基于51單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、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(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。測(cè)量頻率的方法有多種,其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻有兩種方式：一是直接測(cè)頻法，即在一定閘門時(shí)間內(nèi)測(cè)量被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)；二是間接測(cè)頻法，如周期測(cè)頻法。直接測(cè)頻法適用于高頻信號(hào)的頻率測(cè)量，間接測(cè)頻法適用于低頻信號(hào)的頻率測(cè)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(hào)，周期AbstractIn electronic technolog

2、y,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 measurements,and is ea

3、sy 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 of measured signal p

4、ulse;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,based on a commom in

5、tegrated circuit design of a simple digital frequency meter process. Key words:frequency,signal,period 目 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(cè)頻方案比較2（二）測(cè)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、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

6、、引腳功能11（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(cè)量儀器。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)量儀器，它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間變化的物理量。由于其使用十進(jìn)制顯示，測(cè)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(cè)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(cè)量儀器走向世界水平奠定了良好的基礎(chǔ)。在數(shù)

7、字化時(shí)代，研究員和其他工作人員對(duì)基礎(chǔ)測(cè)量儀器的要求越來越高，作為基礎(chǔ)測(cè)量儀器之一的頻率計(jì)必將有新的發(fā)展。于是測(cè)量儀技術(shù)指標(biāo)上不斷提高，如測(cè)頻精度高、抗干擾能力強(qiáng)等。以滿足不同層次用戶的測(cè)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(cè)技術(shù)的日益革新。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(dòng)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

8、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?，可以?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)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。 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)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(cè)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(dòng)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(cè)頻精度高。且線

9、路相對(duì)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(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。（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(hào)如正弦波、三角波或任意形狀的模擬信號(hào)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(cè)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號(hào)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。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

10、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(cè)頻方案比較方案一：完全按

11、定義式F=N/T進(jìn)行測(cè)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(cè)頻方案，其測(cè)量精度將隨被測(cè)信號(hào)頻率的下降而降低。方案二：對(duì)被信號(hào)的周期進(jìn)行測(cè)量，再利用F=1/T可得頻率。此方案當(dāng)被測(cè)信號(hào)的周期較短時(shí)，會(huì)使精度大大下降。方案三：等精度測(cè)頻，按定義式F=N/T進(jìn)行測(cè)量。被測(cè)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在相同門限時(shí)間Tpr內(nèi)，同時(shí)分別計(jì)數(shù)，而后對(duì)比得出被測(cè)信號(hào)頻率Fx。此方案測(cè)頻精度將不會(huì)隨被測(cè)信號(hào)頻率的下降而降低；在相同的門限時(shí)間內(nèi)測(cè)量精度恒定不變。綜上所述，選用第三種測(cè)頻方案。（二）測(cè)頻原理根據(jù)前面一節(jié)所述，下面詳細(xì)介紹等精度測(cè)頻原理：為了提高測(cè)頻的精度,采用等

12、精度測(cè)頻方法。等精度測(cè)頻的實(shí)現(xiàn)方法可以用圖2.1來簡化說明。 門控信號(hào)D QCOUNT1CLKEN CLK OUT1CLR標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)COUNT2CLKEN CLK OUT2CLR被測(cè)信號(hào)清零信號(hào)圖2.1 等精度測(cè)頻原理框圖圖2.1中的門控信號(hào)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(hào)從COUNT1的時(shí)鐘輸入端CLK輸入，其頻率為Fs；經(jīng)整形后的被測(cè)信號(hào)從COUNT2的時(shí)鐘輸入端CLK輸入，設(shè)實(shí)際頻率為Fxe，被測(cè)量頻率為Fx。當(dāng)門控信號(hào)為高電平時(shí)，被測(cè)信號(hào)的上沿通過D觸發(fā)器的Q端同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器COUNT1和COUNT2，對(duì)被測(cè)信號(hào)Fx和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)Fs

13、同時(shí)計(jì)數(shù)。當(dāng)門控信號(hào)為低電平，隨后而至的被測(cè)信號(hào)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(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)值為Nx，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的計(jì)數(shù)值為Ns。則： （2-1）就可以得到被測(cè)信號(hào)的頻率值為： （2-2）誤差分析如下：在一次測(cè)量中，由于Fx計(jì)數(shù)的起停時(shí)間都是由該信號(hào)的上升沿觸發(fā)的，在Tpr時(shí)間內(nèi)對(duì)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，則下式成立： （2-3） （2-4）由式（2-3），（2-4）得： （2-5） （2-6）根據(jù)相對(duì)誤差公式有： （2-7）將（2-5），（2-6）代入（2-7）整理得： （2-8）又因?yàn)椋?（2-9）所以： （2-10）

14、即有： （2-11）其中： （2-12）由以上推導(dǎo)結(jié)果可得出下面結(jié)論：1、相對(duì)測(cè)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(cè)量誤差，提高測(cè)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)。4、等精度測(cè)頻方法測(cè)量精度與預(yù)置門寬度和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)，與被測(cè)信號(hào)的頻率無關(guān)。在預(yù)置門時(shí)間和常規(guī)測(cè)頻閘門時(shí)間相同而被測(cè)信號(hào)頻率不同的情況下，等精度測(cè)量法的測(cè)量精度在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)保持恒定不變，而常規(guī)的直接測(cè)頻法(在低頻時(shí)用測(cè)周法，高頻時(shí)用測(cè)頻法)，其精度會(huì)隨著被測(cè)信號(hào)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1、數(shù)字頻率計(jì)的基本組成（1）測(cè)量控制電路，

