基于51單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘 要 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量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種,其中電子計(jì)數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測量的重要手段之一。電子計(jì)數(shù)器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時(shí)間內(nèi)測量被測信號的脈沖個(gè)數(shù)；二是間接測頻法，如周期測頻法。直接測頻法適用于高頻信號的頻率測量，間接測頻法適用于低頻信號的頻率測量。本文闡述了基于通用集成電路設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的數(shù)字頻率計(jì)的過程。關(guān)鍵詞：頻率，信號，周期AbstractIn

2、 electronic technology,the frequency is the most basic one of the parameters,andwith a number of electrical parameters of the measurement program,measurement more important,There are several ways of mesuring frequency,in which electronic counter the frequency with high precision,easy to use ,quick m

3、easurements,and is easy to realize the advatages of automaion of measurement process is an important means of frequency measurement.Electronic Counter Frequency Measurement There are two ways:First,the directfrequency measurement method,thatis,the gate in a certain period of time measured the number

4、 of measured signal pulse;2is indirect frequency measurement method,such as cycle frequency measurement method.Direct frequency measurement method for high-frequency signals offrequency measurement,indirect frequency measurement method for low-frequency signald of frequency measurement.In this paper

5、,based on a commom integrated circuit design of a simple digital frequency meter process. Key words:frequency,signal,period 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目目 錄錄摘要.一、引言（一）數(shù)字頻率計(jì)概述.1（二）問題提出.1（三）設(shè)計(jì)思想.1二、方案論證與比較（一）方案選擇.21、總體方案比較.22、測頻方案比較.2（二）測頻原理.2三、數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)（一）數(shù)字頻率計(jì)原理.41、數(shù)字頻率計(jì)的基本組成.42、數(shù)字頻率計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo).5（二）數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì).51、

6、硬件電路設(shè)計(jì).52、軟件的設(shè)計(jì).73、軟件仿真.9四、基本元器件的闡述（一）AT89S52 簡介 .91、主要功能特性.102、引腳功能.11精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（二）555 定時(shí)器 .111、555 定時(shí)器及其應(yīng)用 .112、施密特觸發(fā)器.12五、結(jié)束語（一）總結(jié).13致謝.14參考文獻(xiàn).15附錄.16精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)一、引言 （一）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，方波信號以及其他各種單位時(shí)間變化的物理量。由于其

7、使用十進(jìn)制顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到頻率計(jì)。（二）問題提出中國電子測量儀器，隨著世界高科技發(fā)展的潮流，走進(jìn)了高科技發(fā)展的道路，在若干重大領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，為我國電子測量儀器走向世界水平奠定了良好的基礎(chǔ)。在數(shù)字化時(shí)代，研究員和其他工作人員對基礎(chǔ)測量儀器的要求越來越高，作為基礎(chǔ)測量儀器之一的頻率計(jì)必將有新的發(fā)展。于是測量儀技術(shù)指標(biāo)上不斷提高，如測頻精度高、抗干擾能力強(qiáng)等。以滿足不同層次用戶的測試要求。近幾年，數(shù)字化儀器在迅速發(fā)展，我國也在不斷研究推出各種新型數(shù)字化儀器，以適應(yīng)當(dāng)今科技發(fā)展。在電子領(lǐng)域中，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測技術(shù)的日益革

8、新。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價(jià)格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機(jī)到音響汽車等等，處處可見。因此，可以說單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎梢詫Χ喾N物理量進(jìn)行測試，比如機(jī)械振動的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(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。數(shù)字頻率計(jì)作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的一般可以完全由硬件電路搭接而成，如采用基于 555 定時(shí)器電路的多功能數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

9、便是可取的路徑之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在一些缺點(diǎn)，且測頻精度也不如單片機(jī)的高。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動等領(lǐng)域常常要用到頻率計(jì)。利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)頻率計(jì)，其測頻精度高。且線路相對簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，系統(tǒng)穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級。（三）設(shè)計(jì)思想利用施密特觸發(fā)器將邊緣緩慢變化的周期性信號如正弦波、三角波或任意形狀的模擬信號變換成同頻率的矩形脈沖。通過 MCS-51 系列單片機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)數(shù)器測量某段時(shí)間內(nèi)的外加脈沖數(shù)，經(jīng)過處理并通過數(shù)碼管直接顯示出所加信

