1、實驗名稱：頻率一溫度檢測姓名：萬興學號：112207202125指導老師：徐天奇基于單片機的數字頻率溫度設計本設計以 AT89S52 單片機為核心充分利用硬件資源設計的一種頻率計，該頻率計首先將被測信號放大整形處理，變成滿足單片機I/O 口接受的 TTL/ CMOS 兼容信號從單片機的 T1 輸入口輸入直接累加脈沖數， 將單片機內部定時器定時為 1S ， 這時累加的脈沖數即為被測信號的頻率。最后經單片機處理送至 lcd 液晶顯示屏顯示。1 系統概述1.1 數字頻率計概述本數字頻率計將采用定時、計數的方法測量頻率，采用一個1602A LCD顯示器動態顯示6位數。測量范圍從0Hl65535Hz（此

2、測量范圍為計數器的最大計數，可根據 實際需要進行擴展。用單片機實現自動測量功能。1.2 基本設計原理基本設計原理是直接用十進制數字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。 它以測量頻率的方法直接對正弦波、方波、三角波的頻率進行自動的測量。所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間（ 1s ）內變化的次數。若在一定時間間隔T內測得這個周期性信號的重復變化次數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，其重復頻率等于被測頻率f 。利用單片機的內部定時器作為定時時間周期，若其周期為1s,則輸入的脈沖信號持續計數時間亦準確地等于1s ，所計數的脈沖個數即為被測信號的頻率。1本次

3、設計中 對外部脈沖的占空比無特殊要求。根據頻率檢測的原理，很容易想到利用51單片機的T0、T1兩個定時/計數器，一個用來定時，另一個用來計數，兩 者均應該工作在中斷方式，一個中斷用于 1s時間的中斷處理，一個中斷用于對頻率 脈沖的計數溢出處理，（對另一個計數單元加一），此方法可以彌補計數器最多只能計 數65536（2的16次方）的不足。將計數中斷彌補計數器最高計數 65536的不足作為本 設計的擴展，故本設計最終選擇采用第一種方法并且只使用計數器的最多計數655362數字頻率計（低頻）的硬件結構設計2.1 系統硬件的構成本頻率計的數據采集系統主要元器件是單片機 AT89S52由它完成對待測信號

4、頻 率的計數、計數處理、結果顯示等功能，外部還要有信號處理、 LCD顯示器等器件。 具體可分為以下幾個模塊：放大整形模塊、單片機系統、 LCD顯示模塊。各模塊關系 圖如圖2所示：LCD顯示被測信號放大整形脈沖信號圖2系統工作原理圖2.2 AT89S52單片機及其引腳說明CWL0 匚140 VCC(T2 EX)PL 1C239PL2匚3383P0_l (ADI)PL3C437P0_2(AD2)PL4C536 P013(AD3)(M0SDPL5C635 P0J(AD4)(MISO)P1.6E7343P0J (AD5)(SCKJP1,7C832nP06(AD6)RSTC9323P0 7 (AD7)(

5、RXD>P3,0t1031 EA/VPP(TXD>P3. 1 C1130 ALE / PROG(INTO)P3.2C1229 PSEN(INTI)P3. 3匚13283 P2_7(A (T0)P3,4 匚U27 P26(A14)(T1)P3.5C1526 P2_5(A13)(WP3. 6C1625 P2_4(A12)®P3#7C1724 P2_3 (AH)XTAL2C1823 EAIO)XTAL1匚1922 P2_KA9>rAT89S52是一種高性能低功耗的采用 CMOS：藝制造的8位微控制器，它提供下列標 準特征：4K字節的程序存儲器，128字節的RAM,32條I

6、/O線，2個16位定時器/計 數器，一個5中斷源兩個優先級的中斷結構，一個雙工的串行口，片上震蕩器和時鐘 電路引腳說明： VCC電源電壓 GNDM P0: P0 口是一組8位漏極開路型雙向I/O 口，作為輸出口用時，每個引腳能驅動 8 個TTL邏輯門電路。當對0端口寫入1時，可以作為高阻抗輸入端使用。當P0 口訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，它還可設定成地址數據總線復用的形 式。在這種模式下，P0 口具有內部上拉電阻。在EPROMI程時，P0 口接收指令字節，同時輸出指令字節在程序校驗時。程序校驗 時需要外接上拉電阻。 P1: P1 口是一帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口。P1 口的輸出

