.PAGE.簡(jiǎn)易頻率計(jì)的設(shè)計(jì)中文摘要頻率測(cè)量是電子學(xué)測(cè)量中最為基本的測(cè)量之一。頻率計(jì)主要是由信號(hào)輸入和放大電路、單片機(jī)模塊、分頻模塊及顯示電路模塊組成。AT89S52單片機(jī)是頻率計(jì)的控制核心,來(lái)完成它待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù),譯碼,顯示以及對(duì)分頻比的控制。利用它內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,所制作的頻率計(jì)采用外部分頻,實(shí)現(xiàn)10Hz~2MHz的頻率測(cè)量,而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換流程。以AT89S52單片機(jī)為核心,通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器的門(mén)控時(shí)間,方便對(duì)頻率計(jì)的測(cè)量。其待測(cè)頻率值使用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示,并可以自動(dòng)切換量程,單位分別由紅、黃、綠3個(gè)LED指示。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(cè)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；量程自動(dòng)切換ThedesignofsimpleFrequencyMeasurementABSTRACTFrequencymeasurementisthemostbasicmeasurementinElectronicfield.Asimplefrequencymetermainlybythesignalinputandamplifyingcircuit,microcontrollermodule,sub-frequencycircuitmoduleanddisplaymodule.AT89S52MCUisthecontrolcorefrequencyofdollarstocompleteitscountofthesignalundertest,decoding,displayandcontrolofthefrequencydivisionratio.Usingitsinternaltimerorcountertocompletethesignaloftheundertestcycle/frequencyofmeasurement.Throughoutthedesignprocess,periodicmeasurementofthefrequencymeterapplicationandthecorrespondingmathematicaltreatmenttoachieve10Hz~2MHzfrequencymeasurements,andcanautomaticallyswitchtheflowtoachievescale.TothecoreofAT89S52microcontroller,withtheMCUinternaltimer/countergatetime,itcanbeeasierforfrequencymeasurement.Theuseofmicrocomputertechnologytodesignadigitaldisplayoffrequencymeter,haveameasurementofhighaccuracy,fastresponse,smallsizeandsoon.KEYWORD:Frequencymeter;singlechip;counter;rangeautomaticallyswitch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(cè)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)53.1AT89S52主控制器模塊53.1.1AT89S52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83.2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)103.3放大整形模塊113.4分頻設(shè)計(jì)模塊113.4.1分頻電路分析113.4.274LS161芯片介紹123.4.374LS151芯片介紹133.4.4分頻電路143.5顯示模塊143.5.1數(shù)碼管介紹153.5.2頻率值顯示電路153.5.3檔位轉(zhuǎn)換指示電路16第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)174.1軟件模塊設(shè)計(jì)174.2中斷服務(wù)子程序184.3顯示子程序194.4量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序204.5應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介204.5.1Keil簡(jiǎn)介214.5.2protues簡(jiǎn)介22第五章頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試235.1硬件調(diào)試235.1.1電源模塊調(diào)試23整形模塊調(diào)試245.1.3分頻模塊調(diào)試255.2軟件調(diào)試255.2.1Pouteus軟件調(diào)試255.2.2功能調(diào)試265.3系統(tǒng)調(diào)試275.3.1系統(tǒng)軟件調(diào)試275.3.2系統(tǒng)軟硬件調(diào)試275.4誤差分析28第六章總結(jié)23參考文獻(xiàn)24致謝25附錄1..第一章前言頻率測(cè)量是電子學(xué)測(cè)量中最為基本的測(cè)量之一。由于頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng),易于傳輸,因此可以獲得較高的測(cè)量精度。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展,頻率測(cè)量成為一項(xiàng)越來(lái)越普遍的工作,測(cè)頻原理和測(cè)頻方法的研究正受到越來(lái)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(cè)量?jī)x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?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)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(guò)程中,由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示,測(cè)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(cè)頻法測(cè)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(cè)量低頻信號(hào)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(cè)量準(zhǔn)確度高,響應(yīng)速度快,體積小等優(yōu)點(diǎn)[1]。