[優(yōu)秀畢業(yè)論文]基于單片機(jī)控制的頻率計(jì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)實(shí)踐任務(wù)書 系 名 稱 電氣工程系 專業(yè)及班級 電氣s2009-7 學(xué)生姓名 丁洪軍 學(xué) 號 21 畢業(yè)實(shí)踐題目：基于單片機(jī)控制的頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 系 主 任（簽字）： 2011 年 9 月 15 日摘 要在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進(jìn)行頻率測量時(shí)測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號頻率的變化，因此，頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。頻率測量是電子學(xué)測量中最為基本的測量之一。頻率計(jì)主要是由信號輸入和放大電路、單

2、片機(jī)模塊、分頻模塊及顯示電路模塊組成。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，所制作的頻率計(jì)采用外部分頻，實(shí)現(xiàn)1hz40mhz的頻率測量，采用外部按鈕量程切換流程。以at89s52單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器的門控時(shí)間，方便對頻率計(jì)的測量。其待測頻率值使用8位共陽極數(shù)碼管顯示。本次采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一種數(shù)字顯示的頻率計(jì)，具有測量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：頻率計(jì)；單片機(jī)；計(jì)數(shù)器；量程切換 目錄第一章 前言11.1頻率計(jì)概述11.2頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用11.3頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容1第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)22.1測頻的原理22.2總體思路32.3具體模塊3第三章 硬件電路具體設(shè)計(jì)53.1 at89s

3、52主控制器模塊53.1.1 at89s52的介紹53.1.2 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路63.1.3 引腳功能73.1.4 單片機(jī)引腳分配93.2 電源模塊93.2.1 直流穩(wěn)壓電源的基本原理93.2.2 電源電路設(shè)計(jì)113.3放大整形模塊113.4 分頻設(shè)計(jì)模塊123.4.1 分頻電路分析123.4.2 74ls161芯片介紹133.4.3 分頻電路143.5 顯示模塊143.5.1 數(shù)碼管介紹143.5.2 頻率值顯示電路15第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)164.1 軟件模塊設(shè)計(jì)164.2 中斷服務(wù)子程序174.3 顯示子程序194.4 應(yīng)用軟件簡介194.4.1 keil簡介194.4.2 protu

4、es簡介21第五章 頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試225.1 硬件調(diào)試225.1.1 電源模塊調(diào)試225.1.2整形模塊調(diào)試225.1.3 分頻模塊調(diào)試245.2 軟件調(diào)試245.2.1 pouteus軟件調(diào)試245.2.2 功能調(diào)試255.3系統(tǒng)調(diào)試265.3.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試265.3.2 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試265.4 誤差分析27第六章 總結(jié)28參考文獻(xiàn)29致 謝30附錄一 系統(tǒng)原理圖附錄二 頻率計(jì)源程序第一章 前言頻率測量是電子學(xué)測量中最為基本的測量之一。由于頻率信號抗干擾性強(qiáng)，易于傳輸，因此可以獲得較高的測量精度。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測量成為一項(xiàng)越來越普遍的工作，測頻原理和測頻方法的研究正受到

5、越來越多的關(guān)注。1.1頻率計(jì)概述數(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)域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號、方波信號及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。傳統(tǒng)的頻率計(jì)采用測頻法測量頻率，通常由組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路組成，產(chǎn)品不但體積大，運(yùn)行速度慢而且測量低頻信號不準(zhǔn)確。本次采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一種數(shù)字顯示的頻率計(jì)，測量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點(diǎn)。1.2頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用在我國，單片機(jī)已不是一

6、個(gè)陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)的里程碑事件。單片機(jī)作為最為典型的嵌入式系統(tǒng)，它的成功應(yīng)用推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。單片機(jī)已成為電子系統(tǒng)的中最普遍的應(yīng)用。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，其應(yīng)用范圍很廣，發(fā)展也很快，它已成為在現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)、通信、自動(dòng)控制與計(jì)量測試、數(shù)據(jù)采集與信號處理等技術(shù)中日益普及的一項(xiàng)新興技術(shù)，應(yīng)用范圍十分廣泛。其中以at89s52為內(nèi)核的單片機(jī)系列目前在世界上生產(chǎn)量最大，派生產(chǎn)品最多，基本可以滿足大多數(shù)用戶的需要。1.3頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容利用電源、單片機(jī)、分頻電路及數(shù)碼管顯示等模塊，設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的頻率計(jì)能夠粗略的測量出被測信號的頻率。 參數(shù)要求如下：1

