率計(jì)1.測(cè)頻范圍：10Hz10KHz。為保證測(cè)量精度分三個(gè)頻段10Hz100Hz，100Hz1KHz，1KHz

12、10KHz，有超量程指示。2.輸入波形：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出方波，矩形波，幅度為5V，能產(chǎn)生所需頻率的脈沖信號(hào)。3.測(cè)量誤差：1。第二章 數(shù)字頻率計(jì)總體方案設(shè)計(jì)1.1方案比較方案一：本方案主要以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)定時(shí)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的計(jì)數(shù)并且利用單片機(jī)的動(dòng)態(tài)掃描法把測(cè)出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。其原理框圖如圖2.1所示：信號(hào)放大電路信號(hào)整形單片機(jī)AT89c51電路數(shù)字顯示 電路圖2.1 方案一原理框圖方案二：本方案主要以數(shù)字器件為核心，主要分為時(shí)基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門(mén)電路，計(jì)數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分。其原理框圖如圖2.2所示：邏輯控制電路時(shí)基電路放大整

13、形電路閘門(mén)電路計(jì)數(shù)器鎖存器譯碼顯示器圖2.2 方案二原理框圖1.2方案論證方案一：本方案主要以單片機(jī)為核心，被測(cè)信號(hào)先進(jìn)入信號(hào)放大電路進(jìn)行放大，再被送到波形整形電路整形，把被測(cè)的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的功能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。編寫(xiě)相應(yīng)的程序可以使單片機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量的量程，并把測(cè)出的頻率數(shù)據(jù)送到顯示電路顯示。方案二：本方案使用大量的數(shù)字器件，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)，其頻率與被側(cè)信號(hào)的頻率相同。同時(shí)時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，其高電平持續(xù)時(shí)間1s，當(dāng)1s信號(hào)來(lái)到時(shí)，閘門(mén)開(kāi)通，被測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)閘門(mén)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到1s信號(hào)結(jié)束閘門(mén)關(guān)閉，

14、停止計(jì)數(shù)。若在閘門(mén)時(shí)間1s內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)頻率Fx = NHz。邏輯控制電路的作用有兩個(gè)：一是產(chǎn)生鎖存脈沖，是顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清零脈沖，使計(jì)數(shù)器每次測(cè)量從零開(kāi)始計(jì)數(shù)。1.3方案選擇比較以上兩種方案可以知道，方案一的核心是單片機(jī)，使用的元器件少，原理電路簡(jiǎn)單，調(diào)試簡(jiǎn)單只要改變程序的設(shè)定值則可以實(shí)現(xiàn)不同頻率范圍的測(cè)試能自動(dòng)選擇測(cè)試的量程。與方案一相比較方案二則使用了大量的數(shù)字元器件，原理電路復(fù)雜，硬件調(diào)試麻煩。如要測(cè)量高頻的信號(hào)還需要加上分頻電路，價(jià)格相對(duì)高了點(diǎn)。基于上述比較，所以選擇了方案一第三章 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 數(shù)字頻率計(jì)的硬件系統(tǒng)框架數(shù)字頻率

15、計(jì)是一個(gè)將被測(cè)頻率顯示出來(lái)的計(jì)數(shù)裝置，它主要由單片機(jī)89C51控制、7407、LED顯示器、電源等組成。該系統(tǒng)的功能是將信號(hào)輸入P3.4口，通過(guò)單片機(jī)程序控制，對(duì)LED顯示器進(jìn)行段控和位控，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。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。在進(jìn)行有關(guān)電子技術(shù)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀(guān)，會(huì)被經(jīng)常使用到。圖3-1為數(shù)字頻率計(jì)方案框圖。7407緩沖器信號(hào)處理輸入AT89C51單片機(jī)7407緩沖器LED數(shù)碼顯示 圖3-1 數(shù)字頻率計(jì)方框圖 3.2 數(shù)字頻率計(jì)的主機(jī)電路設(shè)計(jì) ATC89C51可以完成ISP在線(xiàn)編程功能