10、號的頻率。單片機(jī)內(nèi)部的 T0用來定時(shí)，T1用來計(jì)數(shù)（下降沿觸發(fā)）。當(dāng)來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖則計(jì)數(shù)一次。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)在 T0開始定時(shí)的同時(shí)，T1開始計(jì)數(shù)；T0定時(shí) 1s 時(shí)間到時(shí)，T1停止計(jì)數(shù)。方框圖如圖 1.1所示。 圖 1.1二、方案論證與比較（一）方案選擇1、總體方案比較方案一：采用數(shù)字邏輯電路制作，用 IC 拼湊焊接實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是直接用現(xiàn)成的 IC組合而成，簡單方便，但由于使用的器件較多，連線復(fù)雜，體積大，功耗大，焊點(diǎn)和線路較多將使成品穩(wěn)定度與精確度大打折扣。方案二：采用復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）制作，利用 EDA 軟件編程，下載燒制實(shí)現(xiàn)。將所有器件集成在一塊芯

11、片上，體積大大減小的同時(shí)還提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA 軟件仿真，調(diào)試，每個(gè)設(shè)計(jì)人員都可以利用軟件代碼，提高開發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。易于進(jìn)行功能擴(kuò)展，可以利用頻率計(jì)的核心技術(shù)，改造成其它產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)方法靈活，調(diào)試方便，修改容易。比較以上兩種方案，易見采用后者更優(yōu)。2、測頻方案比較方案一：完全按定義式 F=N/T 進(jìn)行測量。在門限時(shí)間 Tpr 內(nèi)，用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，獲得數(shù)值 N，頻率由于公式計(jì)算得出。此方案為傳統(tǒng)的測頻方案，其測量精度將隨被測信號頻率的下降而降低。方案二：對被信號的周期進(jìn)行測量，再利用 F=1/T 可得頻率。此方案當(dāng)被測信號的周期較短時(shí)，會使精度大大下降。方案三：等精度

12、測頻，按定義式 F=N/T 進(jìn)行測量。被測信號和標(biāo)準(zhǔn)信號，在相同門限時(shí)間 Tpr 內(nèi)，同時(shí)分別計(jì)數(shù)，而后對比得出被測信號頻率 Fx。此方案測頻精度將不會隨被測信號頻率的下降而降低；在相同的門限時(shí)間內(nèi)測量精度恒定不變。綜上所述，選用第三種測頻方案。（二）測頻原理根據(jù)前面一節(jié)所述，下面詳細(xì)介紹等精度測頻原理：為了提高測頻的精度,采用等精度測頻方法。等精度測頻的實(shí)現(xiàn)方法可以用圖 2.1 來精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)簡化說明。 圖 2.1 等精度測頻原理框圖圖 2.1 中的門控信號是可預(yù)置的寬度為 Tpr 的一個(gè)脈沖。COUNT1 和 COUNT2 是兩個(gè)可控計(jì)數(shù)器。標(biāo)準(zhǔn)頻率信號從 C

13、OUNT1 的時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入，其頻率為 Fs；經(jīng)整形后的被測信號從 COUNT2 的時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入，設(shè)實(shí)際頻率為 Fxe，被測量頻率為Fx。當(dāng)門控信號為高電平時(shí)，被測信號的上沿通過 D 觸發(fā)器的 Q 端同時(shí)啟動計(jì)數(shù)器COUNT1 和 COUNT2，對被測信號 Fx 和標(biāo)準(zhǔn)信號 Fs 同時(shí)計(jì)數(shù)。當(dāng)門控信號為低電平，隨后而至的被測信號的上沿將使這兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)關(guān)閉。設(shè)在一次門控時(shí)間 Tpr 中對被測信號計(jì)數(shù)值為 Nx，對標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的計(jì)數(shù)值為 Ns。則： （2-1）FxFs=NxNs就可以得到被測信號的頻率值為： （2-2）FsFx=NxNs誤差分析如下：在一次測量中，由于 F

14、x 計(jì)數(shù)的起停時(shí)間都是由該信號的上升沿觸發(fā)的，在 Tpr 時(shí)間內(nèi)對 Fx 的計(jì)數(shù) Nx 無誤差；在此時(shí)間內(nèi) Fs 的計(jì)數(shù) Ns 最多相差一個(gè)脈沖，即有，| et|1則下式成立： （2-3）FxFs=NxNs門控信號標(biāo)準(zhǔn)信號被測信號清零信號D QCOUNT1CLKEN CLK OUT1CLRCOUNT2CLKEN CLK OUT2CLR精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) （2-4）FxeFs=NxNs+ et由式（2-3） ， （2-4）得： （2-5）FsFx=NxNs （2-6）FsFxe=NxNs+ et根據(jù)相對誤差公式有： （2-7）Fxe| Fxe-Fx |=FxeFxe將（2