1.2頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用在我國(guó),單片機(jī)已不是一個(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(cè)試、數(shù)據(jù)采集與信號(hào)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[2]。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(jiǎn)易的頻率計(jì)能夠粗略的測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的頻率。參數(shù)要求如下：1．測(cè)量范圍10HZ—2MHZ；2．用四位數(shù)碼管顯示測(cè)量值；3．能根據(jù)輸入信號(hào)自動(dòng)切換量程；4.可以測(cè)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(cè)頻的原理測(cè)頻的原理歸結(jié)成一句話,就是"在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)"。被測(cè)信號(hào),通過(guò)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(mén)的輸入端[3]。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(guò)基選通門(mén)去觸發(fā)主控電路,再通過(guò)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(mén)電路選通被測(cè)信號(hào)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：〔1圖1說(shuō)明了測(cè)頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。時(shí)基信號(hào)待測(cè)信號(hào)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1測(cè)頻原理在圖1中,假設(shè)時(shí)基信號(hào)為1KHZ,則用此法測(cè)得的待測(cè)信號(hào)為1KHZ×5=5KHZ。但從圖中可以看出,待測(cè)信號(hào)應(yīng)該在5.5KHZ左右,誤差約有0.5/5.5≈9.1%。這個(gè)誤差是比較大的,實(shí)際上,測(cè)量的脈沖個(gè)數(shù)的誤差會(huì)在±1之間。假設(shè)所測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)為N,則所測(cè)頻率的誤差最大為δ=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(cè)頻誤差在1‰以下,則N應(yīng)大于1000。通過(guò)計(jì)算,對(duì)1KHZ以下的信號(hào)用測(cè)頻法,反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)于或等于10S,。由此可以得出一個(gè)初步結(jié)論：測(cè)頻法適合于測(cè)高頻信號(hào)。頻率計(jì)數(shù)器嚴(yán)格地按照公式進(jìn)行測(cè)頻[4]。由于數(shù)字測(cè)量的離散性,被測(cè)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(cè)量精度將為：應(yīng)當(dāng)指出,測(cè)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(cè)信號(hào)倍頻,另一方面可增加T來(lái)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(cè)量時(shí),被測(cè)信號(hào)頻率越高,測(cè)量精度越高。2.2總體思路頻率計(jì)是我們經(jīng)常會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一,頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值就是信號(hào)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(cè)量比較高的頻率采用外部十分頻,測(cè)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)10HZ~2MHZ的頻率測(cè)量,而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換功能,四位共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)顯示測(cè)量結(jié)果,可以測(cè)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：?jiǎn)纹瑱C(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,來(lái)完成它待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù),譯碼,和顯示以及對(duì)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(cè)信號(hào)周期／頻率的測(cè)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(lái)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)锳T89C51所需外圍元件少,擴(kuò)展性強(qiáng),測(cè)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(hào)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(duì)待測(cè)信號(hào)的放大,降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度的要求。整形電路是對(duì)一些不是方波的待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào),便于測(cè)量。4、分頻模塊：考慮單片機(jī)外部計(jì)數(shù),使用12MHz時(shí)鐘時(shí),最大計(jì)數(shù)速率為500kHz,因此需要外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍,并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào),可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn),而且也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差。可用74161進(jìn)行外部十分頻。5、顯示模塊：顯示電路采用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示,為了加大數(shù)碼管的亮度,使用4個(gè)PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng),便于觀測(cè)。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所示。