基于51單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)

1、 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)目 錄第1節(jié) 引言 21.1 數(shù)字頻率計(jì)概述21.2 頻率測量儀的設(shè)計(jì)思路與頻率的計(jì)算21.3 基本設(shè)計(jì)原理3第2節(jié) 數(shù)字頻率計(jì)（低頻）的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 2.1系統(tǒng)硬件的構(gòu)成42.2系統(tǒng)工作原理圖42.3AT89C51單片機(jī)及其引腳說明 52.4信號調(diào)理及放大整形模塊72.5時(shí)基信號產(chǎn)生電路72.6顯示模塊8第3節(jié) 軟件設(shè)計(jì)123.1 定時(shí)計(jì)數(shù) 123.2 量程轉(zhuǎn)換 123.3 BCD轉(zhuǎn)換123.4 LCD顯示12第4節(jié) 結(jié)束語 13參考文獻(xiàn) 14附錄 整機(jī)原理圖15 基于51單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣S07-3班 廖瓊

2、偉指導(dǎo)老師 劉德玉第1節(jié) 引言本應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是通過在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識，以及查閱資料，培養(yǎng)一種自學(xué)的能力。并且引導(dǎo)一種創(chuàng)新的思維，把學(xué)到的知識應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。在設(shè)計(jì)的過程中，不斷的學(xué)習(xí)，思考和同學(xué)間的相互討論，運(yùn)用科學(xué)的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機(jī)系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，學(xué)會對常見問題的處理方法，積累設(shè)計(jì)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合。全能提高個(gè)人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.1數(shù)字頻率計(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

3、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)。 本數(shù)字頻率計(jì)將采用定時(shí)、計(jì)數(shù)的方法測量頻率，采用一個(gè)1602A LCD顯示器動態(tài)顯示6位數(shù)。測量范圍從1Hz20MHz的正弦波、方波、三角波，時(shí)基寬度為1us,10us,100us,1ms。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動測量功能?；驹O(shè)計(jì)原理是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對正弦波、方波、三角波的頻率進(jìn)行自動的測量。1.2頻率測量儀的設(shè)計(jì)思路與頻率的計(jì)算圖1 頻率測量原

4、理圖 頻率測量儀的設(shè)計(jì)思路主要是：對信號分頻，測量一個(gè)或幾個(gè)被測量信號周期中已知標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的周期個(gè)數(shù)，進(jìn)而測量出該信號頻率的大小，其原理如右圖1所示。若被測量信號的周期為Tx，分頻數(shù)m1，分頻后信號的周期為T，則：T=m1Tx 。由圖可知： T=NTo （注：To為標(biāo)準(zhǔn)信號的周期，所以T為分頻后信號的周期，則可以算出被測量信號的頻率f。）由于單片機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率比較穩(wěn)定，而是系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)信號頻率的誤差，通常情況下很小；而系統(tǒng)的量化誤差小于1，所以由式T=NTo可知，頻率測量的誤差主要取決于N值的大小，N值越大，誤差越小，測量的精度越高。1.3 基本設(shè)計(jì)原理基本設(shè)計(jì)原理是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信

5、號頻率的一種測量裝置。它以測量周期的方法對正弦波、方波、三角波的頻率進(jìn)行自動的測量。所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測得這個(gè)周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是將被測信號變成脈沖信號，其重復(fù)頻率等于被測頻率fx。時(shí)間基準(zhǔn)信號發(fā)生器提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間脈沖信號，若其周期為1s，則門控電路的輸出信號持續(xù)時(shí)間亦準(zhǔn)確地等于1s。閘門電路由標(biāo)準(zhǔn)秒信號進(jìn)行控制，當(dāng)秒信號來到時(shí)，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。秒信號結(jié)束時(shí)閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。由于計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖數(shù)N是在1秒時(shí)間內(nèi)的累計(jì)數(shù)，所以被測

6、頻率fx=NHz。第2節(jié) 數(shù)字頻率計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成 本頻率計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要元器件是宏晶公司最新的單周期指令單片機(jī)STC11F16XE，由它完成對待測信號頻率的計(jì)數(shù)和結(jié)果顯示等功能，外部還要有分頻器、顯示器等器件。可分為以下幾個(gè)模塊：放大整形模塊、秒脈沖產(chǎn)生模塊、換檔模擬轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、LCD顯示模塊。各模塊關(guān)系圖如圖2所示： 圖2 數(shù)字頻率計(jì)功能模塊2.2 系統(tǒng)工作原理圖 該系統(tǒng)工作的總原理圖如圖3所示：圖3 數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)工作原理圖2.3 STC11F16XE單片機(jī)及其引腳說明STC11F16XE是一種高性能低功耗的采用CMOS工藝制造的8位微控制器，它提供下