16、，ATC89C51內(nèi)部有EEPROM，可以在程序中修改，斷電不丟失。還增加了兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，STC推出的系列51單片機(jī)芯片是全面兼容其它51單片機(jī)的，而且51單片機(jī)是主流大軍。189C51芯片介紹許多由關(guān)硬件設(shè)計(jì)中都使用到單片機(jī)89C51，其功能7比以往的單片機(jī)強(qiáng)大的多。89C51引腳圖如圖3-2所示。圖3-2 89C51引腳圖芯片引腳功能：主電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接5V電壓；Vss（20腳）：接地。89C51晶振接法如圖3-3。 圖3-3 89C51晶振接法圖選用6MHz頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率為250kHz。電容的大小范圍為20pF40pF，本設(shè)計(jì)選用30pF電容。

17、2單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘震蕩脈沖（2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平。只要保持高電平，則MCS-51單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位；當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，MCS-51單片機(jī)從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。在復(fù)位有效期間，ALE、 引腳輸出高電平。89C51上電復(fù)位電路圖。圖3-4 89C51上電復(fù)位電路圖單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)表。 表 3-5 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)表專(zhuān)用寄存器復(fù)位狀態(tài)專(zhuān)用寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMOD0

18、0HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIPXXX0 0000BSBUFXXXX XXXXBIE0XX0 0000BPCON0XXX XXXXB 注：XXX不定復(fù)位后，P0口P3口輸出高電平，且使這些準(zhǔn)雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并且將07H寫(xiě)入棧指針SP（即設(shè)定堆棧底為07H），同時(shí)，將程序計(jì)數(shù)器PC和其余的特殊功能寄存器清為0（不定的位除外）。但復(fù)位不影響單片機(jī)內(nèi)部的RAM狀態(tài)3.3數(shù)字頻率計(jì)的信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì)7414是六反相施密特觸發(fā)器集成電路，其基本作用就是反相器，一般用于信號(hào)輸

19、入電路，用施密特觸發(fā)器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行波形整形。其功能作用如圖3-13所示。圖3-13 輸入-輸出波形圖本設(shè)計(jì)為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，被測(cè)信號(hào)是要進(jìn)行波形的變換。由第一級(jí)的零偏置放大器把正弦波樣的正負(fù)交替波形變換成單向脈沖，再經(jīng)過(guò)7414將放大器產(chǎn)生的單向脈沖變換成與TTL/CMOS電平相兼容的方波。這樣處理以后信號(hào)變成方波信號(hào)，以便后續(xù)的電路進(jìn)行計(jì)數(shù)。3.4數(shù)字頻率計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng)LED；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng)LCD；熒光管顯示器。而發(fā)光二極管顯示又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽(yáng)極和共陰極之分等。LED段顯示器結(jié)構(gòu)與原理LED顯示器

20、是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示塊，有7段和“米”字段之分。這種顯示塊有共陽(yáng)極和共陰極兩種。此外，顯示塊中還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（在圖中以dP表示）用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)發(fā)光二極管亮、暗的不同組，可以顯示多中數(shù)字、字母以及其他符號(hào)。LED顯示塊中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法:(1)共陽(yáng)極接法發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。使用時(shí)公共陽(yáng)極接5V，這樣，陰極端輸入低電平的段的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示；而輸入高電平的段則不點(diǎn)亮。(2)共陰極接法發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)公共陰極接地，這樣，陽(yáng)極端輸入高電平的段的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示；而輸入低電平的段則不點(diǎn)亮

21、。數(shù)碼管引腳如圖3-6。圖3-6 數(shù)碼管引腳圖共陰和共陽(yáng)結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個(gè)筆劃段dP、g、f、e、d、c、b、a對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對(duì)于共陰LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽(yáng)極dP、g、f、e、d、c、b、a各段為時(shí)，顯示器顯示P字符，即對(duì)于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是73H。如果是共陽(yáng)LED顯示器，公共陽(yáng)極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為（8CH）。用L

22、ED顯示器顯示十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼在表3-7中列出。表3-7 LED十六進(jìn)制的數(shù)字代碼表字形共陽(yáng)極代碼共陰極代碼字形共陽(yáng)極代碼共陰極代碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3BOH4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H滅FFH00H880H7FH3.5數(shù)字頻率計(jì)的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)加說(shuō)明74LS290是異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它由一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。74LS290引腳圖如圖3-9所示。圖3-9 74LS290引腳圖當(dāng)復(fù)位輸入R0(1)=R0(