7、測量范圍1hz40mhz；2用8位數(shù)碼管顯示測量值；3能根據(jù)輸入信號切換量程并且可以測量方波、三角波及正弦波等多種波形；第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1測頻的原理測頻的原理歸結(jié)成一句話，就是“在單位時(shí)間內(nèi)對被測信號進(jìn)行計(jì)數(shù)”。被測信號，通過輸入通道的放大器放大后，進(jìn)入整形器加以整形變?yōu)榫匦尾?，并送入主門的輸入端。由晶體振蕩器產(chǎn)生的基頻，按十進(jìn)制分頻得出的分頻脈沖，經(jīng)過基選通門去觸發(fā)主控電路，再通過主控電路以適當(dāng)?shù)木幋a邏輯便得到相應(yīng)的控制指令，用以控制主門電路選通被測信號所產(chǎn)生的矩形波，至十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路進(jìn)行直接計(jì)數(shù)和顯示。若在一定的時(shí)間間隔t內(nèi)累計(jì)周期性的重復(fù)變化次數(shù)n，則頻率的表達(dá)式為式： （2

8、1）圖2-1說明了測頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。時(shí)基信號待測信號 丟失（少計(jì)一個(gè)脈沖） 計(jì)到n個(gè)脈沖 多余（比實(shí)際多出了0.x個(gè)脈沖）圖2-1 測頻原理在圖1中，假設(shè)時(shí)基信號為1khz，則用此法測得的待測信號為1khz5=5khz。但從圖中可以看出，待測信號應(yīng)該在5.5khz左右，誤差約有0.5/5.59.1%。這個(gè)誤差是比較大的，實(shí)際上，測量的脈沖個(gè)數(shù)的誤差會(huì)在1之間。假設(shè)所測得的脈沖個(gè)數(shù)為n，則所測頻率的誤差最大為=1（n-1）*100%。顯然，減小誤差的方法，就是增大n。本頻率計(jì)要求測頻誤差在1以下，則n應(yīng)大于1000。通過計(jì)算，對1khz以下的信號用測頻法，反應(yīng)的時(shí)間長于或等于10s，。

9、由此可以得出一個(gè)初步結(jié)論：測頻法適合于測高頻信號。頻率計(jì)數(shù)器嚴(yán)格地按照公式進(jìn)行測頻。由于數(shù)字測量的離散性，被測頻率在計(jì)數(shù)器中所記進(jìn)的脈沖數(shù)可有正一個(gè)或負(fù)一個(gè)脈沖的量化誤差，在不計(jì)其他誤差影響的情況下，測量精度將為： （22）應(yīng)當(dāng)指出，測量頻率時(shí)所產(chǎn)生的誤差是由n和t倆個(gè)參數(shù)所決定的，一方面是單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)越多時(shí)，精度越高，另一方面t越穩(wěn)定時(shí)，精度越高。為了增加單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，一方面可在輸入端將被測信號倍頻，另一方面可增加t來滿足，為了增加t的穩(wěn)定度，只需提高晶體振蕩器的穩(wěn)定度和分頻電路的可靠性就能達(dá)到。上述表明，在頻率測量時(shí)，被測信號頻率越高，測量精度越高。2.2總體思路頻率

10、計(jì)是我們經(jīng)常會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一，頻率的測量實(shí)際上就是在單位時(shí)間內(nèi)對信號進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值就是信號頻率。本文介紹了一種基于單片機(jī)at89s52 制作的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法,所制作的頻率計(jì)測量比較高的頻率采用外部十分頻，測量較低頻率值時(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)1hz40mhz的頻率測量,而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換功能，8位共陽極動(dòng)態(tài)顯示測量結(jié)果，可以測量正弦波、三角波及方波等各種波形的頻率值。2.3具體模塊根據(jù)上述系統(tǒng)分析，頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)共包括五大模塊：單片機(jī)控制模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊。各模塊作用如下：1、單片機(jī)控制模塊：以at89s52單片機(jī)為控制核心

11、，來完成它待測信號的計(jì)數(shù)，譯碼，和顯示以及對分頻比的控制。利用其內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器完成待測信號周期頻率的測量。單片機(jī)at89s52內(nèi)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)閍t89c52所需外圍元件少，擴(kuò)展性強(qiáng)，測試準(zhǔn)確度高。)2、電源模塊：為整個(gè)系統(tǒng)提供合適又穩(wěn)定的電源，主要為單片機(jī)、信號調(diào)理電路以及分頻電路提供電源，電壓要求穩(wěn)定、噪聲小及性價(jià)高的電源。3、放大整形模塊：放大電路是對待測信號的放大，降低對待測信號幅度的要求。整形電路是對一些不是方波的待測信號轉(zhuǎn)化成方波信號，便于測量。4、分頻模塊：考慮單片機(jī)外部計(jì)數(shù)，使用12

12、mhz時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為500 khz，因此需要外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測量使用統(tǒng)一信號，可使單片機(jī)測頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差?？捎?4161進(jìn)行外部分頻。5、顯示模塊：我們測量的頻率最終要顯示出來八段led 數(shù)碼管顯示器由8 個(gè)發(fā)光二極管組成?；? 個(gè)長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光管在數(shù)碼管顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。led 數(shù)碼管顯示器有兩種形式：一種是8 個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極led 數(shù)碼管顯示器；另一種是8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰

13、極led 數(shù)碼管顯示器。如下圖所示。共陰和共陽結(jié)構(gòu)的led 數(shù)碼管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)，對應(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 h g f e d c b a 對應(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)制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼。中動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)數(shù)碼管顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的i/o 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形

14、代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機(jī)中cpu 的開銷小,能供給單獨(dú)鎖存的i/o 接口電路很多。在單片機(jī)系統(tǒng)顯示電路采用8位共陽極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，為了加大數(shù)碼管的亮度，使用74ls246進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，便于觀測。綜合以上頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有單片機(jī)控制模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊等組成，頻率計(jì)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2-2所示。 圖2-2 頻率計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖第三章 硬件電路具體設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，頻率計(jì)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：at89s52單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊，下面將

15、分別給予介紹。3.1 at89s52主控制器模塊3.1.1 at89s52的介紹該at89s52是一個(gè)低功耗，高性能cmos8位微控制器，可在4k字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)編程的閃存存儲(chǔ)器。該設(shè)備是采用atmel的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)和符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80c52指令集合引腳。芯片上的flash程序存儲(chǔ)器課重新編程的系統(tǒng)或常規(guī)非易失性內(nèi)存編程。通過結(jié)合通用8位中央處理器的系統(tǒng)內(nèi)課編程閃存的單芯片，at89s52是一個(gè)功能強(qiáng)大的微控制器提供了高度靈活的和具有成本效益的解決辦法，可在許多嵌入式控制中應(yīng)用。8位單片機(jī)是msc-51系列產(chǎn)品升級版，有世界著名半導(dǎo)體公司atmel在購買msc-51設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后，利用自身

16、優(yōu)勢技術(shù)（掉電不丟數(shù)據(jù)）閃存生產(chǎn)技術(shù)對舊技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展，同時(shí)使用新的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。與此同時(shí)，世界上其他的著名公司也通過基本的51內(nèi)核，結(jié)合公司自身技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)生產(chǎn)，推廣一批如51f020等高性能單片機(jī)。at89s52片內(nèi)集成256字節(jié)程序運(yùn)行空間、8k字節(jié)flash存儲(chǔ)空間，支持最大64k外部存儲(chǔ)擴(kuò)展。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在0-33m之間。片內(nèi)資源有4組i/o控制端口、3個(gè)定時(shí)器、8個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護(hù)?？梢栽?v到5.5v寬電壓范圍內(nèi)正常工作。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機(jī)的功耗不斷降低。同時(shí)，該單片機(jī)支持計(jì)算機(jī)并

17、口下載，簡單的數(shù)字芯片就可以制成下載線，僅僅幾塊錢的價(jià)格讓該型號單片機(jī)暢銷10年不衰。根據(jù)不同場合的要求，這款單片機(jī)提供了多種封裝，本次設(shè)計(jì)根據(jù)最小系統(tǒng)有時(shí)需要更換單片機(jī)的具體情況，使用雙列直插dip-40的封裝。at89s52引腳如下圖3-1所示。圖3-1 at89s52引腳圖3.1.2 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位（圖3-2）和手動(dòng)復(fù)位（圖3-3）。 圖3-2 上電復(fù)位 圖3-3 手動(dòng)復(fù)位有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動(dòng)復(fù)位。所以本次設(shè)計(jì)選用手動(dòng)復(fù)位。高頻率的時(shí)鐘有利于程序更快的

18、運(yùn)行，也有可以實(shí)現(xiàn)更高的信號采樣率，從而實(shí)現(xiàn)更多的功能。但是告訴對系統(tǒng)要求較高，而且功耗大，運(yùn)行環(huán)境苛刻?？紤]到單片機(jī)本身用在控制，并非高速信號采樣處理，所以選取合適的頻率即可。合適頻率的晶振對于選頻信號強(qiáng)度準(zhǔn)確度都有好處，本次設(shè)計(jì)選取12.000m無源晶振接入xtal1和xtal2引腳。并聯(lián)2個(gè)30pf陶瓷電容幫助起振。at89s52單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-4所示。圖3-4單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.1.3 引腳功能vcc:電源電壓；gnd:地；p0口：p0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存

19、儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)，p0口用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。p1口：p1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl 邏輯電平。對 p1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入，p1口功能具體如表3-1所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口接收低8位地址字節(jié)。表31

20、 p1口的第二種功能說明表引腳號第二功能p1.0t2(定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入)，時(shí)鐘輸出p1.1t2ex(定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制)p1.5mosi(在系統(tǒng)編程用)p1.6miso(在系統(tǒng)編程用)p1.7sck(在系統(tǒng)編程用)p2口：p2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)ttl邏輯電平。對p2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2口使用很強(qiáng)的