7、列標(biāo)準(zhǔn)特征：16K字節(jié)的程序存儲器，1280字節(jié)的RAM,32條I/O線，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器, 一個(gè)5中斷源兩個(gè)優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串行口, 片上震蕩器和時(shí)鐘電路。引腳說明：·VCC：電源電壓·GND:地·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對0端口寫入1時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。當(dāng)P0口訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。在EPROM編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸出指令字節(jié)在程序校驗(yàn)時(shí)。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接

8、上拉電阻。·P1口：P1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口的輸出緩沖能接受或輸出4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對P1口寫1時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。當(dāng)作為輸入端使用時(shí)，P1口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會輸出一個(gè)低電流（IIL）。·P2口：P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P2口的輸出緩沖能驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)向P2口寫1時(shí)，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出電流（IIL）。P2口在訪問外部程序存儲器或16位地址的

9、外部數(shù)據(jù)存儲器（例如MOVX DPTR）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，P2口使用強(qiáng)大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出1時(shí)。當(dāng)利用8位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)（例MOVX R1）,P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)EPROM編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口同時(shí)接收高8位地址和一些控制信號。·P3口：P3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P3口的輸出緩沖能驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)向P3口寫1時(shí)，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出電流（IIL）。P3口同時(shí)具有AT89C51的多種特殊功能，具體如下

10、表1所示:端口引腳第二功能P3.0RXD (串行輸入口)P3.1TXD（串行輸出口）P3.2 (外部中斷0)P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器0）P3.5T1（定時(shí)器1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器都選通）表1 P3口的第二功能·RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。·ALE/:當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低8位字節(jié)。當(dāng)在Flash編程時(shí)還可以作為編程脈沖輸出（）。一般情況下，ALE是以晶振頻率的1/6輸出，可以用作外部時(shí)鐘或定時(shí)目的。但也要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)

11、據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。·：程序存儲允許時(shí)外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)AT89C52執(zhí)行外部程序存儲器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，除了當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過兩個(gè)信號。·/VPP:外部訪問允許。為了使單片機(jī)能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲器從0000H到FFFH單元的指令，必須同GND相連接。需要主要的是，如果加密位1被編程，復(fù)位時(shí)EA端會自動內(nèi)部鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指令時(shí)，應(yīng)該接到VCC端。·XTAL1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。在本次設(shè)計(jì)中，采用89C51作為CPU處理器，充分利用

12、其硬件資源，結(jié)合D觸發(fā)器CD4013，分頻器CD4060，模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4051，計(jì)數(shù)器74LS90等數(shù)字處理芯片，主要控制兩大硬件模塊，量程切換以及顯示模塊。下面還將詳細(xì)說明。2.4 信號調(diào)理及放大整形模塊 放大整形系統(tǒng)包括衰減器、跟隨器、放大器、施密特觸發(fā)器。它將正弦輸入信號Vx整形成同頻率方波Vo,幅值過大的被測信號經(jīng)過分壓器分壓送入后級放大器，以避免波形失真。由運(yùn)算放大器構(gòu)成的射級跟隨器起阻抗變換作用，使輸入阻抗提高。同相輸入的運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為（R1+R2）/R1，改變R1的大小可以改變放大倍數(shù)。系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，整形后的方波送到閘門以便計(jì)數(shù)。由于輸入的信號幅度

13、是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對于輸入信號的測量就不方便了，過大可能會把器件燒毀，過小可能器件檢測不到，所以在設(shè)計(jì)中采用了這個(gè)信號調(diào)理電路對輸入的波形進(jìn)行阻抗變換、放大限幅和整形，信號調(diào)理部分電路具體實(shí)現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如下圖4所示： 圖42.6 顯示模塊1602基本技術(shù)：1）、主要功能A、 40通道點(diǎn)陣LCD 驅(qū)動;B、 可選擇當(dāng)作行驅(qū)動或列驅(qū)動;C、 輸入/輸出信號:輸出,能產(chǎn)生20×2個(gè)LCD驅(qū)動波形;輸入,接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號,偏壓(V1V6);D、 通過單片機(jī)控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來。2）、技術(shù)參數(shù)2.1）極限參數(shù)表名 稱符 號標(biāo) 準(zhǔn) 值單 位M