15、-5） ， （2-6）代入（2-7）整理得： （2-8）Fxe| et |=FxeNs又因?yàn)椋?（2-9）| et|1所以： （2-10）| et |1NsNs即有： （2-11）Fxe1| |=FxeNs其中： （2-12）Ns=Tpr Fs由以上推導(dǎo)結(jié)果可得出下面結(jié)論：1、相對測量誤差與頻率無關(guān)。2、增大 Tpr 或提高 Fs，可以增大 Ns，減少測量誤差，提高測量精度。3、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差為，由于晶體的穩(wěn)定度很高，標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差可以進(jìn)行校準(zhǔn)。FsFs4、等精度測頻方法測量精度與預(yù)置門寬度和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)，與被測信號的頻率無關(guān)。在預(yù)置門時(shí)間和常規(guī)測頻閘門時(shí)間相同而被測信號頻率不同的情況下，等精度測

16、量法的測量精度在整個(gè)測量范圍內(nèi)保持恒定不變，而常規(guī)的直接測頻法(在低頻時(shí)用測周法，高頻時(shí)用測頻法)，其精度會隨著被測信號頻率的下降而下降。三、數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)（一）數(shù)字頻率計(jì)原理精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1、數(shù)字頻率計(jì)的基本組成（1）測量控制電路，由一塊 CD4017 和一塊 74LS04 構(gòu)成，其 CP 端輸入 1s 脈沖信號，輸出 Q2 用于計(jì)數(shù)器清零，Q1 經(jīng)過一個(gè)非門用于鎖存，Q0 經(jīng)過一個(gè)非門用于計(jì)數(shù)測頻。（2）計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器以待測信號作為時(shí)鐘，清零信號 clear 到來時(shí)，異步清零：test-en 為高電平時(shí)開始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)是以十進(jìn)制數(shù)顯示，如果需要測試較高的頻率信號，

17、則將 dout 的輸出位數(shù)增加，當(dāng)然鎖存器 位數(shù)也要增加。（3）鎖存器，當(dāng) test-en 下降沿到來時(shí)，將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值鎖存，這樣可由外部的七段譯碼器譯碼并在數(shù)碼管顯示。設(shè)置鎖豐器的好處是暗淡無光的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，不會由于周期性的清零信號而不斷閃爍。鎖存器的位數(shù)應(yīng)跟計(jì)數(shù)器完全一增。（4）電源電路，5V 穩(wěn)壓輸出供數(shù)字電路使用。工作原理：數(shù)字頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制數(shù)字來暗淡顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它不僅可以測量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號和其他具有周期特性的信號的頻率，而且還可以測量它們的周期。數(shù)字頻率計(jì)由一個(gè) 1 秒鐘脈沖產(chǎn)生電路、一個(gè)測量控制電路、一個(gè)計(jì)數(shù)器、一個(gè)鎖存器和電源電路組成。

18、數(shù)字頻率計(jì)是測 1 秒鐘脈沖產(chǎn)生電路。設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)一個(gè)測頻率控制信號發(fā)生器，產(chǎn)生測量頻率的控制時(shí)序。控制時(shí)鐘信號取為 1Hz，2 分頻后即可產(chǎn)生一個(gè)脈寬為 1 秒的時(shí)鐘 test-en，以此作為計(jì)數(shù)閘門信號。當(dāng) test-en 為高電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)；當(dāng) test-en 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)鎖存信號，將計(jì)數(shù)值保存起來；鎖存數(shù)據(jù)后，還要在下次 test-en 上升沿到來之前產(chǎn)生零信號 clear，將計(jì)數(shù)器清零，為下次計(jì)數(shù)作準(zhǔn)備。2、數(shù)字頻率計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)（1）頻率準(zhǔn)確度一般用相對誤差來表示，即（+）式中，為量化誤xxffxTf1ccffxTf1NNN1差（即1 個(gè)字誤差