圖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,下面將分別給予介紹。3.1AT89S52主控制器模塊3.1.1AT89S52的介紹8位單片機(jī)是MSC-51系列產(chǎn)品升級(jí)版[5],有世界著名半導(dǎo)體公司ATMEL在購(gòu)買(mǎi)MSC-51設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后,利用自身優(yōu)勢(shì)技術(shù)——〔掉電不丟數(shù)據(jù)閃存生產(chǎn)技術(shù)對(duì)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(guò)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(mén)狗和斷電保護(hù)。可以在4V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)并口下載,簡(jiǎn)單的數(shù)字芯片就可以制成下載線,僅僅幾塊錢(qián)的價(jià)格讓該型號(hào)單片機(jī)暢銷(xiāo)10年不衰。根據(jù)不同場(chǎng)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所示。圖3AT89S52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4和手動(dòng)復(fù)位〔圖5。圖4上電復(fù)位圖5手動(dòng)復(fù)位有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)程序跑飛的情況,在程序開(kāi)發(fā)過(guò)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運(yùn)行,也有可以實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)采樣率,從而實(shí)現(xiàn)更多的功能[6]。但是告訴對(duì)系統(tǒng)要求較高,而且功耗大,運(yùn)行環(huán)境苛刻。考慮到單片機(jī)本身用在控制,并非高速信號(hào)采樣處理,所以選取合適的頻率即可。合適頻率的晶振對(duì)于選頻信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)確度都有好處,本次設(shè)計(jì)選取12.000M無(wú)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6所示。圖6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(kāi)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(duì)P0端口寫(xiě)"1”時(shí),引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(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(lái)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[7]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(duì)P1端口寫(xiě)"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口功能表1P1口的第二種功能說(shuō)明表引腳號(hào)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(hào)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(duì)P2端口寫(xiě)"1”P(pán)3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(duì)P3端口寫(xiě)"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AT89C51特殊功能〔第二功能使用,P3口功能表2P3口的第二種功能說(shuō)明表引腳號(hào)第二功能P3.0RXD〔串行輸入P3.1TXD<串行輸出>P3.2〔外部中斷0P3.3〔外部中斷1P3.4T0<定時(shí)器0外部輸入>P3.5T1<定時(shí)器1外部輸入>P3.6<外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通>P3.7<外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)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。看門(mén)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(wú)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)的引腳分配如表3所示。表3單片機(jī)端口分配表模塊端口功能顯示模塊數(shù)碼管頻率值顯示LED單位顯示分頻模塊通道選擇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[8],基本框圖如圖7所示。圖7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8整流電路〔3濾波電路：各濾波電路C滿足 RL-C=〔3~5T/2,式中T為輸入交流信號(hào)周期,RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。圖9濾波電路<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(guò)調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來(lái)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(chǎng)合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負(fù)反饋的原理來(lái)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(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少[9],電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路,使用起來(lái)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10所示。圖105V直流電源電路3.3放大整形模塊由于輸入的信號(hào)可以是正弦波,三角波。而后面的閘門(mén)或計(jì)數(shù)電路要求被測(cè)信號(hào)為矩形波,所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測(cè)量的時(shí)候,首先通過(guò)整形電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(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱的情況。所以在通過(guò)整形之前通過(guò)放大衰減處理。