14、INTYPEMAX電路電源VDD - VSS-0.37.0VLCD驅(qū)動電壓VDD - VEEVDD - 13.5VDD + 0.3V輸入電壓VIN-0.3VDD + 0.3V靜電電壓-100V工作溫度-20+70°C儲存溫度-30+80°C2.2） 電參數(shù)表名 稱符 號測 試 條 件標(biāo) 準(zhǔn) 值單位MINTYPEMAX輸入高電平VIH-2.2VDDV輸入低電平VIL-0.30.6V輸出高電平VOHIOH = 0.2mA2.4-V輸出低電平VOLIOL = 1.2mA-0.4V工作電流IDDVDD = 5.0V2.0mA液晶驅(qū)動電壓VDD- VEETa = 0°C4.

15、9VTa = 25°C4.7Ta = 50°C4.53）、時(shí)序特性表項(xiàng) 目符 號測試條件標(biāo) 準(zhǔn) 值單位MINTYPEMAX允許時(shí)間周期TCYCE5.1a 5.1b1000ns允許脈沖寬度,高電平PWEH450-ns允許上升和下降時(shí)間tEr tEf-25ns地址建立時(shí)間tAS140-ns數(shù)據(jù)延遲時(shí)間tDDR-320ns數(shù)據(jù)建立時(shí)間tDSW195-ns數(shù)據(jù)保持時(shí)間tH10-nsDATA HOLD TIMEtDHR20-ns地址保持時(shí)間tAH10-ns4）、引腳和指令功能4.1）模塊引腳功能表引 線 號符 號名 稱功 能1Vss接地0V2VDD電路電源5V±10%3VE

16、E液晶驅(qū)動電壓保證VDD-VEE=4.55V電壓差4RS寄存器選擇信號H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器5R/W讀/寫信號H:讀 L:寫6E片選信號下降沿觸發(fā),鎖存數(shù)據(jù)7|14DB0|DB7數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)傳輸4.2）寄存器選擇功能表RSR/W操 作00指令寄存器(IR)寫入01忙標(biāo)志和地址計(jì)數(shù)器讀出10數(shù)據(jù)寄存器(DR)寫入11數(shù)據(jù)寄存器讀出（注:忙標(biāo)志為"1"時(shí),表明正在進(jìn)行內(nèi)部操作,此時(shí)不能輸入指令或數(shù)據(jù),要等內(nèi)部操作結(jié)束,即忙標(biāo)志為"0"時(shí)。）4.3） 指令功能 格式:RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0共11種指令

17、:清除,返回,輸入方式設(shè)置,顯示開關(guān),控制,移位,功能設(shè)置,CGRAM地址設(shè)置,DDRAM地址設(shè)置,讀忙標(biāo)志,寫數(shù)據(jù)到CG/DDRAM,讀數(shù)據(jù)由CG/DDRAM。5）、顯示位與DD RAM 地址的對應(yīng)關(guān)系 顯 示 位 序 號1 2 3 4 5 40 DD RAM 地 址(HEX)第 一 行00 01 02 03 04 . 27第 二 行40 41 42 43 44 . 676）、初始化方法用戶所編的顯示程序,開始必須進(jìn)行初始化,否則模塊無法正常顯示,下面介紹兩種初始化方法;6.1利用內(nèi)部復(fù)位電路進(jìn)行初始化下面指令是在初始化過程中執(zhí)行的。(1) 清屏(DISPLAY CLEAR);(2) 功能設(shè)

18、置(FUNCTION SET);DL = 1: 8Bit 接口數(shù)據(jù);N = 0: 1行顯示; F = 0:5×7dot字形;(3) 顯示開/關(guān)控制(DISPLAY ON/OFF CONTROL)D = 0: 顯示關(guān); C = 0: 光標(biāo)關(guān); B = 0: 消隱關(guān)(4) 輸入方式設(shè)置(ENTRY MODE SET )I/D = 1:(增量): S = 0: 無移位:6.2） 軟件復(fù)位 如果電路電源不能滿足復(fù)位電路的要求的話,那么初始化就要用軟件來實(shí)現(xiàn),過程如下: 八位接口初始化流程圖 VDD 上升到4.5V后等待>15 電 源 開 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 D

