液晶數(shù)字頻率計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 液晶數(shù)字頻率計(jì)摘 要在我們現(xiàn)在所處的信息化數(shù)字化的時(shí)代，頻率計(jì)作為一件很普通的電子器件，廣泛應(yīng)用于科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校、實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)生產(chǎn)車間等場所。研究數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，有助于頻率計(jì)功能的不斷完善、性價(jià)比的提高和實(shí)用性的加強(qiáng)。數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展趨勢是由模擬器件設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字芯片設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)。這樣的轉(zhuǎn)變使得頻率計(jì)的設(shè)計(jì)更趨于自動化、智能化。 本設(shè)計(jì)采用兩種方案設(shè)計(jì)頻率計(jì)：方案一系統(tǒng)采用可編程邏輯器件（pld）作為信號處理及系統(tǒng)控制核心，完成包括計(jì)數(shù)、門控、顯示等一系列工作。方案二采用電子計(jì)數(shù)法測量頻率。利用at89c51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0定時(shí)（定時(shí)時(shí)間為1s

2、），同時(shí)用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)外部輸入方波信號，兩者同時(shí)啟動，定時(shí)器0結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)值即為方波信號的頻率，從而實(shí)現(xiàn)20hz-10khz信號頻率的實(shí)時(shí)測量。方案三采用多周期同步測頻原理，實(shí)現(xiàn)20hz-10khz信號頻率的等精度頻率測量。用一塊復(fù)雜可編程邏輯器件cpld(complex programmable logic device)芯片epm7128slc8415完成各種時(shí)序邏輯控制、計(jì)數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)頻率測量，在maxplusii平臺上完成cpld的軟件設(shè)計(jì)、編譯、調(diào)試、仿真和下載。用at89c51單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控部件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的測試信號控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、鍵盤掃描和液晶顯示。本

3、系統(tǒng)采用屏液晶顯示，型號為mfc-g12864 。關(guān)鍵詞：頻率計(jì)， cpld，單片機(jī) ，鍵盤控制，lcd液晶顯示目 錄一、 引言二、 設(shè)計(jì)任務(wù)及具體要求三、 總體方案設(shè)計(jì)（原理）四、 具體設(shè)計(jì)過程五、 系統(tǒng)整體功能和操作過程說明六、 電路圖和pld圖七、 系統(tǒng)調(diào)試、誤差分析、測量參數(shù)確定八、 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 附：源程序一、引言 科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，數(shù)字化產(chǎn)品以其獨(dú)特的優(yōu)越性而越來越受到廣大消費(fèi)者的認(rèn)可。頻率計(jì)作為一件很普通的電子器件，廣泛應(yīng)用于科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校、實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)生產(chǎn)車間等場所，因此它的重要性和普遍性勿庸質(zhì)疑。研究數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，有助于頻率計(jì)功能的不斷完善、性價(jià)比的提高和實(shí)用性的加強(qiáng)

4、。數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展趨勢是由模擬器件設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字芯片設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)。這樣的轉(zhuǎn)變使得頻率計(jì)的設(shè)計(jì)更趨于自動化、智能化?，F(xiàn)在，單片機(jī)技術(shù)發(fā)展非常迅速，采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率計(jì)的開發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)頻率的測量，不但測量準(zhǔn)確，精度高，而且誤差也很小。在這里，我們將介紹一種簡單、實(shí)用的基于單片機(jī)at89c52的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)和制作。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及具體要求 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)（1）通過查閱相關(guān)資料，深入了液晶數(shù)字頻率計(jì)的工作原理；（2）學(xué)習(xí)可編程器件（主要功能在該器件中完成）的應(yīng)用及硬件語言；（3）學(xué)習(xí)點(diǎn)陣液晶顯示器的工作原理及使用方法；（4）復(fù)習(xí)“mcs-51單片機(jī)原理及c語言程序設(shè)計(jì)”，掌

5、握其接口擴(kuò)展包括：顯示、鍵盤等；（5）設(shè)計(jì)液晶數(shù)字頻率計(jì)的原理圖，構(gòu)建硬件平臺； （6）采用匯編或c語言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試通過； （7）制作出樣機(jī)并測試達(dá)到功能和技術(shù)指標(biāo)要求。 2、具體要求（1）技術(shù)要求：、頻率測量范圍20hz-10khz； 、液晶顯示頻率值及其單位； 、可根據(jù)按鍵操作改變顯示字符大?。?、布局合理大方；、五個(gè)功能按鍵。 （2）工作要求：、組建基于可編程器件的液晶數(shù)字頻率計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖；、根據(jù)題目要求，選擇元器件，通過理論分析和計(jì)算選擇電路參數(shù)；、根據(jù)操作功能要求，確定鍵盤控制功能；、按設(shè)計(jì)要求確定顯示合理安排格式及內(nèi)容；、編寫應(yīng)用程序并調(diào)試通過；、對系統(tǒng)進(jìn)行測試和結(jié)果分析；