7、緩沖能接受或輸 出4個TTL邏輯門電路。當對P1 口寫1時，它們被內部的上拉電阻拉升為高電平， 此時可以作為輸入端使用。當作為輸入端使用時，P1 口因為內部存在上拉電阻，所以當外部被拉低時會輸出一個低電流（IIL ）。 P2: P2是一帶有內部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P2 口的輸出緩沖能驅動4 個TTL邏輯門電路。當向P2 口寫1時，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，止匕時 可以用作輸入口。作為輸入口，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時 會輸出電流（IIL ）。 P3 口： P3是一帶有內部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P3 口的輸出緩沖能驅動4個TTL邏輯門電路。當向P

8、3 口寫1時，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，止匕 時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低 時會輸出電流（IIL ）。P3同時具有多種特殊功能，具體如下表 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 （定時器0）P3.5T1 （定時器1）P3.6（外部數據存儲器寫選通）P3.7（外部數據存儲器都選通）表1 P3 口的第二功能 RST復位輸入。當振蕩器工作時，RSFI腳出現兩個機器周期的高電平將使單片機 復位。 ALE/ :當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許是一輸

9、出脈沖，用以鎖存地址的低8位字節。當在Flash編程時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，可以用作外部時鐘或定時目的。但也要 注意，每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。 :程序存儲允許時外部程序存儲器的讀選通信號。當 AT89C5縱行外部程序存儲 器的指令時，每個機器周期 兩次有效，除了當訪問外部數據存儲器時， 將跳過兩個 信號。 /VPP:外部訪問允許。為了使單片機能夠有效的傳送外部數據存儲器從 0000H到 FFFHII元的指令， 必須同GND®連接。需要主要的是，如果加密位 1被編程，復位 時EA端會自動內部鎖存。當執行內部編程指令時

10、，應該接到VCCS。 XTAL1振蕩器反相放大器以及內部時鐘電路的輸入端。 XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端2.3信號調理及放大整形模塊2.3.1 工作原理放大整形系統包括衰減器、跟隨器、放大器、施密特觸發器。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過分壓器分壓送入后級放大器，以避免波形失真。由運算放大器構成的射級跟隨器起阻抗變換作用，使輸入阻抗提高。同相輸入的運算放大器的放大倍數為（R3+R4 /R3,改變R3的大小可以改變放大倍數。 系統的整形電路由施密特觸發器組成，整形后的方波送至單片機以便計數。由于輸入的信號幅度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對于輸入信號的

11、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，所以在設計中采用 了這個信號調理電路對輸入的波形進行阻抗變換、放大限幅和整形，信號調理部分電路具體實現電路原理圖和參數如下圖 3所示：4圖3信號處理1413筮11也-1£R6 k<<<1A1Y2A2Y2A3YGN圖中D1 D4為肖特基二極管（DIODE,本設計中選用IN4148。D5為穩壓二極管,本設計選用的穩壓二極管IN4625，其中R1、R2 R5 R6為10KQ , R4為150KQ , R3為500KQ的電位器。52.3.4 LF353雙運算放大器簡介集成電路運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻

12、和低輸出電阻的多級直接耦 合放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結構具有共同之處，圖6表示集成運放的內部電路組成原理框圖。圖中輸入級一般是由BJT、JFET或MOSFET成的差分式放大電路，利用它的對稱性可以提高整個電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個輸入端構成整個電路的反相輸入端和同相輸入端 7。電壓放大級一般由電壓 跟隨器或互補電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負載能力。偏置電路是為 各級提供合適的工作電流。此外還有一些輔助環節，如電平移動電路、過載保護電路 以及高頻補償環節等。題中用到的LF353放大器屬于用型集成運算放大，該運算放大器內部有偏移電壓 和FET輸入裝置（雙