19、B3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 × × × × 等待>4.1ms RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 × × × × RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 × × × × 等待>100us RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 N F × &

20、#215; 檢查忙標(biāo)志或延時(shí)40us RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 1 0 × × 檢查忙標(biāo)志或延時(shí)40us RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1檢查忙標(biāo)志或延時(shí)40 us RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S檢查忙標(biāo)志或延時(shí)1.64 初 始 化 結(jié) 束檢查忙標(biāo)志或延時(shí)40第3節(jié) 等誤差計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)等誤差測量電路的硬件電路如下圖所示，其主要

21、由單片機(jī)控制部分、同步門控部分、計(jì)數(shù)部分組成。單片機(jī)控制部分主要完成測量過程的控制、測量結(jié)果的處理和顯示。單片機(jī)選用STC89C52，其中P1.0用于控制同步門D觸發(fā)器74LS74產(chǎn)生同步的閘門信號，P1.2用于對74LS393組成的計(jì)數(shù)器清零。74LS393產(chǎn)生的溢出位送單片機(jī)的T0與T1口，由單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，并送出顯示。在圖中OUT1為經(jīng)整形和放大的被測信號，U4、U5為兩個(gè)可控計(jì)數(shù)器，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號從U5的時(shí)鐘輸入端CLK1輸入，其頻率為；經(jīng)整形后的被測信號從U4的時(shí)鐘輸入端CLK1輸入，其頻率為，測得。P1.0為門控信號，它是一個(gè)寬度為的脈沖。當(dāng)門控信號為低電平時(shí)，經(jīng)整形后的被測信號

22、的上升沿通過D觸發(fā)器的CP端口則端的信號同時(shí)啟動計(jì)數(shù)器U4、U5。U4、U5分別對被測信號（頻率為）和標(biāo)準(zhǔn)信號(頻率為)同時(shí)計(jì)數(shù)；當(dāng)門控信號為高電平時(shí)，經(jīng)整形后的被測信號的一個(gè)上升沿將使這兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)關(guān)閉。設(shè)在一次預(yù)置門時(shí)間中對被測信號計(jì)數(shù)值，對標(biāo)準(zhǔn)信號的計(jì)數(shù)值為，即。對其兩邊微分得：。其測頻相對誤差為：由上式可知，測頻誤差取決于標(biāo)準(zhǔn)頻率和預(yù)置閘門寬度，與被測信號頻率無關(guān)。這是因?yàn)橛?jì)數(shù)器U4和U5的計(jì)數(shù)閘門寬度恰好相等的原故。第4節(jié) 抗干擾設(shè)計(jì) 在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間，應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾性的要求，避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。形成干擾的基本要素有三個(gè)：（1）

23、干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號，用數(shù)學(xué)語言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可 能成為干擾源。（2）傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳 播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。（3）敏感器件，指容易被干擾的對象。如：A/D、D/A變換器，單片機(jī)，數(shù)字IC， 弱信號放大器等?？垢蓴_設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的 抗干擾性能。（類似于傳染病的預(yù)防）4.1 抑制干擾源抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt，di/dt。這是抗干擾設(shè)計(jì)中最優(yōu) 先考慮和最重要的原則，常常會

24、起到事半功倍的效果。減小干擾源的du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實(shí)現(xiàn)。減小干擾源的 di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實(shí)現(xiàn)。抑制干擾源的常用措施如下：（1）繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動勢干擾。僅加續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時(shí)間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時(shí)間內(nèi)可動作更多的次數(shù)。（2）在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路（一般是RC串聯(lián)電路，電阻一般選幾K 到幾十K，電容選0.01uF），減小電火花影響。（3）給電機(jī)加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短。（4）電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01F0.1F高頻電容，以減小IC對電源的影

25、響。注意高頻電容的布線，連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電 容的等效串聯(lián)電阻，會影響濾波效果。（5）布線時(shí)避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。（6）可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產(chǎn)生的噪聲（這個(gè)噪聲嚴(yán)重時(shí)可能 會把可控硅擊穿的）。按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和 有用信號的頻帶不同，可以通過在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時(shí)也可加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大， 要特別注意處理。 所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離，用地線把