21、內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。p3口：p3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯電平。對p3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。p3口亦作為at89c52特殊功能（第二功能）使用，p3口功能如表3-2所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號。表3-2 p3口的第二種功能說明表引腳號第二功能引腳號第二功能p3.0rxd（串行輸入）p3

22、.4t0(定時(shí)器0外部輸入)p3.1txd (串行輸出)p3.5t1(定時(shí)器1外部輸入)p3.2（外部中斷0）p3.6(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)p3.3（外部中斷1）p3.7(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)rst:復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，rst腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，rst 腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。xtal1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.4 單片機(jī)引腳分配根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各模塊的分析得出，單片機(jī)的引

23、腳分配如表3-3所示。 表 3-3 單片機(jī)端口分配表模 塊端口功能顯示模塊p0.0-p0.4、 p2.0-p2.7數(shù)碼管頻率值顯示p1.4-p1.6led單位顯示分頻模塊p1.0-p1.2通道選擇p1.3清零3.2 電源模塊3.2.1 直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器t、整流、濾波及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如圖3-5所示。圖3-5 直流穩(wěn)壓電源框圖及波形(1)電源變壓器t的作用是將220v的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓ui。變壓器副邊與原邊的功率比為p2/p1=n，式中n是變壓器的效率。(2)整流電路：整流電路將交流電壓ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除

24、較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓u1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。 圖3-6 整流電路（3）濾波電路：各濾波電路c滿足rl-c=（35）t/2，式中t為輸入交流信號周期，rl為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。圖3-7 濾波電路圖3-8 濾波波形(4)穩(wěn)壓電路:常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。二者的工作原理有所不同。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會(huì)引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。它一般適用于負(fù)載電流變化較小的場合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負(fù)反饋的原

25、理來調(diào)節(jié)輸出電壓的。集成穩(wěn)壓電源事實(shí)上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。3.2.2 電源電路設(shè)計(jì)根據(jù)上述介紹設(shè)計(jì)，電源電路包括變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等模塊組成，使用led進(jìn)行電源工作狀態(tài)指示。lm78xx系列三端穩(wěn)壓ic來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜，因此使用lm7805穩(wěn)壓芯片進(jìn)行5v的電源電路設(shè)計(jì)。具體的5v電源電路如下圖3-9所示。圖3-9 5v直流電源電路3.3放大整形模塊由于輸入的信號可以是正弦波，三角波。而后面的閘門或計(jì)數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測量的時(shí)候，首先通過整形電

26、路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測信號的強(qiáng)弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當(dāng)輸入信號電壓幅度較大時(shí)，通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號電壓幅度較小時(shí)，前級輸入衰減為零時(shí)若不能驅(qū)動(dòng)后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時(shí)被測信號得以放大。根據(jù)上述分析，放大電路放大整形電路采用高頻晶體管3dg100與74ls00等組成。其中2n3904為npn型高頻小功率三極管，組成放大器將輸入頻率為fx的周期信號如正弦波、三角波及方波等波形進(jìn)行放大。與非門74ls00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對放大器的輸出波形信號進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。具體放大整形電路如圖3-10所

27、示。 圖3-10 放大整形電路3.4 分頻設(shè)計(jì)模塊分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率和周期測量使用統(tǒng)一信號，可使單片機(jī)測頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差?？捎?4161進(jìn)行分頻。3.4.1 分頻電路分析本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以at89s52單片機(jī)為核心，利用他內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器完成待測信號周期頻率的測量。單片機(jī)at89s52內(nèi)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。在定時(shí)器工作方式下，在被測時(shí)間間隔內(nèi)，每來一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1（使用12 mhz時(shí)鐘時(shí)，每1s加1），這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來測量時(shí)間間隔。在

28、計(jì)數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測信號發(fā)生從1到0的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1，這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以用來測量待測信號的頻率。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，這樣檢測一次從1到0的跳變至少需要2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期），所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的124（使用12 mhz時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為500 khz），因此采用74ls161進(jìn)行外部十分頻使測頻范圍達(dá)到2mhz。為了測量提高精度，當(dāng)被測信號頻率值較低時(shí)，直接使用單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)測得頻率值；當(dāng)被測信號頻率值較高時(shí)采用外部十分頻后再計(jì)數(shù)測得頻率值。這兩種情況使用74ls151進(jìn)行通道選擇，由單片機(jī)先簡單測得被測信號是高頻信號還是低頻信號，

29、然后根據(jù)信號頻率值的高低進(jìn)行通道的相應(yīng)導(dǎo)通，繼而測得相應(yīng)頻率值。3.4.2 74ls161芯片介紹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，可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。74ls161引腳如圖3-11所示。圖3-11 74ls161引腳圖時(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，以及進(jìn)位輸出tc (tc=q0q1q2q3cet)。表3-4為74161的功能表。表3-4 74161的功能表清零rd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 q3l l