23、2)=1，且置位輸入S9(1)S9(2)=0時(shí)，74LS290的輸出被直接置零；只要置位輸入S9(1)S9(2)=1，則74LS290的輸出將被直接置9，即 =1001；只有當(dāng)S9(1)和S9(2)不全為1，并且R0(1)和R0(2)不全為1時(shí)，輸入計(jì)數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，從Q0輸出時(shí)，則構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，輸出為Q2Q1Q0時(shí)，則構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若將Q0和CP1相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時(shí)，則構(gòu)成十進(jìn)制（8421碼）計(jì)數(shù)器；若將Q3和CP0相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時(shí)，則構(gòu)成十進(jìn)制（5421碼）

24、計(jì)數(shù)器。因此，74LS290又稱(chēng)為“二五十進(jìn)制型集成計(jì)數(shù)器”。異步清零端 MR1,MR2 為高電平時(shí)，只要置9端 MS1,MS2有一個(gè)為低電平，就可以完成清零功能。當(dāng) MS1,MS2 均為高電平時(shí)，不管其他輸入端狀態(tài)如何，就可以完成置 9的功能。當(dāng) MR1,MR2 中有一個(gè)以及 MS1,MS2 中有一個(gè)同時(shí)為低電平時(shí)，在時(shí)鐘端/CP0,/CP1脈沖下降沿作用下進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。a) 十進(jìn)制計(jì)數(shù)。應(yīng)將/CP1 與 Q0 連接，計(jì)數(shù)脈沖由/CP0 輸入。b) 二、五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)。應(yīng)將/CP0 與 Q1 連接，計(jì)數(shù)脈沖由/CP1 輸入。c) 二分頻、五分頻計(jì)數(shù)。Q0 為二分頻輸出，Q1Q3 為五分頻輸出

25、。 引出端符號(hào)功能如下。 CP0 二分頻時(shí)鐘輸入端（下降沿有效） CP1 五分頻時(shí)鐘輸入端（下降沿有效）QAQD 輸出端MR1,MR2 異步復(fù)位端MS1,MS2 異步置9端74LS290的級(jí)聯(lián)擴(kuò)展如表3-10所示表3-10 74LS290 級(jí)聯(lián)擴(kuò)展說(shuō)明CP輸入端輸出端進(jìn)制輸出狀態(tài)分頻端CP0Q0二0、1Q0為二分頻端CP1Q3Q2Q1五000100Q3為五分頻端CP0且Q0與CP1相連Q3Q2Q1Q0十00001001Q3為十分頻端74LS290十進(jìn)制的電路連接如圖3-11所示。圖3-11 74LS290十進(jìn)制計(jì)數(shù)器兩片接成十進(jìn)制的74LS290級(jí)聯(lián)組成210=20進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器如圖3-1

26、2所示。圖3-12 二十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器本設(shè)計(jì)中因?yàn)橐獙?duì)信號(hào)進(jìn)行20分頻，所以要使用兩塊74LS290進(jìn)行級(jí)聯(lián)。一塊74LS290用作2分頻，一塊74LS290用作10分頻。信號(hào)由第一塊74LS290的CP0輸入從Q0輸出，這樣信號(hào)就經(jīng)過(guò)了2分頻，再把信號(hào)輸入第二塊74LS290的CP0并且第二塊74LS290的CP1與Q0相連，這時(shí)從第二塊74LS290的Q3輸出的信號(hào)就已經(jīng)完成了20分頻。3.6數(shù)字頻率計(jì)電源模塊的設(shè)計(jì)使用變壓器提供到AC橋堆的輸入腳為9V交流電壓，通過(guò)AC整流輸出為9V直流電，經(jīng)過(guò)電解電容濾波、7805穩(wěn)壓，提供給89C51單片機(jī)為5V電壓。5V電源電路如圖3-14所示

27、。圖3-14 5V電源電路圖第四章 數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃4.1.1信號(hào)處理在頻率計(jì)開(kāi)始工作，或者完成一次頻率測(cè)量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)量初始化模塊設(shè)置堆棧指針（SP）、工作寄存器、中斷控制和定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0后，置運(yùn)行控制位TR為1，啟動(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門(mén)由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門(mén)的最小值開(kāi)始，也就是從測(cè)量頻率的高量程開(kāi)始。計(jì)數(shù)閘門(mén)結(jié)束時(shí)TR清0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的值通過(guò)16進(jìn)制數(shù)道10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制數(shù)。對(duì)10進(jìn)制數(shù)的最高位進(jìn)行判別，若該位不為0，滿(mǎn)足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，