19、） ，是數(shù)字儀器所特有的誤差，當(dāng)閘門時(shí)間 T 選定后，越低，量化xf誤差越大；為閘門時(shí)間相對誤差，主要由時(shí)基電路標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度決定，ccffTT。ccffxTf1（2）頻率測量范圍在輸入電壓符合規(guī)定要求值時(shí)，能夠正常進(jìn)行測量的頻率區(qū)間稱為頻率測量范圍。頻率測量范圍主要由放大整形電路的頻率響應(yīng)起決定。（3）數(shù)字顯示位數(shù)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)頻率計(jì)的數(shù)字顯示位數(shù)決定了頻率計(jì)的分辨率。位數(shù)越多，分辨率越高。（4）測量時(shí)間頻率計(jì)完成一次測量所需要的時(shí)間，包括準(zhǔn)備、計(jì)數(shù)、鎖存和復(fù)位時(shí)間。（二）數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)1、硬件電路設(shè)計(jì)（1）計(jì)數(shù)脈沖形成電路：用 555 定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器

20、對外加的周期波進(jìn)行變換，使之輸出為矩形脈沖。如圖 3.1 所示圖 3.1 計(jì)數(shù)脈沖形成電路（2）計(jì)數(shù)顯示電路主要包括：a、由 ATMEL 公司生產(chǎn)、晶振頻率為 12MHZ 的 8051 單片機(jī)。通過軟件編程使它內(nèi)部的定時(shí)器 T0定時(shí)，T1對外部的所加脈沖計(jì)數(shù)。然后把測量結(jié)果值通過 P0口輸出。b、用 4 位七段共陰極數(shù)碼管動態(tài)掃描方式顯示。多周期同步測量法的基本思路是使被測信號與閘門之間實(shí)現(xiàn)同步化，從而從根本上消除了在閘門時(shí)間內(nèi)對被測信號進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)的1 量化誤差，使測量精度大大提高。倒數(shù)計(jì)數(shù)器就是基于該方法而設(shè)計(jì)出來的一種具有創(chuàng)新思想的測頻、測周期的儀器。它采用多周期同步測量法，即測量輸入多個(gè)

21、（整數(shù)個(gè)）周期值，再進(jìn)行倒數(shù)運(yùn)算而求得頻率。其優(yōu)點(diǎn)是：可在整個(gè)測頻范圍內(nèi)獲得同樣高的測試精度和分辨率。（3）系統(tǒng)級方案設(shè)計(jì)在選擇多周期同步等精度測量法的情況下，按照自頂向下的設(shè)計(jì)方法，可以畫出該頻率計(jì)的系統(tǒng)級框圖，如圖 3.2 所示。根據(jù)測周期、頻率的原理，可以將總體框圖分為三個(gè)子系統(tǒng)：輸入通道（即前置整形電路）該部分主要由模擬電路組成的；多周期同步等精度頻率、周期的測量、控制及功能切換（中間部分） ，該部分基本上由數(shù)字硬件電路組成；單片機(jī)及外圍電路，包括單片機(jī)、數(shù)碼顯示。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3.2 頻率計(jì)的系統(tǒng)方框（4）子系統(tǒng)設(shè)計(jì)a輸入通道的設(shè)計(jì)。輸入通道是由前置放

22、大器和整形器組成的，所以要對前置放大器的增益和帶寬指標(biāo)進(jìn)行估計(jì)。為了能準(zhǔn)確測量信號，將輸入信號經(jīng)過一個(gè)放大整形電路。其具體實(shí)施方案為：將輸入信號經(jīng)過 LM358 運(yùn)放放大，再通過 74LS132 整形，此時(shí)的信號還不能直接送入單片機(jī)，這是因?yàn)樵谟布?CPU 對 INT0 和 INT1 引腳的信號不能控制，解決這個(gè)問題要通過硬件，再配合軟件來解決。b預(yù)置閘門時(shí)間發(fā)生電路設(shè)計(jì)。閘門時(shí)間的確定，可以先由一個(gè) 555 定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，將 555 產(chǎn)生的脈沖信號送入到 74LS90 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器當(dāng)中，由于 74LS90 具有二-五進(jìn)制混合計(jì)數(shù)的功能，所以可以用它來實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制計(jì)數(shù)，將 74LS9

23、0 的輸出接到38 線譯碼器 74LS138 的輸入端，再將譯碼器的輸出端接上五個(gè)發(fā)光二極管，這樣就可以實(shí)現(xiàn)硬件上的閘門時(shí)間控制。但是考慮到硬件實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜性，可以通過軟件上來實(shí)現(xiàn)，就是將五個(gè)發(fā)光二極管直接接到單片機(jī)的 P1 口由軟件上來實(shí)現(xiàn)，通過按鍵來改變它的閘門時(shí)間。c數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)。該部分電路是由單向八位移位寄存器 74LS164 和數(shù)碼管組成的?？紤]到精度的問題，取五位計(jì)數(shù)值，采用五片 74LS164 級聯(lián)，同時(shí)還要顯示頻率和周期的單位，所以還需再級聯(lián)一塊 74LS164，在 74LS164 的輸出端接六個(gè)單位指示燈，分別表示周期頻率的三個(gè)不同的單位數(shù)量級，即周期單位 s，ms，s