26、它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。4.2 切斷干擾傳播路徑的常用措施如下：（1）充分考慮電源對單片機(jī)的影響。電源做得好，整個(gè)電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機(jī)對電源噪聲很敏感, 要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對單片機(jī)的干擾。比如，可以利用磁珠和電容組成形濾波電路，當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100電阻代替磁珠。（2）如果單片機(jī)的I/O口用來控制電機(jī)等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離（增加形濾波電路）。控制電機(jī)等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離（增加形濾波電路）。（3）注意晶振布線。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。此措施可解決許

27、多疑難問題。（4）電路板合理分區(qū)，如強(qiáng)、弱信號，數(shù)字、模擬信號。盡可能把干擾源 （如電機(jī)，繼電器）與敏感元件（如單片機(jī)）遠(yuǎn)離。（5）用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離，數(shù)字地與模擬地要分離，最后在一點(diǎn)接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則，廠家分配A/D、D/A芯片引腳排列時(shí)已考慮此要求。（6）單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú)接地，以減小相互干擾。 大功率器件盡可能放在電路板邊緣。（7）在單片機(jī)I/O口，電源線，電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器，屏蔽罩，可顯著提高電路的抗干擾性能。4.3 提高敏感器件的抗干擾性能提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對

28、干擾噪聲 的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法。提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下：（1）布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。（2）布線時(shí)，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦 合噪聲。（3）對于單片機(jī)閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源。其它IC的閑置 端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。（4）對單片機(jī)使用電源監(jiān)控及看門狗電路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045等，可大幅度提高整個(gè)電路的抗干擾性能。（5）在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機(jī)的晶振和選用低速數(shù)字 電路。（6）IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。

29、為了達(dá)到很好的抗干擾，于是我們?？吹絇CB板上有地分割的布線方式。但是也不是所有的數(shù)字電路和模擬電路混合都一定要進(jìn)行地平面分割。因?yàn)檫@樣分割是為了降低噪聲的干擾。理論：在數(shù)字電路中一般的頻率會比模擬電路中的頻率要高，而且它們本身的信號會跟地平面形成一個(gè)回流（因?yàn)樵谛盘杺鬏斨?，銅線與銅線之間存在著各種各樣的電感和分布電容），如果我們把地線混合在一起，那么這個(gè)回流就會在數(shù)字和模擬電路中相互串?dāng)_。而我們分開就是讓它們只在自己本身內(nèi)部形成一個(gè)回流。它們之間只用一個(gè)零歐電阻或是磁珠連接起來就是因?yàn)樵瓉硭鼈兙褪峭粋€(gè)物理意義的地，現(xiàn)在布線把它們分開了，最后還應(yīng)該把它們連接起來。如何分析它們是屬于數(shù)字部分呢

30、還是模擬部分？這個(gè)問題常常是我們在具體畫PCB時(shí)得考濾的。我個(gè)人的看法是要判斷一個(gè)元件是屬于模擬的，還是數(shù)字的關(guān)鍵是看與它相關(guān)的主要芯片是數(shù)字的還是模擬的。比如：電源它可能給模擬電路供電，那它就是模擬部分的，如果它是給單片機(jī)或是數(shù)據(jù)類芯片供電，那它就是數(shù)字的。當(dāng)它們是同一個(gè)電源時(shí)就需要用一個(gè)橋的方法把一個(gè)電源從另一個(gè)部分引過來。最典形的就是D/A了，它應(yīng)該是一個(gè)一半是數(shù)字，一半是模擬的芯片。我認(rèn)為如果能把數(shù)字輸入處理好后，剩下的就可以畫到模擬部分去了。第5節(jié) 軟件設(shè)計(jì)主要能過編寫軟件來控制硬件完成以下各模塊的功能：5.1定時(shí)讀數(shù)單片機(jī)當(dāng)C/T=1時(shí)為計(jì)數(shù)方式，多路開關(guān)與定時(shí)器的外部引腳連通，外