30、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)其中rd是異步清零端，ld是預(yù)置數(shù)控制端，a、b、c、d是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，ep和et是計(jì)數(shù)使能端，rco(=et.qa.qb.qc.qd)是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級聯(lián)提供了方便。計(jì)數(shù)過程中，首先加入一清零信號rd0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為0，即計(jì)數(shù)器清零。rd變?yōu)?后，加入一置數(shù)信號ld0，即信號需要維持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的正跳變到來后。在這個(gè)置數(shù)信號和時(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)相同，這就是預(yù)置操作。接著ep=et=1,在此期間74161一直處于計(jì)

31、數(shù)狀態(tài)。一直到ep=0，et1，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)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

32、分頻器。3.4.3 分頻電路根據(jù)以上分析，采用74ls161進(jìn)行16分頻和jk觸發(fā)器512分頻設(shè)計(jì)分頻電路如圖3-12所示。圖3-12 分頻電路3.5 顯示模塊顯示模塊由頻率值顯示電路和量程轉(zhuǎn)換指示電路組成。頻率值顯示電路采用四位共陽極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示頻率計(jì)被測數(shù)值，使用三極管8550進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使數(shù)碼管亮度變亮，便于觀察測量。3.5.1 數(shù)碼管介紹常見的數(shù)碼管由七個(gè)條狀和一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是何種接口類型，兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理如圖3-13所示。圖3-13 兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖led數(shù)碼管中各段

33、發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有12 ma，最大極限電流也只有1030 ma，所以它的輸入端在5 v電源或高于ttl高電平(3.5 v)的電路信號相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。3.5.2 頻率值顯示電路數(shù)碼管電路設(shè)計(jì)不加驅(qū)動(dòng)時(shí)，數(shù)碼管顯示數(shù)值看不清，不便于頻率值的測量與調(diào)試。因此加入74ls246進(jìn)行驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。使用8位數(shù)碼管進(jìn)行頻率值顯示，如果選擇共陰極數(shù)碼管顯示，則需要8個(gè)三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而采用共陽極數(shù)碼管則需要74ls246驅(qū)動(dòng)，為了節(jié)約成本，因此選用共陽極數(shù)碼管進(jìn)行

34、動(dòng)態(tài)顯示，具體數(shù)碼管設(shè)計(jì)電路如圖3-14所示。圖3-14 數(shù)碼管顯示電路第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要采用模塊化設(shè)計(jì)，敘述了各個(gè)模塊的程序流程圖，并介紹了軟件keil和proteus的使用方法和調(diào)試仿真。4.1 軟件模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊，信號頻率測量模塊，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換和顯示模塊等模塊組成。系統(tǒng)軟件流程如圖4-1所示。頻率計(jì)開始工作或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測量初始化。測量初始化模塊設(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)器方式，即用來測量信號頻率。圖4-1系統(tǒng)軟件流程總圖首先定時(shí)

35、計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0，運(yùn)行控制位tr置1，啟動(dòng)對待測信號的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門的最小值（即測量頻率的高量程）開始測量，計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時(shí)tr清0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的數(shù)值經(jīng)過數(shù)制轉(zhuǎn)換程序從十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。判斷該數(shù)的最高位，若該位不為0，滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測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)閘門的寬度擴(kuò)大10倍，重新對待測信號的計(jì)數(shù)，直到滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作被設(shè)置為定時(shí)器方式，定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0，在判斷待測信號的上跳沿到來后，運(yùn)行控制位tr置為1，以單片機(jī)工作周期為單位進(jìn)行計(jì)數(shù)，直至信號的下跳沿到來，運(yùn)

36、行控制位tr清0，停止計(jì)數(shù)。16位定時(shí)計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)值為65535，當(dāng)待測信號的頻率較低時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器可以對被測信號直接計(jì)數(shù)，當(dāng)被測信號的頻率較高時(shí)，先由硬件十分頻后再有定時(shí)計(jì)數(shù)器對被測信號計(jì)數(shù)，加大測量的精度和范圍。本次設(shè)計(jì)由于本人知識的有限，所以設(shè)計(jì)的系統(tǒng)并不是最理想的。例如可以采用脈沖數(shù)定時(shí)測頻法和脈沖周期測頻法相結(jié)合，在高頻的時(shí)候采用脈沖數(shù)定時(shí)測頻法，在低頻率的時(shí)候采用周期測頻法。此法可保證測頻過程中精度一直很高，但實(shí)現(xiàn)的電路和程序都將很復(fù)雜。還可以用外部計(jì)數(shù)器和單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器共同計(jì)數(shù)來代替用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器來進(jìn)行定時(shí)，這樣測量的精度可以進(jìn)一步提高，但相對的端口分配和控制會(huì)相對復(fù)