24、 和頻率單位Hz，KHz 及 MHz。移位寄存器的時(shí)鐘信號是由單片機(jī)的串行輸出口 TXD 腳控制。2、軟件的設(shè)計(jì)（1）軟件主程序流程圖(見圖 3.3）精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3.3 軟件主程序流程（2）子程序的設(shè)計(jì)a鍵盤中斷服務(wù)子程序。因該頻率計(jì)的測量項(xiàng)目較多，所以在系統(tǒng)初始化時(shí)，將默認(rèn)測量項(xiàng)目設(shè)置為測頻，且預(yù)置閘門時(shí)間設(shè)置為 1ms。具體做法就是在主程序的系統(tǒng)初始化部分，將測頻選擇鍵的鍵值以及預(yù)置閘門時(shí)間設(shè)置代碼寫入單片機(jī) RAM 單元中去。這樣開機(jī)后即使用戶沒有選擇任何測量項(xiàng)目鍵，也能進(jìn)行頻率測量。b軟件計(jì)數(shù)器子程序。該頻率計(jì)所需要的不同閘門預(yù)置時(shí)間信號是由單片機(jī)產(chǎn)生

25、的。由于預(yù)置閘門時(shí)間的范圍很寬，最大值為 10s，最小值為 1ms，僅用單片機(jī)中的定時(shí)器硬件是不能實(shí)現(xiàn)的，需采用軟硬件相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)。其具體實(shí)現(xiàn)方案為將 C/T0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為由引腳高電平啟動的方式 1 定時(shí)器 T0，初始化將其初值設(shè)為 0.該計(jì)數(shù)器的啟動過程如下：主程序首先將單片機(jī) P1.6 腳置為高電平（邏輯 1）發(fā)出預(yù)置閘門信號，該信號經(jīng)同步電路而產(chǎn)生高電平的同步門信號，從而使單片機(jī)引腳變?yōu)楦唠娖剑珻/T0 定時(shí)器中的計(jì)數(shù)器就被啟動開始計(jì)數(shù)。c數(shù)據(jù)處理子程序。當(dāng)事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值 NA，NB 被讀到單片機(jī)中后，通過調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序，根據(jù)過去讀入并保存在單片機(jī) R

26、AM 單元中的測量項(xiàng)目的鍵值，預(yù)置閘門值代碼，判斷出所要測量的參數(shù)項(xiàng)目，對計(jì)數(shù)值 NA，NB 進(jìn)行相應(yīng)的處理，求出所測參數(shù)的值和單位，最后應(yīng)將參數(shù)值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換為驅(qū)動 LED 數(shù)碼顯示器的段碼（每位包含 5 個(gè)數(shù)字段碼和 1 個(gè)小數(shù)點(diǎn)）以及驅(qū)動三個(gè)單位符號指示燈之一的位碼，作為顯示子程序的輸入數(shù)據(jù)，存放在 9 個(gè) RAM 單元組成的顯示緩沖區(qū)中。對計(jì)數(shù)值 NA，NB 的處理運(yùn)算要用到除法和乘法，為了提高運(yùn)算精度，應(yīng)當(dāng)采用浮點(diǎn)運(yùn)算。顯然，采用 C 語言來編寫這些運(yùn)算程序可大大提高編程效率。（3）設(shè)計(jì)總原理圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 3.4 原理圖3、軟件仿真 圖 3

27、.5 仿真圖四、基本元器件的闡述精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)（一）AT89S52 簡介 AT89S52 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)

28、：40 個(gè)引腳（引腳圖中圖 4.1 所示），4k Bytes Flsh 片內(nèi)程序儲器，128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5 個(gè)中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、TQFP

29、和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 圖 4.1 管腳圖1、主要功能特性 兼容 MCS-51 指令系統(tǒng) 32 個(gè)雙向 I/O 口 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 全雙工 UART 串行中斷口線 2 個(gè)外部中斷源 中斷喚醒省電模式 看門狗（WDT）電路 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 4k 可反復(fù)擦寫 ISP Flash ROM 4.5-5.5V 工作電壓精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 時(shí)鐘頻率 0-33MHz 128x8bit 內(nèi)部 RAM 低功耗空閑和省電模式 3 級加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針2、引腳功能VCC（40）：5V； GND（2