31、部計(jì)數(shù)脈沖由引腳輸入。當(dāng)外部信號由1至0跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，此時(shí)T0成為外部事件的計(jì)數(shù)器。由于確認(rèn)一次由1至0的跳變要用24個(gè)振蕩器周期，所以計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率為單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器頻率的1/24。當(dāng)CT=0時(shí)為定時(shí)方式，對單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器進(jìn)行m2分頻后，計(jì)數(shù)器的實(shí)際計(jì)數(shù)頻率為單片機(jī)內(nèi)部頻率凡的1/m2，當(dāng)GATE=0時(shí)，反相器輸出為1，或門輸出為1，打開與門，使定時(shí)器的啟動僅受TRO端信號電平的控制。在此種情況下，INT0引腳的電平變化對或門不起作用。TRO=1時(shí)接通控制開關(guān)，計(jì)數(shù)脈沖加到計(jì)數(shù)器上，每來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器加1，只有當(dāng)TRO=0時(shí)，控制開關(guān)斷開，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。當(dāng)GATA=0時(shí)，若

32、TRO=1，或門、與門全部打開，外部信號電平通過INTO引腳直接控制定時(shí)器的啟動和關(guān)閉。輸人高電平時(shí)允許計(jì)數(shù)，否則停止計(jì)數(shù)。根據(jù)定時(shí)器的結(jié)構(gòu)原理，若我們將GATE位、TR0均設(shè)為1，INT0端輸人被測頻率信號，當(dāng)被測信號的高電平到來時(shí)，開始計(jì)數(shù)；當(dāng)被測信號的低電平到來時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，此時(shí)TL0、TH0的數(shù)據(jù)就是相應(yīng)的N值。5.2量程轉(zhuǎn)換在使用計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)頻率測量時(shí),這時(shí)外部的待測信號為定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)源,利用軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)閘門。頻率計(jì)的工作過程為:首先定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0 ,運(yùn)行控制位TR 置1 ,啟動定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器;然后運(yùn)行軟件延時(shí)程序,同時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器對外部的待測信號

33、進(jìn)行計(jì)數(shù),延時(shí)結(jié)束時(shí)TR 清0 ,停止計(jì)數(shù);最后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù),在完成數(shù)據(jù)處理后,由顯示電路顯示測量結(jié)果。在使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻率測量時(shí),這時(shí)外部的待測信號通過頻率計(jì)的予處理電路變成寬度等于待測信號周期的方波,該方波同樣加至定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的輸入腳。這時(shí)頻率計(jì)的工作過程為:首先定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0 ,然后檢測方波高電平是否加至定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的輸入腳;當(dāng)判定高電平加至定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入腳,運(yùn)行控制位TR 置1 ,啟動定時(shí)/計(jì)數(shù)器對單片機(jī)的機(jī)器周期的計(jì)數(shù),同時(shí)檢測方波高電平是否結(jié)束;當(dāng)判定高電平結(jié)束時(shí)TR 清0 ,停止計(jì)數(shù),然后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù),在完成數(shù)據(jù)處理后,由顯示電路

34、顯示測量結(jié)果。測量結(jié)果的顯示格式采用科學(xué)計(jì)數(shù)法,即有效數(shù)字乘以10 為底的冪。這里設(shè)計(jì)的頻率計(jì)用5 位數(shù)碼管顯示測量結(jié)果:前3 位為測量結(jié)果的有效數(shù)字;第4 位為指數(shù)的符號;第5 位為指數(shù)的值。采用這種顯示格式既保證了測量結(jié)果的顯示精度,又保證了測量結(jié)果的顯示范圍(0. 100Hz - 9. 99MHz) 。量程自動轉(zhuǎn)換的過程由頻率計(jì)測量量程的高端開始。由于只顯示3 位有效數(shù)字,在測量量程的高端計(jì)數(shù)閘門不需要太寬, 例如在10. 0 KHz -9919 KHz 頻率范圍,計(jì)數(shù)閘門寬度為10mS 即可。頻率計(jì)每個(gè)工作循環(huán)開始時(shí)使用計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)頻率測量,并使計(jì)數(shù)閘門寬度為最窄,完成測量后判斷測量結(jié)