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較大時(shí),通過(guò)輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較小時(shí),前級(jí)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(cè)信號(hào)得以放大[10]。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3DG100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(hào)如正弦波、三角波及方波等波形進(jìn)行放大。與非門(mén)74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器,它對(duì)放大器的輸出波形信號(hào)進(jìn)行整形,使之成為矩形脈沖[11]。具體放大整形電路如圖11所示。圖11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(cè)量范圍,并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率和周期測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào),可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn),而且也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差。可用74161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AT89S51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(cè)信號(hào)周期／頻率的測(cè)量。單片機(jī)AT89S51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(lái)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(cè)時(shí)間間隔內(nèi),每來(lái)一個(gè)機(jī)器周期,計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1〔使用12MHz時(shí)鐘時(shí),每1μs加1,這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來(lái)測(cè)量時(shí)間間隔。在計(jì)數(shù)器工作方式下,加至外部引腳的待測(cè)信號(hào)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(mén)的控制下可以用來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)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(cè)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1／24〔使用12MHz時(shí)鐘時(shí),最大計(jì)數(shù)速率為500kHz,因此采用74LS161進(jìn)行外部十分頻使測(cè)頻范圍達(dá)到2MHz。為了測(cè)量提高精度,當(dāng)被測(cè)信號(hào)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(cè)得頻率值；當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值較高時(shí)采用外部十分頻后再計(jì)數(shù)測(cè)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(jiǎn)單測(cè)得被測(cè)信號(hào)是高頻信號(hào)還是低頻信號(hào),然后根據(jù)信號(hào)頻率值的高低進(jìn)行通道的相應(yīng)導(dǎo)通,繼而測(cè)得相應(yīng)頻率值。3.4.274LS161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[12],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12所示。圖1274LS161引腳圖時(shí)鐘CP和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0~P3,清零/MR,使能CEP,CET,置數(shù)PE,數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3,以及進(jìn)位輸出TC<TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET>。表4為74161的功能表。表474161的功能表清零RD預(yù)置LD使能EPET時(shí)鐘CP預(yù)置數(shù)據(jù)輸入ABCD輸出Q0Q1Q2Q3L××××××××LLLLHL××上升沿ABCDABCDHHL××××××保持HH×L×××××保持HHHH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(jí)聯(lián)提供了方便。計(jì)數(shù)過(guò)程中,首先加入一清零信號(hào)RD＝0,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(hào)LD＝0,即信號(hào)需要維持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的正跳變到來(lái)后。在這個(gè)置數(shù)信號(hào)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)數(shù)狀態(tài)。一直到EP=0,ET＝1,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(hào)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=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。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)制分頻器。3.4.374LS151芯片介紹數(shù)據(jù)選擇端〔ABC按二進(jìn)制譯碼,以從8個(gè)數(shù)據(jù)〔D0-D7中選取1個(gè)所需的數(shù)據(jù)。只有在選通端STROBE為低電平時(shí)才可選擇數(shù)據(jù)。74LS151有互補(bǔ)輸出端〔Y、W,Y輸出原碼,W輸出反碼[13]。74LS151引腳如圖13所示。圖1374151管腳圖74LS151的功能如下表所示。其中A、B、C

為選擇輸入端,D0-D7為

數(shù)據(jù)輸入端,STROBE