37、雜一些。4.2 中斷服務(wù)子程序t1中斷服務(wù)子程序流程如圖4-2所示。測頻時(shí),定時(shí)器t1 工作在定時(shí)方式,每次定時(shí)50ms ,則t1 中斷20 次正好為1秒,即t1用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號,定時(shí)器t1 用作計(jì)數(shù)器,對待測信號計(jì)數(shù),每秒鐘的開始啟動(dòng)t1 ,每秒鐘的結(jié)束關(guān)閉t1 ,則定時(shí)器t1 之值乘以分頻系數(shù)就為待測信號的頻率。圖4-2 t1中斷服務(wù)子程序定時(shí)計(jì)數(shù)器t0工作在計(jì)數(shù)方式, 對信號進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)器0中斷流程圖如圖4-3所示。圖4-3 計(jì)數(shù)器t0中斷服務(wù)子程序4.3 顯示子程序顯示子程序?qū)⒋娣旁陲@示緩沖區(qū)的頻率或周期值送往數(shù)碼管上顯示出來,由于所有8 位數(shù)碼管的8 根段選線并聯(lián)在一起由單片機(jī)的

38、p2口 控制,因此,在每一瞬間8位數(shù)碼管會(huì)顯示相同的字符,要想每位顯示不同的字符就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管,即在每一瞬間只點(diǎn)亮某一位顯示字符,在此瞬間,段選控制口p2輸出相應(yīng)字符。由p0.0-p0.7逐位輪流點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管, 每位保持1ms ,在10ms20ms 之內(nèi)再點(diǎn)亮一次,重復(fù)不止,利用人的視角暫留,好像8 位數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。數(shù)碼管顯示子程序流程如圖4-4所示。圖4-4 顯示子程序流程圖4.4 應(yīng)用軟件簡介此設(shè)計(jì)需要在keil軟件平臺(tái)上完成程序的調(diào)試,在proteus軟件平臺(tái)上完成仿真顯示。因此介紹如何使用keil和proteus進(jìn)行軟件的仿真。4.4.1 keil簡介keil

39、軟件是目前最流行開發(fā)系列單片機(jī)的軟件，keil提供了包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部份組合在一起。而proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)cpu的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。（1）建立工程文件點(diǎn)擊“project-new

40、project”菜單，出現(xiàn)一個(gè)對話框，要求給將要建立的工程起一個(gè)名字，你可以在編緝框中輸入一個(gè)名字,點(diǎn)擊“保存”按鈕，出現(xiàn)第二個(gè)對話框，按要求選擇目標(biāo)器件片。建立新文件并增加到組。分別設(shè)置“target1”中的“target,output,debug”各項(xiàng)，使程序匯編后產(chǎn)生hex文件。（2）匯編，調(diào)試系統(tǒng)程序keil 單片機(jī)模擬調(diào)試軟件內(nèi)集成了一個(gè)文本編輯器，用該文本編輯器可以編輯源程序。在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“file new.”、單擊對應(yīng)的工具按鈕或者快捷鍵ctrl +n 將打開一個(gè)新的文本編輯窗口，完成匯編語言源文件的輸入，并且完成源程序向當(dāng)前工程的添加。然后在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“

41、filesave as.”可以完成文件的第一次存儲(chǔ)。注意，匯編語言源文件的擴(kuò)展名應(yīng)該是“asm”，它應(yīng)該與工程文件存儲(chǔ)在同一文件夾之內(nèi)。在完成文件的第一次存儲(chǔ)以后，當(dāng)對匯編語言源文件又進(jìn)行了修改，再次存儲(chǔ)文件則應(yīng)該選擇菜單“filesave”、單擊對應(yīng)的工具按鈕或者快捷鍵ctrl +s 實(shí)現(xiàn)文件的保存。接著的工作需要把匯編語言源文件加入工程之中。選擇工程管理器窗口的子目“source group 1”，再單擊鼠標(biāo)右鍵打開快捷菜單。在快捷菜單中選擇“add file to group source group 1”，加入文件對話框被打開。在這個(gè)對話框的“查找范圍（i）”下拉列表框中選擇存儲(chǔ)匯編語

42、言源文件的文件夾，在“文件類型（t）” 下拉列表框選擇“asm source file（*.a*；*.src）”，這時(shí)存儲(chǔ)的匯編語言源文件將顯示出來。雙擊要加入的文件名或者選擇要加入的文件名再單擊“add”按鈕即可完成把匯編語言源文件加入工程。文件加入以后，加入文件對話框并不消失，更多的文件也可以利用它加入工程。如果不需要加入其它文件，單擊“close”按鈕可以關(guān)閉加入文件對話框。這時(shí)工程管理窗口的文件選項(xiàng)卡中子目錄“source group 1”下出現(xiàn)一個(gè)匯編語言源文件。 需要注意，當(dāng)把匯編語言源文件加入工程但還沒有關(guān)閉加入文件對話框，這時(shí)有可能被誤認(rèn)為文件沒有成功地加入工程而再次進(jìn)行加入操