35、果是否具有3 位有效數(shù)字,如果成立,將結(jié)果送去顯示,本工作循環(huán)結(jié)束;否則將計(jì)數(shù)閘門寬度擴(kuò)大10 倍,繼續(xù)進(jìn)行測量判斷,直到計(jì)數(shù)閘門寬度達(dá)到1s ,這時(shí)對應(yīng)的頻率測量范圍為100Hz - 999Hz。如果測量結(jié)果仍不具有3 位有效數(shù)字,頻率計(jì)則使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻率測量。定時(shí)方法測量的是待測信號的周期,這種方法只設(shè)一種量程,測量結(jié)果通過浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算模塊將信號周期轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的頻率值,再將結(jié)果送去顯示。這樣無論采用何種方式,只要完成一次測量即可,頻率計(jì)自動開始下一個(gè)測量循環(huán),因此該頻率計(jì)具有連續(xù)測量的功能,同時(shí)實(shí)現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。5.3 源程序#include<reg52.h>#includ

36、e <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar temp8=0,0,0,0,0,0,0,0;uchar temp18=0,0,0,0,0,0,0,0;uchar T1count,timecount,T1count1,timer,yushu,yushu1;long fre,frx;float zhou;bit flag;bit flag1;void delay(uchar);bit result;sbit ird=P11;sbit id=P10;sbit clr=P12;sbit en=P1

37、5;sbit rw=P16;sbit rs=P17;sbit rd=P37;sbit kb=P13;sbit kx=P14;sbit A0=P36;sbit A1=P37;bit start;uchar code tab1="fre: "uchar code tab2="frx: "void delay(uchar z)uchar x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);panduan_bz() rs = 0; rw = 1; en = 1; result = (bit)(P2&0x80); en =

38、 0; return(result); void write_com(uchar com) while(panduan_bz();rs = 0;rw = 0;en = 0;P2=com;delay(5);en = 1;delay(5);en = 0;void write_dat(uchar dat) while(panduan_bz();rs = 1;rw = 0;en = 0;P2=dat;delay(5);en = 1;delay(5);en = 0;void init()uchar num;en = 0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(

39、0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(num=0;num<16;num+)write_dat(tab1num);delay(5); write_com(0x80+0x40);for(num=0;num<16;num+)write_dat(tab2num);delay(5); void init1() ird=1; id=1; TMOD=0x55; TH1=0; TL1=0;/初值為0 TH0=0; TL0=0; TR0=1; TR1=1; IE=0x8a; RCAP2H=(65536-47850)/256; /重裝載計(jì)數(shù)器賦初值RCAP

40、2L=(65536-47850)%256;ET2=1; /開定時(shí)器2中斷EA=1; /開總中斷TR2=1; void display()uchar i; fre=(T1count*65536+TH1*256+TL1); /頻率計(jì)算 temp0=fre/10000000; temp1=fre%10000000/1000000; temp2=fre%10000000%1000000%1000000/100000; temp3=fre%10000000%1000000%1000000%100000/10000; temp4=fre%10000000%1000000%1000000%100000%10

41、000/1000; temp5=fre%10000000%1000000%1000000%100000%10000%1000/100; temp6=fre%10000000%1000000%1000000%100000%10000%1000%100/10; temp7=fre%10000000%1000000%1000000%100000%10000%1000%100%10; if(fre<=999) write_com(0x80+4); for(i=0;i<8;i+) write_dat(0x30+tempi);/保存要顯示的數(shù)到顯示緩沖區(qū) write_dat('H

42、9;); write_dat('z'); write_dat(' '); write_dat(' ');else if(fre>=1000) write_com(0x80+4); for(i=0;i<8;i+) write_dat(0x30+tempi);/保存要顯示的數(shù)到顯示緩沖區(qū) if(i=4) write_dat('.'); write_dat('K'); write_dat('H'); write_dat('z');T1count=0;timecount=0; T

43、H1=0;TL1=0; TH0=0; TL0=0; /定時(shí)器0重新裝值，保證精確（不加的話只是最多差0.001s,0.1%）void display1() uchar j;float zhou;zhou=(T1count1*65536+TH0*256+TL0)*1.0549);frx=(long)(zhou)*256);temp10=frx/10000000;temp11=frx%10000000/1000000;temp12=frx%10000000%1000000%1000000/100000;temp13=frx%10000000%1000000%1000000%100000/10000;temp14=frx%10000000%1000000%1000000%100000%10000/1000;temp15=frx%10000000%1000000%1000000%100000%10000%1000/100;temp16=frx%10000000%1000000%1000000%100000%10000%1000%100/10;temp17=frx%10000000%1000000%1000000%100000%10000%1000%100%10;if(frx<=999) write_com(0x80+0x40+4); for(j=0;j