28、測(cè)量值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為0，將計(jì)數(shù)閘門(mén)的寬度擴(kuò)大10倍，重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的技術(shù)，直到滿(mǎn)足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。待測(cè)信號(hào)經(jīng)預(yù)處理電路分頻后變成較寬的方波信號(hào)，并加至單片機(jī)的P3.4引腳，為單片機(jī)測(cè)信號(hào)頻率提供有效的輸入信號(hào)。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)P3.4引腳來(lái)判斷是否啟動(dòng)測(cè)周期程序。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)則等待，知道該引腳出現(xiàn)低電平時(shí)才開(kāi)始測(cè)周期。首先將零賦給TH0、TL0兩個(gè)寄存器，將定時(shí)器T0的運(yùn)行控制位TR0置位，同時(shí)也將ET0置位以允許定時(shí)器T0終端，然后再判斷P3.4引腳是否還為低電平，當(dāng)不是低電平時(shí)則等待。一旦出現(xiàn)低電平則使TR0復(fù)位以終止定時(shí)器，測(cè)周期程序結(jié)束。在測(cè)周期過(guò)程中

29、，會(huì)發(fā)生定時(shí)器T0的中斷，每發(fā)生一次中斷則將R0寄存器加一，因此R0實(shí)際上是周期值的高字節(jié)。測(cè)出的周期值存儲(chǔ)在R0、TH0、TL0三個(gè)寄存器中，然后將其轉(zhuǎn)換成頻率。由于所測(cè)周期的單位是s，再相除轉(zhuǎn)換時(shí)要將被除數(shù)擴(kuò)大10倍，這樣才能保證得出正確的頻率。得出的頻率放到R1、R2、R3三個(gè)寄存器后調(diào)用轉(zhuǎn)換BCD代碼模塊。調(diào)用顯示消除多余零和顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，將要顯示的頻率值通過(guò)查表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)據(jù)8段碼放到現(xiàn)實(shí)緩沖區(qū)以備顯示。4.1.2中斷控制 由于在程序設(shè)計(jì)中用到中斷9方式，所以我們?cè)诖藢?duì)單片機(jī)中斷系統(tǒng)中的中斷控制作一下介紹。中斷是工業(yè)過(guò)程控制及智能化儀器用微型機(jī)或單片機(jī)應(yīng)用最多的一種數(shù)據(jù)傳送方式。

30、在通常情況下，單片機(jī)執(zhí)行主程序，只有當(dāng)正常狀態(tài)出現(xiàn)故障，或發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，單片機(jī)才暫停執(zhí)行主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行或處理中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，再返回到主程序繼續(xù)運(yùn)行。單片機(jī)的這一種工作過(guò)程稱(chēng)為中斷方式。基于資源共享原理上的中斷技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。中斷技術(shù)能實(shí)現(xiàn)CPU與外部設(shè)備的并行工作，提高CPU的利用率以及數(shù)據(jù)的輸入/輸出效率；中斷技術(shù)也能對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中突然發(fā)生的故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行自動(dòng)處理如：硬件故障、運(yùn)算錯(cuò)誤及程序故障等；中斷技術(shù)還能使我們通過(guò)鍵盤(pán)發(fā)出請(qǐng)求，隨時(shí)對(duì)運(yùn)行中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行干預(yù)，而不用先停機(jī)處理，然后再重新開(kāi)機(jī)等。在單片機(jī)中，中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)控制。所謂實(shí)