43、作，系統(tǒng)將顯示所需的文件已經(jīng)加入的提示。在這種情況下，單擊提示框中的“確定”按鈕，再單擊“close”按鈕可以關(guān)閉加入文件對話框。（3）編譯源程序，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，返回上一級對錯(cuò)誤更改后重新編譯，直到?jīng)]有錯(cuò)誤為止。4.4.2 protues簡介 protues是labcenter公司出品的電路分析、實(shí)物仿真系統(tǒng)，而keil是目前世界上最好的51單片機(jī)匯編和c語言的集成開發(fā)環(huán)境。他支持匯編和c的混合編程，同時(shí)具備強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真功能。protues能夠很方便的和keil、matlab ide等編譯模擬軟件結(jié)合。proteus提供了大量的元件庫有ram，rom，鍵盤，馬達(dá)，led，lcd，ad

44、/da，部分spi器件，部分iic器件，它可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、avr，pic等常用的mcu，與keil和mplab不同的是它還提供了周邊設(shè)備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真。這里我將keil和 protues兩個(gè)軟件的快速集成起來使用。（1）首先將keil和 protues兩個(gè)軟件安裝好。（2）然后在c：program fileslabcenter eletronicsprotues 6 professionalmodels(我的protues是安裝c盤里面的)目錄下的vdm51.dll 動(dòng)態(tài)連接庫文件復(fù)制到c:keilc51bin 目錄下面（我的keil 也安裝在c盤

45、）這個(gè)文件將在keil的debug設(shè)置時(shí)用到。（3）打開protues軟件，新建一文件將硬件原理圖繪入圖中。（4）將keil生成的hex文件下載入單片機(jī)中，點(diǎn)擊“開始”進(jìn)行仿真。（5）在keil中進(jìn)行debug，同時(shí)在proteus中查看直觀的結(jié)果（如lcd顯示）。這樣就可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。利用proteus與keil整合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具有比較明顯的優(yōu)勢，當(dāng)然其存在的缺點(diǎn)也是有的。利用仿真實(shí)驗(yàn)可以做全部的軟件實(shí)驗(yàn)和極大多數(shù)的硬件系統(tǒng)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，因極少硬件投入、所以經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器和元器件缺乏帶來的不足，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素。第五章 頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試

46、頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試包括系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)合調(diào)試。硬件調(diào)試包括電源模塊、整形模塊、分頻模塊等模塊，軟件調(diào)試就是通過修改程序，使頻率計(jì)功能完善，提高頻率計(jì)的測量精度。使用軟件仿真，調(diào)試仿真結(jié)果，同時(shí)使用數(shù)字萬用表和示波器測試輸出電壓值和輸出波形，調(diào)試出正確的軟硬件電路。5.1 硬件調(diào)試5.1.1 電源模塊調(diào)試電源電路包括變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等模塊組成，使用led進(jìn)行電源工作狀態(tài)指示。搭建好硬件電路，檢查線路連接正確，通電，led燈亮，lm7805芯片不發(fā)燙，并用數(shù)字萬用表測得電壓為5.01v，證明電路基本正常工作。同時(shí)，使用數(shù)字示波器測量輸出電壓波形，看有無較大的紋波，經(jīng)測量觀察，基本上

47、不存在紋波，沒有太大的干擾，電壓電路工作正常，示波器測的輸出波形如圖5-1所示。圖5-1 5v輸出波形5.1.2整形模塊調(diào)試整形電路采用與非門74ls00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對正弦波、三角波等各種波形信號進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。整形電路在multisim10中進(jìn)行電路的仿真與調(diào)試，在multisim10繪制的整形電路如圖5-1所示。選擇虛擬函數(shù)發(fā)生器輸入不同的信號，同時(shí)使用數(shù)字示波器測的輸出波形，經(jīng)測試施密特觸發(fā)器可以把1hz-40mhz的正弦波等波形整形為方波信號，仿真結(jié)果如圖5-3所示。圖5-2 整形電路仿真圖5-3 整形電路輸出波形仿真搭建整形電路模塊，測試電路基本正確，使用數(shù)字示波

48、器測得輸入輸出波形如圖5-4所示。圖5-4 整形電路實(shí)際輸出波形5.1.3 分頻模塊調(diào)試為了達(dá)到1hz-40mhz的頻率范圍，使用外部分頻，搭建分頻電路，測試電路基本正確，選擇函數(shù)發(fā)生器輸入2mhz以下不同頻率的的方波信號，同時(shí)使用數(shù)字示波器測的輸出波形，經(jīng)觀察分頻電路可以把2mhz以下不同頻率的方波波形進(jìn)行十分頻，示波器測得輸入輸出波形如圖5-5所示。圖5-5 分頻電路實(shí)際輸出波形5.2 軟件調(diào)試5.2.1 pouteus軟件調(diào)試根據(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，直到符合功能要求。proteus總體仿真圖5-6所示。圖5-6 頻率計(jì)整體仿真圖5.2.2 功