13、向場效應管），有較大的反向擊穿電壓，因此，當大差動輸入電 壓時，可以很容易容納增加的輸入電流。圖7典型接法圖8內部結構2.4顯示模塊2.4.1 1602ALCD 與單片機的接法單片機與1602ALCD勺連接如圖9所示PO.C 也1 F0.2 P0.3DBO呵DB2DB3.P0.4 dP041 po.e二FC. 7歹P1.0匚！PL2fPL3HB4 BBSCB6EBTRSRWE圖9單片機與LCD接法1602ALCD采用標準的16腳接口，本設計具體接法如下:VSS為地電源（圖中未畫出）VDD接5V正電源（圖中未畫出）第6腳:V0為液成亞示能對生圖爨端酒葭二強曬和朋度覆,援地電源時對回朦旦告 “&q

14、uot;#,田太王小 南彭吳設計使再時通過一個10K的電位需調整取電對比度過身時空產生電影RSRW邸鏟I值號海 嵩甩孽熄布解作共同為低電平時用以寫入指令或者顯本地址, 一 1 一 _.網以M值及，當RS為窟里平¥W力低電*時可以再藜推 人人 E第使育曝，當E端由高電平跳變成低電平叱 液晶模塊玩行命令氐電干時選毯慣令寄存器。低因平時進行肯建但當，上洲RW一. RS為低電平RW為局電平時第714腳：D0D7為8位雙向數據線。第1516腳：空腳（圖中未畫出）一由HAT89S5.片機的P0P內郃溝廿拉電阻敵荏單片機與1602ALCD之間需加 上上及電阻（圖中未標由），本設計中逑捫4.7KQ的

15、電H頻率與溫度的轉換頻率0-10kHZ10-20K20-30K30-40K40=50K50-60K60-70K溫度0 c1 C2 c3 c4 c5 c6 cT1的計數原理設計中T1采用計數功能，需要注意的一個問題是，輸入的待測時鐘信號的頻率最高可以達到460800Hz;但本設計的最高頻率為計數器的最多計數65536次，顯然當所輸入的頻率大于65536Hz的時候將無法顯示，所以每當計數器 T1溢出回零時產 生中斷，中斷程序執行顯示提示錯誤信息顯示為00000Hz其程序流程圖如圖12所示。軟件工作原理將整形后的波形送至單片機的 T1計數器輸入口，打開定時器0,初始化定時器0, 將單片機的內部定時器

16、T0定時為1S,此時T1輸入口在1s內所計數到的脈沖個數即 為該信號的頻率。將該計數脈沖個數經單片機處理送至LCD顯示。附錄程序:#include <intrins.h>#include <REGX51.H>typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;typedef bit BOOL ;sbit rs = P1A0;液晶模塊接口sbit rw = P1A1；sbit ep = P1A2;delay(BYTE ms)/ 延時子程序BYTE i;while(ms-)for(i = 0; i< 250; i+

17、)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();BOOL lcd_bz()/ 測試 LCD 忙碌狀態BOOL result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result = (BOOL)(P0 & 0x80);ep = 0;return result;lcd_wcmd(BYTE cmd)/ 寫入指令數據到 LCDwhile(lcd_bz();rs = 0;rw = 0;ep = 0;_nop_();_nop_();P0 = cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

18、ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;extern void lcd_pos(BYTE pos)/ 設定顯示位置lcd_wcmd(pos | 0x80);extern void lcd_wdat(BYTE dat)/ 寫入字符顯示數據到 LCDwhile(lcd_bz();rs = 1;rw = 0;ep = 0;P0 = dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;extern void lcd_init()/LCD 初

19、始化設定lcd_wcmd(0x38);delay(1);5*7/ 8 位數據接口， 2 行顯示，lcd_wcmd(0x0c);delay(1);lcd_wcmd(0x06);delay(1);lcd_wcmd(0x01);delay(1);#include <REGX51.H>/typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;typedef bit BOOL ;/extern void lcd_init();extern void lcd_wdat(BYTE dat);extern void lcd_pos(BYTE pos);/void main()lcd_init();P0=0XFF;