為選通輸入端〔低電平有效,W為反碼數(shù)據(jù)輸出端,Y為數(shù)據(jù)輸出端。表574151功能表3.4.4分頻電路根據(jù)以上分析,采用74LS161和74LS151設(shè)計(jì)分頻電路如圖14所示。圖15分頻電路原理圖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(yáng)極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示頻率計(jì)被測(cè)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(cè)量。量程轉(zhuǎn)換指示電路由紅、黃、綠三個(gè)LED分別指示Hz、KHz及MHz檔,使讀數(shù)簡(jiǎn)單可觀。3.5.1數(shù)碼管介紹常見(jiàn)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(yáng)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(lèi)型[14].兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理如圖16所示。圖16兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖LED數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類(lèi)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1～2mA,最大極限電流也只有10～30mA,所以它的輸入端在5V電源或高于TTL高電平<3.5V>的電路信號(hào)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)不加三極管驅(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(cè)量與調(diào)試。因此加入三極管8550進(jìn)行驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。使用4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(yáng)極數(shù)碼管則需要4個(gè)三極管驅(qū)動(dòng),為了節(jié)約成本,因此選用共陽(yáng)極數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示,具體數(shù)碼管設(shè)計(jì)電路如圖17所示。圖17數(shù)碼管顯示電路3.5.3檔位轉(zhuǎn)換指示電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求,采用紅、黃、綠三個(gè)LED分別指示Hz、KHz及MHz檔,根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率值大小,可以自動(dòng)切換量程單位,無(wú)需手動(dòng)切換,便于測(cè)量和讀數(shù),簡(jiǎn)單方便。具體設(shè)計(jì)的檔位轉(zhuǎn)換LED指示電路如圖18所示。圖18LED檔位指示電路第四章系統(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(hào)頻率測(cè)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19所示。頻率計(jì)開(kāi)始工作或者完成一次頻率測(cè)量,系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)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(lái)測(cè)量信號(hào)頻率[15]。圖19系統(tǒng)軟件流程總圖首先定時(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(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門(mén)由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn),從計(jì)數(shù)閘門(mén)的最小值〔即測(cè)量頻率的高量程開(kāi)始測(cè)量,計(jì)數(shù)閘門(mén)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(guò)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(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求,測(cè)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(mén)的寬度擴(kuò)大10倍,重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù),直到滿足測(cè)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(cè)信號(hào)的上跳沿到來(lái)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(hào)的下跳沿到來(lái),運(yùn)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(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí),定時(shí)／計(jì)數(shù)器可以對(duì)被測(cè)信號(hào)直接計(jì)數(shù),當(dāng)被測(cè)信號(hào)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(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù),加大測(cè)量的精度和范圍。4.2中斷服務(wù)子程序T0中斷服務(wù)子程序流程如圖20所示。測(cè)頻時(shí),定時(shí)器T0工作在定時(shí)方式,每次定時(shí)50mS,則T0中斷20次正好為1秒,即T0用來(lái)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào),定時(shí)器T0用作計(jì)數(shù)器,對(duì)待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù),每秒鐘的開(kāi)始啟動(dòng)T0,每秒鐘的結(jié)束關(guān)閉T0,則定時(shí)器T0之值乘以分頻系數(shù)就為待測(cè)信號(hào)的頻率。圖20T0中斷服務(wù)子程序定時(shí)／計(jì)數(shù)器T1工作在計(jì)數(shù)方式,對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)器1中斷流程圖如圖21所示。圖21計(jì)數(shù)器1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(lái),由于所有4位數(shù)碼管的8根段選線并聯(lián)在一起由單片機(jī)的P2口控制,因此,在每一瞬間4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。逐位輪流點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管,每位保持1mS,在10mS～20mS之內(nèi)再點(diǎn)亮一次,重復(fù)不止,利用人的視角暫留,好像4位數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。數(shù)碼管顯示子程序流程如圖22所示。