31、時(shí)控制，就是要求計(jì)算機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)被控對(duì)象提出的分析、計(jì)算和控制等請(qǐng)求，使被控對(duì)象保持在最佳工作狀態(tài)，以達(dá)到預(yù)定的控制效果。由于這些控制參量的請(qǐng)求都是隨機(jī)發(fā)出的，而且要求單片機(jī)必須做出快速響應(yīng)并及時(shí)處理，對(duì)此，只有靠中斷技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。4.2.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（1）定時(shí)器控制寄存器（TCON）10TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時(shí)控制?，F(xiàn)對(duì)其定時(shí)功能加以介紹。其中有關(guān)定時(shí)的控制位共有4位：F0和TF1計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出（計(jì)滿(mǎn)）時(shí)，該位置“1”；使用查詢(xún)方式時(shí)，此位作狀態(tài)位供查詢(xún)，但應(yīng)注意查詢(xún)有效后應(yīng)以軟件方法及時(shí)將該位清“0”；使用中斷方式時(shí)，此位作中斷標(biāo)志位，在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序

32、時(shí)由硬件自動(dòng)清“0”。R0和TR1定時(shí)器運(yùn)行控制位TRO（TR1）=0停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作TRO（TR1）=1啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作（2）工作方式控制寄存器（TMOD）11TMOD寄存器是一個(gè)專(zhuān)用寄存器，用于設(shè)定兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式。但TMOD寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容。（3）中斷允許控制寄存器（IE）12EA中斷允許總控制位ET0和ET1定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷定時(shí)器/計(jì)數(shù)器提供給用戶(hù)使用的有：8位計(jì)數(shù)器TH和TL，以及有關(guān)的控制位。這些內(nèi)容只能以軟件方法使用。能夠產(chǎn)生中斷申請(qǐng)的部件被稱(chēng)為中斷源。8051型單片機(jī)提供了五個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷源和三個(gè)內(nèi)部中斷源。每一個(gè)中斷

33、源都有一個(gè)中斷申請(qǐng)標(biāo)志位，但是串行口占有兩個(gè)中斷標(biāo)志位。一共有六個(gè)中斷標(biāo)志位。（4）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的兩個(gè)作用是用來(lái)精確的確定某一段時(shí)間間隔13（作定時(shí)器用）或累計(jì)外部輸入的脈沖個(gè)數(shù)（作計(jì)數(shù)器用）。當(dāng)用作定時(shí)器時(shí)，在其輸入端輸入周期固定的脈沖，根據(jù)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中累計(jì)（或事先設(shè)置）的脈沖個(gè)數(shù)，即可計(jì)算出所定時(shí)間的長(zhǎng)度。當(dāng)89C51內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選擇為定時(shí)器工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增1。因此，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的輸入脈沖周期與機(jī)器周期一樣，為振蕩頻率的1/12。當(dāng)采用12MHz頻率的晶體時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為1MHz，輸入脈

34、沖的周期間隔為1s14。由于定時(shí)的精度決定于脈沖的周期，因此，當(dāng)需要高精度的定時(shí)器時(shí)，應(yīng)盡量選擇頻率較高的晶體。4.2.2定時(shí)工作方式0方式0是13位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式15，其計(jì)數(shù)器由TH0高8位和TL0的低五位構(gòu)成。TL0的高3位棄之不用。當(dāng)C/=0時(shí)，多中開(kāi)關(guān)接通振蕩脈沖的12分頻輸出，13位計(jì)數(shù)器以此進(jìn)行計(jì)數(shù)，這就是所謂定時(shí)器工作方式。當(dāng)C/=116時(shí)，多路開(kāi)關(guān)接通計(jì)數(shù)引腳（T0），外部計(jì)數(shù)脈沖由引腳T0輸入。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，這就是所謂計(jì)數(shù)工作方式。不管是哪種工作方式，當(dāng)TL0的低五位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，向TH0進(jìn)位，而全部13位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，則向計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位TF0進(jìn)位。4.3程序流程圖

35、設(shè)計(jì)4.3.1主程序流程主程序流程圖如圖4-1所示。頻率放大讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值重新啟動(dòng)T0、T1中斷，重新進(jìn)行測(cè)量結(jié)果顯示YNKey=1開(kāi)始圖4-1 主程序流程圖4.3.2 中斷流程T1中斷流程圖如圖4-2所示。圖4-2 T1中斷流程圖T0中斷流程圖如圖4-2所示。圖4-2 T0中斷流程圖中斷程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)與計(jì)數(shù)的功能。T1進(jìn)行定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為1S。T0進(jìn)行計(jì)數(shù)，TO中斷溢出一次，T0count加1。當(dāng)定時(shí)達(dá)到1S時(shí)，停止T0，T1。最后計(jì)算相應(yīng)的頻率值。第五章 數(shù)字頻率計(jì)的仿真調(diào)試?yán)梅抡孳浖蘒SIS的強(qiáng)大的仿真功能可以有效地檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的原理圖是否在理論上正確合理。選擇適當(dāng)?shù)娜龢O管和設(shè)置基極，發(fā)射