15、由一塊CD4017和一塊74LS04構(gòu)成，其CP端輸入1s脈沖信號(hào)，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(cè)頻。（2）計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器以待測(cè)信號(hào)作為時(shí)鐘，清零信號(hào)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(cè)試較高的頻率信號(hào)，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(huì)由于周期性的清零信號(hào)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)

16、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(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。它不僅可以測(cè)量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號(hào)和其他具有周期特性的信號(hào)的頻率，而且還可以測(cè)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(cè)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。數(shù)字頻率計(jì)是測(cè)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(cè)頻率控制信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生測(cè)量頻率的控制時(shí)序?？刂茣r(shí)鐘信號(hào)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(hào)。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(hào)，將

17、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(hào)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(duì)誤差來表示，即±（+）式中，為量化誤差（即±1個(gè)字誤差），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，量化誤差越大；為閘門時(shí)間相對(duì)誤差，主要由時(shí)基電路標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度決定，。（2）頻率測(cè)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(cè)量的頻率區(qū)間稱為頻率測(cè)量范圍。頻率測(cè)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)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）

18、測(cè)量時(shí)間頻率計(jì)完成一次測(cè)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)器對(duì)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(duì)外部的所加脈沖計(jì)數(shù)。然后把測(cè)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(dòng)態(tài)掃描方式顯示。多周期同步測(cè)量法的基本思路是使被測(cè)信號(hào)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(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)的±

19、;1量化誤差，使測(cè)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(cè)頻、測(cè)周期的儀器。它采用多周期同步測(cè)量法，即測(cè)量輸入多個(gè)（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(cè)頻范圍內(nèi)獲得同樣高的測(cè)試精度和分辨率。（3）系統(tǒng)級(jí)方案設(shè)計(jì)在選擇多周期同步等精度測(cè)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(jí)框圖，如圖3.2所示。根據(jù)測(cè)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(cè)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

20、單片機(jī)、數(shù)碼顯示。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大器和整形器組成的，所以要對(duì)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(cè)量信號(hào)，將輸入信號(hào)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(hào)經(jīng)過LM358運(yùn)放放大，再通過74LS132整形，此時(shí)的信號(hào)還不能直接送入單片機(jī)，這是因?yàn)樵谟布螩PU對(duì)INT0和INT1引腳的信號(hào)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(hào)，將555產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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

21、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74LS90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(jí)聯(lián)，同時(shí)還要顯示頻率和周期的單位，所以還需再級(jí)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)

22、量級(jí)，即周期單位s，ms，s和頻率單位Hz，KHz及MHz。移位寄存器的時(shí)鐘信號(hào)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）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(cè)量項(xiàng)目較多，所以在系統(tǒng)初始化時(shí)，將默認(rèn)測(cè)量項(xiàng)目設(shè)置為測(cè)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(cè)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(cè)量項(xiàng)目鍵，也能進(jìn)行頻率測(cè)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(hào)是由單片機(jī)產(chǎn)生的。由于預(yù)置閘門時(shí)間的范圍很寬，最大

23、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(dòng)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(dòng)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(hào)，該信號(hào)經(jīng)同步電路而產(chǎn)生高電平的同步門信號(hào)，從而使單片機(jī)引腳變?yōu)楦唠娖?，C/T0定時(shí)器中的計(jì)數(shù)器就被啟動(dòng)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)RAM單元中的測(cè)量項(xiàng)目的鍵值，預(yù)置閘門值代碼，判斷出所要測(cè)量的參數(shù)項(xiàng)

24、目，對(duì)計(jì)數(shù)值NA，NB進(jìn)行相應(yīng)的處理，求出所測(cè)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(dòng)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(dòng)三個(gè)單位符號(hào)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(duì)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)總原理圖圖3.4 原理圖3、軟件仿真 圖3.5 仿真圖四、基本元器件的闡述（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（

25、In-system programmable）的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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)：40個(gè)引腳（引腳圖中圖4.1所示），4k Bytes Flsh片內(nèi)程序儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jí)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

26、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?？臻e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和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。                   

27、;    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       

28、               · 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   

29、;       · 4.5-5.5V工作電壓· 時(shí)鐘頻率0-33MHz                    · 128x8bit內(nèi)部RAM· 低功耗空閑和省電模式            &

30、#160;   · 3級(jí)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（20）：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

31、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(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于

32、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(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6，它可用作對(duì)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(chǔ)器時(shí)，將跳過1個(gè)ALE脈沖；    PSEN（29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)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(chǔ)器時(shí)，這2次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)；    EA/VPP（31）：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，外部程序存儲(chǔ)器地址為（0000HFFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。FLAS

33、H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(hào)產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)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(hào)單位參數(shù)電源電壓VCCV516電源電流ICCmA10閾值電

34、壓VTHVVCC觸發(fā)電壓VTRVVCC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(hào)的最后三位數(shù)都是555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)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。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(hào)和管腳排列如圖4.2所示。(a)555的邏輯符號(hào)(b)555的引腳排

35、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(hào)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。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又從低電平轉(zhuǎn)換為高電平?；夭铍妷海?VVccVcc=Vcc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(duì)于精度要求不是很高的情況下，可用于測(cè)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(shí)當(dāng)然也就多些，我會(huì)珍惜這次難得的機(jī)會(huì)，努力多學(xué)一些東西。致 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(cè)試儀器，感謝指導(dǎo)老師朱浩