圖22顯示子程序流程圖4.4量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量時(shí),外部的待測(cè)信號(hào)通過(guò)頻率計(jì)的預(yù)處理電路變成寬度等于待測(cè)信號(hào)周期的方波,該方波同樣加至定時(shí)／計(jì)數(shù)器的輸入腳〔P3.5。工作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(dòng)定時(shí)／計(jì)數(shù)器對(duì)單片機(jī)的機(jī)器周期的計(jì)數(shù),同時(shí)檢測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)。由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果,根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷,進(jìn)行頻率計(jì)比較后,進(jìn)行檔位的自動(dòng)切換,具體檔位自動(dòng)切換流程圖如圖23所示。圖23量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序4.5應(yīng)用軟件簡(jiǎn)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。4.5.1Keil簡(jiǎn)介Keil軟件是目前最流行開(kāi)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(kù)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(kāi)發(fā)方案,通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)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(méi)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(yǔ)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(guò)程和結(jié)果。對(duì)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[16]。〔1建立工程文件點(diǎn)擊"Project->Newproject"菜單,出現(xiàn)一個(gè)對(duì)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(duì)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"T〔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(kāi)發(fā)環(huán)境中選擇菜單"File→New..."、單擊對(duì)應(yīng)的工具按鈕或者快捷鍵Ctrl+N將打開(kāi)一個(gè)新的文本編輯窗口,完成匯編語(yǔ)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(kāi)發(fā)環(huán)境中選擇菜單"File→SaveAs..."可以完成文件的第一次存儲(chǔ)。注意,匯編語(yǔ)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(duì)匯編語(yǔ)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"File→Save"、單擊對(duì)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(yǔ)言源文件加入工程之中。選擇工程管理器窗口的子目"SourceGroup1”,再單擊鼠標(biāo)右鍵打開(kāi)快捷菜單。在快捷菜單中選擇"AddFiletoGroup‘SourceGroup1’",加入文件對(duì)話框被打開(kāi)。在這個(gè)對(duì)話框的"查找范圍〔I"下拉列表框中選擇存儲(chǔ)匯編語(yǔ)言源文件的文件夾,在"文件類(lèi)型〔T"下拉列表框選擇"AsmSourcefile〔*.a*；*.src",這時(shí)存儲(chǔ)的匯編語(yǔ)言源文件將顯示出來(lái)。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(yǔ)言源文件加入工程。文件加入以后,加入文件對(duì)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(duì)話框。這時(shí)工程管理窗口的文件選項(xiàng)卡中子目錄"SourceGroup1”〔3編譯源程序,出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí),返回上一級(jí)對(duì)錯(cuò)誤更改后重新編譯,直到?jīng)]有錯(cuò)誤為止。4.5.2protues簡(jiǎn)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(yǔ)言的集成開(kāi)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[17]。Protues能夠很方便的和KEIL、MatlabIDE等編譯模擬軟件結(jié)合。Proteus提供了大量的元件庫(kù)有RAM,ROM,鍵盤(pán),馬達(dá),LED,LCD,AD/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(lái)使用。〔1首先將keil和Protues兩個(gè)軟件安裝好。〔2然后在C：\ProgramFiles\LabcenterEletronics\Protues6Professional\MODELS<我的Protues是安裝C盤(pán)里面的>目錄下的VDM51.DLL動(dòng)態(tài)連接庫(kù)文件復(fù)制到C:KEIL\C51\BIN目錄下面〔我的keil也安裝在C盤(pán)這個(gè)文件將在keil的debug設(shè)置時(shí)用到。〔3打開(kāi)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(kāi)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(shì),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(shì)明顯,不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器和元器件缺乏帶來(lái)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(guò)修改程序,使頻率計(jì)功能完善,提高頻率計(jì)的測(cè)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(wàn)用表和示波器測(cè)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(wàn)用表測(cè)得電壓為5.01V,證明電路基本正常工作。具體實(shí)物圖如圖24所示。圖245V電源實(shí)物圖同時(shí),使用數(shù)字示波器測(cè)量輸出電壓波形,看有無(wú)較大的紋波,經(jīng)測(cè)量觀察,基本上不存在紋波,沒(méi)有太大的干擾,電壓電路工作正常,示波器測(cè)的輸出波形如圖24所示。