49、能調(diào)試當(dāng)測量頻率值小于1khz以下時(shí)，數(shù)碼管顯示頻率值，單位為hz。例如輸入信號123hz，仿真顯示如圖5-7所示。圖5-7 hz檔頻率仿真當(dāng)測量頻率值大于且等于1khz并小于1mhz時(shí)，數(shù)碼管顯示頻率值，校正 led燈閃爍，單位hz檔。例如輸入信號10khz，仿真顯示如圖5-8所示。圖5-8 khz檔頻率仿真經(jīng)上述測試，基本功能都以實(shí)現(xiàn)，可以測出波形頻率值，符合要求。5.3系統(tǒng)調(diào)試5.3.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試經(jīng)軟件的調(diào)試修改再調(diào)試，如此反復(fù)，排除各種故障最終基本完成了設(shè)計(jì)所要求的任務(wù)。由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器計(jì)數(shù)器構(gòu)成基本測量電路，外加整形和分頻電路，由系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可以測出1hz-5mhz的量程范圍，

50、可以實(shí)現(xiàn)量程檔的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使用的動(dòng)態(tài)顯示測量時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，但顯示數(shù)值準(zhǔn)確，穩(wěn)定時(shí)顯示不閃爍。 軟件仿真測量數(shù)據(jù)如下表5-1所示。 表5-1 hz檔的數(shù)據(jù)記錄表待測值（hz）1050300450800888999測量值（hz）10503004508008881000表5-2 khz檔的數(shù)據(jù)記錄表待測值（khz）1500055000125000225000425000825000925000測量值（khz）1555125225425825925 表5-3 mhz檔的數(shù)據(jù)記錄表待測信（mhz）1.1231.5581.7892.2343.3454.4565.567測量值（mhz）1.1221.55

51、81.7882.2343.3464.4585.5685.3.2 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試軟件系統(tǒng)測試只能測試方波信號，外加硬件整形電路，可以測試正弦波、三角波等各種波形的頻率值，把各模塊組合在一起，做成完整的頻率計(jì)，實(shí)物圖如圖33所示。經(jīng)過不斷的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，修改程序和硬件，最終符合設(shè)計(jì)功能要求。為了衡量這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)的工作情況和測量精度，我們對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。用這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)對信號進(jìn)行了測量，使用函數(shù)發(fā)生器輸出各種波形，由實(shí)物頻率計(jì)測得頻率，記錄數(shù)據(jù)。實(shí)際測得頻率范圍沒有仿真結(jié)果那么高，只能稍微超過2mhz。實(shí)際記錄數(shù)據(jù)如下表5-4所示。表5-4 hz檔的數(shù)據(jù)記錄表待測值（hz）10.328.9

52、268.7324.8490.6678.3978.8測量值（hz）1029269325491678979表5-5 khz檔的數(shù)據(jù)記錄表待測值（khz）15.2633.2860.12161.75308.8470.7912.1測量值（khz）15.333.360.2162.0309.0470.9912.4表5-6 mhz檔的數(shù)據(jù)記錄表待測信（mhz）1.1231.3181.7271.8051.9562.0122.889測量值（mhz）1.1231.3181.7281.8061.9572.0132.8785.4 誤差分析從記錄的數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)軟件仿真誤差很小，在1hz-2mhz范圍內(nèi)測量出來的頻率基本上就是輸入信號的頻率，在超出這個(gè)范圍后，才出現(xiàn)很小的誤差。但是在硬件調(diào)試中，可能是由于標(biāo)準(zhǔn)元器件本身誤差，如隨著時(shí)間的延長，其值相比出廠時(shí)產(chǎn)生誤差；造成測量結(jié)果沒有軟件仿真精確。同時(shí)手工焊接單片機(jī)最小系統(tǒng)、分頻整形電路等也會(huì)帶來一定的干擾，造成信號的失真，從而導(dǎo)致測量精度下降，測量范圍有所縮小，但是可以看出，誤差在允許范圍內(nèi)，所設(shè)計(jì)的電路基本符合要求。第六章 總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，通過這次設(shè)計(jì)，我受益匪淺。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次綜合性的實(shí)踐，它將各種知識結(jié)合到一起綜合運(yùn)用到實(shí)踐上來擴(kuò)展、彌補(bǔ)、串聯(lián)所學(xué)的知識。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我得到了很多收獲。首先，了解了單片機(jī)的基本知識和在控制領(lǐng)