30、0）：接地； P0 口（3932）：P0 口為 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每引腳可吸收 8 個(gè) TTL 門電流； P1 口（18）：P1 口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收和輸出 4 個(gè) TTL 門電流； P2 口（2128）：P2 口為內(nèi)部上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收和輸出 4 個(gè) TTL 門電流； P3 口（1017）：P3 口是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向 I/O 口，可接收和輸出 4 個(gè)TTL 門電流，P3 口也可作為 AT89C51 的特殊功能口； RST（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持 RST 引腳

31、 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間； ALE/PROG（30）：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，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，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的，要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過 1 個(gè) ALE 脈沖； PSEN（29）：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(gè)機(jī)器周期 2 次 PSEN 有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這 2 次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)； EA/VPP（31）：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，外部程序存

32、儲器地址為（0000HFFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲器。FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP）； XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入；XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。（二）555 定時(shí)器1、555 定時(shí)器及其應(yīng)用555 定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插 8 腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。參數(shù)名稱符號單位參數(shù)精

33、選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)電源電壓VCCV516電源電流ICCmA10閾值電壓VTHVVCC32觸發(fā)電壓VTRVVCC31輸出低電平VOLV1輸出高電平VOHV13.3最大輸出電流IOMAXmA200最高振蕩頻率fMAXKHz300時(shí)間誤差tnS5表 4.1 雙極性型 5G555 的主要性能參數(shù)集成 555 定時(shí)器有雙極性型和 CMOS 型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號的最后三位數(shù)都是 555，CMOS 型產(chǎn)品型號的最后四位數(shù)都是 7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。器件電源電壓推薦為 4512V，最大輸出電流 200mA 以內(nèi)，并能與 TTL、CMOS邏輯電平相兼容

34、。其主要參數(shù)見表 4.1。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號和管腳排列如圖 4.2 所示。(a)555 的邏輯符號(b)555 的引腳排列圖 4.22、施密特觸發(fā)器電路如圖 4.3 所示，只要將腳 2 和 6 連在一起作為信號輸入端，即得到施密特觸發(fā)器。圖 4.4 畫出了 Vs、Vi 和 Vo 的波形圖。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)設(shè)被整形變換的電壓為正弦波 Vs，其正半波通過二極管 D 同時(shí)加到 555 定時(shí)器的 2腳和 6 腳，得到的 Vi 為半波整流波型。當(dāng) Vi 上升到 2/3Vcc 時(shí)，Vo 從高電平轉(zhuǎn)換為低電平；當(dāng) Vi 下降到 1/3Vcc 時(shí)，Vo 又從低電平

35、轉(zhuǎn)換為高電平?；夭铍妷海?VVccVcc=Vcc323131圖 4.3 555 施密特觸發(fā)器 圖 4.4 555 施密特觸發(fā)器的波形圖五、結(jié)束語 （一）總結(jié)由于本人的水平有限，完不成老師出的五個(gè)題目。借鑒別人的頻率計(jì)并盡自己的最大能力完成了這個(gè)簡易數(shù)字頻率計(jì)，還好，誤差不是很大。對于精度要求不是很高的情況下，可用于測量 09999 的低頻頻率。任務(wù)艱巨啊，得加倍學(xué)習(xí)才行，才知道與別人的距離是那么的遠(yuǎn)。通過 10 來天的學(xué)習(xí)，我發(fā)現(xiàn)比以前明顯的有了一些進(jìn)步，以前只是改別人的源程序，進(jìn)步不大，現(xiàn)在自己嘗試著寫出程序，自然遇到的問題就多一些，再去解決學(xué)到的知識當(dāng)然也就多些，我會珍惜這次難得的機(jī)會，努力多學(xué)一些東西。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)致致 謝謝一個(gè)月的時(shí)間很快過去了，本篇畢業(yè)論文已經(jīng)圓滿完成。在這里首先要感謝院、系領(lǐng)導(dǎo)給予的大力支持，為我們提供了良好的設(shè)計(jì)環(huán)境和必要的測試儀器，感謝指導(dǎo)老師朱浩亮老師給予的悉心指導(dǎo)和不厭其煩的熱情幫助；特別要感謝教過我們單片機(jī)老師聶雄老師以其淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心，給我的學(xué)習(xí)、工作、生活帶