圖245V輸出波形5.1.2整形模塊調(diào)試整形電路采用與非門(mén)74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器,它對(duì)正弦波、三角波等各種波形信號(hào)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25所示。選擇虛擬函數(shù)發(fā)生器輸入不同的信號(hào),同時(shí)使用數(shù)字示波器測(cè)的輸出波形,經(jīng)測(cè)試施密特觸發(fā)器可以把10Hz-2MHz的正弦波等波形整形為方波信號(hào),仿真結(jié)果如圖26所示。圖25整形電路仿真圖26整形電路輸出波形仿真搭建整形電路模塊,測(cè)試電路基本正確,使用數(shù)字示波器測(cè)得輸入輸出波形如圖27所示。圖27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10Hz-2MHz的頻率范圍,使用外部分頻,搭建分頻電路,測(cè)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(hào),同時(shí)使用數(shù)字示波器測(cè)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(cè)得輸入輸出波形如圖28所示。圖28分頻電路實(shí)際輸出波形5.2軟件調(diào)試5.2.1Pouteus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29所示。圖29頻率計(jì)整體仿真圖5.2.2功能調(diào)試當(dāng)測(cè)量頻率值小于1KHz以下時(shí),數(shù)碼管顯示頻率值,并紅色LED燈亮,作為Hz檔單位指示。例如輸入信號(hào)123Hz,仿真顯示如圖30所示。圖30HZ檔頻率仿真當(dāng)測(cè)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,并黃色LED燈亮,作為KHz檔單位指示。例如輸入信號(hào)456KHz,仿真顯示如圖31所示。圖31KHZ檔頻率仿真當(dāng)測(cè)量頻率值大于1MHz時(shí),數(shù)碼管顯示頻率值,并綠色LED燈亮,作為MHz檔單位指示。例如輸入信號(hào)1.89MHz,仿真顯示如圖32所示。圖32MHZ檔頻率仿真經(jīng)上述測(cè)試,基本功能都以實(shí)現(xiàn),可以測(cè)出波形頻率值,并可以自動(dòng)切換量程單位,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(cè)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(cè)出1HZ-5MHZ的量程范圍,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(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)如下表6-8所示。表6：HZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測(cè)值〔Hz1050300450800888999測(cè)量值〔Hz10503004508008881000表7：KHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測(cè)值〔KHz1500055000125000225000425000825000925000測(cè)量值〔KHz1555125225425825925表8：MHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測(cè)信〔MHz1.1231.5581.7892.2343.3454.4565.567測(cè)量值〔MHz1.1221.5581.7882.2343.3464.4585.5685.3.2系統(tǒng)軟硬件調(diào)試軟件系統(tǒng)測(cè)試只能測(cè)試方波信號(hào),外加硬件整形電路,可以測(cè)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(guò)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。圖33頻率計(jì)實(shí)物圖為了衡量這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)的工作情況和測(cè)量精度,我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。用這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行了測(cè)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(cè)得頻率,記錄數(shù)據(jù)。實(shí)際測(cè)得頻率范圍沒(méi)有仿真結(jié)果那么高,只能稍微超過(guò)2MHz。實(shí)際記錄數(shù)據(jù)如下表9-11所示。表9：HZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測(cè)值〔Hz10.328.9268.7324.8490.6678.3978.8測(cè)量值〔Hz1029269325491678979表10：KHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測(cè)值〔KHz15.2633.2860.12161.75308.8470.7912.1測(cè)量值〔KHz15.333.360.2162.0309.0470.9912.4表11：MHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測(cè)信〔MHz1.1231.3181.7271.8051.9562.0122.889測(cè)量值〔MHz1.1231.3181.7281.8061.9572.013測(cè)不出5.4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10Hz-2MHz范圍內(nèi)測(cè)量出來(lái)的頻率基本上就是輸入信號(hào)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(zhǎng),其值相比出廠時(shí)產(chǎn)生誤差；造成測(cè)量結(jié)果沒(méi)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(lái)一定的干擾,造成信號(hào)的失真,從而導(dǎo)致測(cè)量精度下降,測(cè)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(guò)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(shí)結(jié)合到一起綜合運(yùn)用到實(shí)踐上來(lái)擴(kuò)展、彌補(bǔ)、串聯(lián)所學(xué)的知識(shí)。通過(guò)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(shí)和在控制領(lǐng)域的作用和地位。其次掌握了C語(yǔ)言的編寫(xiě)程序,學(xué)會(huì)了使用PROTUTES和KEIL的仿真來(lái)實(shí)現(xiàn),同時(shí)掌握了如何收集、查閱、應(yīng)用文獻(xiàn)資料,如何根據(jù)實(shí)際需要有選擇的閱讀書(shū)籍和正確確定系統(tǒng)所要使用的元器件的類(lèi)型。再次,在精神方面鍛煉了思想、磨練了意志。