36、極，集電極電阻可以得到適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)對(duì)所測(cè)的信號(hào)進(jìn)行有效的處理。要選擇適當(dāng)?shù)娜龢O管，以免避免發(fā)生截止失真和飽和失真。分別以正弦波，方波，三角波作為輸入信號(hào)檢測(cè)電路的整形效果。利用仿真軟件的示波器來(lái)觀(guān)察整形出來(lái)的波形是否符合所要整形出來(lái)的波形。利用Keil uvision2軟件編寫(xiě)單片機(jī)的工作程序并且檢驗(yàn)程序是否成功編譯。通過(guò)Keil uvision2逐步運(yùn)行程序的功能可以檢測(cè)出程序的錯(cuò)漏從而進(jìn)行改正。程序編譯成功后，利用ISIS軟件把程序加載到原理圖中進(jìn)行仿真，通過(guò)顯示器顯示出來(lái)的頻率大小與所設(shè)計(jì)的頻率相比較可以看出所編寫(xiě)的程序是否滿(mǎn)足要求，是否符合設(shè)計(jì)所要求的精度。測(cè)出各頻率范圍的誤差，如果

37、不符合設(shè)計(jì)所要求的精度可以通過(guò)改變單片機(jī)定時(shí)器的初始值或者優(yōu)化程序的結(jié)構(gòu)來(lái)減小誤差增加精度！LED數(shù)碼管采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，要設(shè)計(jì)好相應(yīng)的掃描時(shí)間，因?yàn)閽呙钑r(shí)間太短則LED顯示出來(lái)的數(shù)字便會(huì)一直在閃爍不穩(wěn)定，掃描時(shí)間太長(zhǎng)則LED顯示便會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的熄滅。調(diào)試電路的時(shí)候發(fā)現(xiàn)由于P2口的驅(qū)動(dòng)能力不夠大因此要驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管工作就應(yīng)該加上反相器或者三極管作為驅(qū)動(dòng)電路。測(cè)試結(jié)果：電路導(dǎo)通，LED燈顯示所測(cè)量的信號(hào)頻率，測(cè)量范圍：10HZ-10KHZ。參考文獻(xiàn)1陳敬遠(yuǎn).數(shù)字頻率計(jì)的VHDL設(shè)計(jì)J.浙江傳媒學(xué)院學(xué)報(bào); 2002,01: 36-38.2何均 ,楊明.適合于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的極值搜索算法

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40、集 C,2005.11謝煌，黃為.基于VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)頻率計(jì)J.北京現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，14.12杜剛，高軍，童寧寧.基于A(yíng)T89C2051單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2004，25（4）：498-501.13劉雪根.數(shù)字頻率計(jì)的誤差分析J.自動(dòng)化與儀表，1996，3：23-24.14顧巨峰，周浩洋，朱建華.基于可編程邏輯器件（Lattice）的多功能數(shù)字頻率計(jì)J.電子工程師，2002，1：28-32.15王麗霞,程小輝,龔幼民.基于LM331的頻率計(jì)J.儀表技術(shù)與傳感器; 2007，09.16吳慎山,王芳,吳東芳,吳雪冰,萬(wàn)霞.智能單片機(jī)頻率計(jì)的原理與設(shè)計(jì)J.河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,02:47-49.致 謝感謝學(xué)校和老師對(duì)我的培養(yǎng)，給我這個(gè)自己動(dòng)手的機(jī)會(huì)和空間。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，終于在指導(dǎo)老師的幫助下完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)自己的能力有了很大的提升。在此我要感謝每一個(gè)幫助過(guò)我的人。首先，我要感謝的是我的指導(dǎo)老師王培良老師，在百忙之中抽出時(shí)間為我的設(shè)計(jì)指點(diǎn)，提供幫助，他的學(xué)習(xí)作風(fēng)和優(yōu)良的教學(xué)研究精神是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣。其次要感謝我的父母，在我最艱難的日子