面對(duì)存在的困難首先分析問(wèn)題根據(jù)目的要求確定可實(shí)現(xiàn)的部分,定出那不準(zhǔn)的方面找同學(xué)和老師討論研究,再完善、再修改、再發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、再解決培養(yǎng)了自己的耐心、恒心及遇事不亂的精神。總之,我明白了理論和實(shí)踐之間存在的距離只有靠不斷的思考不斷的動(dòng)手才能將所學(xué)的知識(shí)真正運(yùn)用到實(shí)踐上來(lái)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我的很多方面的能力都得到了提高,尤其在單片機(jī)軟件編程方面讓我感觸頗深。我個(gè)人認(rèn)為軟件設(shè)計(jì)是個(gè)即靈活又細(xì)膩的工作,它要求耐心和細(xì)心去不斷完善,同時(shí)還需要有良好的邏輯思維能力。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力有所提高,也鞏固了所學(xué)的知識(shí),加深了對(duì)理論知識(shí)的理解,更重要的是鍛煉自己的獨(dú)立性,為我今后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。..參考文獻(xiàn)［1］鄒大挺．頻率計(jì)的設(shè)計(jì)[J].《電子產(chǎn)品世界》出版社.2006.第193期.4-7.［2］雷玉堂．光電檢測(cè)技術(shù)[M].中國(guó)計(jì)量出版社.1995.［3］季建華.智能儀表原理[M].XX教育出版社.2004.［4］王永生.電子測(cè)量學(xué)[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社.2003.［5］李華．單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].航空航天大學(xué)出版社.2006.［6］張鵬．王雪梅.單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例教程[M].海軍出版社.2007.［7］赫建國(guó)等.單片機(jī)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社.2005.［8］康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)〔模擬部分[M].高等教育出版社.1998．［9］LM7805.html.LM7805英文參考手冊(cè)[Z]［10］謝自美．電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[M].華中科技大學(xué)出版社.2006.［11］74LS00.html.74LS00英文參考手冊(cè)[Z].［12］74LS161.html.74LS161英文參考手冊(cè)[Z].［13］74LS151.html.74LS151英文參考手冊(cè)[Z].［14］康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)〔數(shù)字部分[M].高等教育出版社.1998.［15］賴麒文.8051單片機(jī)C語(yǔ)言軟件設(shè)計(jì)的藝術(shù)[M].科學(xué)出版社.2004.［16］徐波.Keil的使用技巧[J].《電子產(chǎn)品世界》出版社.2006.第224期.6-9.［17］吳清平.單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例教程[M].海軍出版社.2008.致謝在論文完成之際,我的心情萬(wàn)分激動(dòng)。從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫(xiě)編排整個(gè)過(guò)程中,我得到了許多的熱情幫助。我首先要感XX老師,本課題在選題及研究過(guò)程中得到老師的悉心指導(dǎo)。XX老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程,并為我指點(diǎn)迷津,幫助我開(kāi)拓研究思路,精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。姚老師花費(fèi)大量了的時(shí)間和心血在我的論文上,才有我今天的定稿。還有在我大學(xué)四悉心教導(dǎo)我的老師們,是你們教會(huì)我很多有用的知識(shí),特別是教會(huì)了我解決問(wèn)題思考問(wèn)題的方式和習(xí)慣,我在做論文的時(shí)候才能有自己的思想和規(guī)劃,論文工作才有了目標(biāo)和方向。在此我代表大家向所有老師表示最誠(chéng)摯的謝意。最后,感謝各位評(píng)審老師在百忙中抽出時(shí)間對(duì)論文進(jìn)行審稿、參加答辯,并對(duì)加答辯會(huì)的老師和同學(xué)表示謝意。XX20XX5月于XX學(xué)院Z如遇到技術(shù)難題,請(qǐng)聯(lián)系我！！..附錄附件1：頻率計(jì)系統(tǒng)總體原理圖附件2：電源實(shí)物圖附件3：頻率計(jì)實(shí)物圖附件3：頻率計(jì)源程序#include<reg52.h>#define Segment P2#defineslP0sbitaddr0=P1^0;//定義數(shù)據(jù)端口地址,000時(shí)16分頻,100不分頻sbitaddr1=P1^1;sbitaddr2=P1^2;sbitclear=P1^3;//計(jì)數(shù)器清零sbitledM=P1^4;//檔位led顯示sbitledK=P1^5;sbitledB=P1^6;unsignedcharcnt;//定時(shí)1s計(jì)數(shù)unsignedchard[4];//對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的各位unsignedcharlevel;//檔位unsignedinttN;//不同檔位計(jì)時(shí)值unsignedintfCnt;//脈沖下降沿次數(shù)unsignedintregCnt;//脈沖次數(shù)暫存unsignedintpCnt;//頻率顯示unsignedcharNum[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};voidDelay<unsigned int DelayTime>{ while<DelayTime-->;}voiddisp<>{ if<level==0>//B位檔 { d[3]=0; d[2]=pCnt/100; d[1]=<pCnt%100>/10; d[0]=pCnt%10; sl=0xfe;Delay<1>;Segment=Num[d[3]];Delay<300>; sl=0xfd;Delay<1>;Segment=Num[d[2]];Delay<300>; sl=0xfb;Delay<1>;Segment=Num[d[1]];Delay<300>; sl=0xf7;Delay<1>;Segment=Num[d[0]];Delay<300>; } elseif<level==1> { d[3]=pCnt/1000; d[2]=<pCnt%1000>/100; d[1]=<pCnt%100>/10; d[0]=pCnt%10; sl=0xfe;Delay<1>;Segment=Num[d[3]];Delay<300>; sl=0xfd;Delay<1>;Segment=Num[d[2]];Delay<300>; 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