6、、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯ppt。三、 總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、確定元器件封裝規(guī)格、繪制線路圖及pcb板圖，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對軟件進(jìn)行調(diào)試、測試，達(dá)到所需功能要求。按照設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，本液晶數(shù)字頻率計(jì)主要可分為三個(gè)模塊：頻率測量、鍵盤控制和液晶顯示。其中核心是頻率測量，下面我們對頻率測量模塊進(jìn)行分析，其他兩模塊在具體的方案設(shè)計(jì)中再作詳細(xì)分析。1、頻率測量方法和原理頻率計(jì)的基本原理是

7、用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)稱閘門時(shí)間為1秒。閘門時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門時(shí)間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時(shí)間越長則每測一次頻率的間隔就越長。閘門時(shí)間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。 目前頻率測量的方法是比較多的，有模擬法、數(shù)字法、直讀法、比較法、 電容充放電式 、電子計(jì)數(shù)、電橋法、諧振法、差頻法、示波法、拍頻法、李沙育圖形法、測周期法等等。作為數(shù)字電路設(shè)計(jì)，我們重點(diǎn)從電子計(jì)數(shù)法中選擇測頻方法。電子計(jì)數(shù)法是根據(jù)頻率定義進(jìn)行測量的一種方法，它是用電子計(jì)數(shù)器顯示單位時(shí)間內(nèi)通過被測信號的

8、周期個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)頻率的測量。利用電子計(jì)數(shù)式測量頻率具有精度高、測量范圍寬、顯示醒目直觀、測量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測量過程自動化等一系列優(yōu)點(diǎn)，總體上其又可分為三種：直接計(jì)數(shù)測頻法、測周法和等精度測評法。直接測頻法：此法是記錄在確定時(shí)間t內(nèi)待測信號的脈沖個(gè)數(shù)nx ，則待測頻率fx為： fx=nx/t （2-1）顯然，時(shí)間t為準(zhǔn)確值，測量的精度主要取決于計(jì)數(shù)的誤差。其特點(diǎn)在于：測量方法簡單;測量精度與待測信號頻率和門控時(shí)間有關(guān)，當(dāng)待測信號頻率較低時(shí)，誤差較大。 測周期法：此法是在待測信號的一個(gè)周期tx內(nèi)，記錄標(biāo)準(zhǔn)頻率信號變化次數(shù)ns。這種方法測出的頻率是：tx=ns*ts;fx=1/tx;（2-2） 此

9、法的特點(diǎn)是低頻檢測時(shí)精度高，但當(dāng)高頻檢測時(shí)誤差較大。等精度測頻法：前兩種測頻方法的計(jì)數(shù)值會不可避免的產(chǎn)生+/-1個(gè)字的誤差，并且測試精度與計(jì)數(shù)器中記錄的數(shù)值nx或ns有關(guān)。為了保證測試精度，一般對于低頻信號采用測周期法；對于高頻信號采用測頻法，因此測試時(shí)很不方便，于是提出等精度測頻法。等精度測頻方法是在前兩種方法上發(fā)展來的，它的閘門時(shí)間不是固定的值，而是被測信號周期的整數(shù)倍，即與被測信號同步，因此消除了對被測信號計(jì)數(shù)所產(chǎn)生的+/-1個(gè)字誤差，并且達(dá)到了在整個(gè)測試頻段的等精度測量。 從以上三種方法的原理對比可知等精度測頻法最為優(yōu)越，下面對等精度測法作詳細(xì)介紹（1）等精度測頻原理波形圖 圖3-1等

10、精度測頻原理波形圖 在測量的過程中，有兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別對標(biāo)準(zhǔn)信號和被測信號同時(shí)計(jì)數(shù)。首先給出閘門開啟信號（與之閘門上升沿），此時(shí)計(jì)數(shù)器并不開始計(jì)數(shù)，而是要等到被測信號的上升沿到來時(shí)，計(jì)數(shù)器才真正開始計(jì)數(shù)。然后與之閘門關(guān)閉信號（下降沿）到時(shí)，計(jì)數(shù)器并不立即停止計(jì)數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時(shí)才結(jié)束計(jì)數(shù)，完成一次的測量過程?？梢钥闯?，實(shí)際閘門時(shí)間t與預(yù)置門時(shí)間t1并不嚴(yán)格相等，但差值不超過被測信號的一個(gè)周期，最關(guān)鍵的是此差值不影響最終的頻率測量結(jié)果。 設(shè)在一次閘門時(shí)間t中計(jì)數(shù)器對被測信號的計(jì)數(shù)值為nx，對標(biāo)準(zhǔn)信號的計(jì)數(shù)值為ns，標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率為fs，則被測信號的頻率為 由上式可知若忽略標(biāo)頻fs的

11、誤差，則等精度測頻可能產(chǎn)生的相對誤差為 由上式可以看出，測量信號的相對誤差與被測信號頻率大小無關(guān)僅于閘門時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)信號頻率有關(guān)，即實(shí)現(xiàn)了向整個(gè)測試頻段的等精度測量。閘門時(shí)間越長，標(biāo)準(zhǔn)頻率越高，測頻的相對誤差就越小。標(biāo)準(zhǔn)頻率可由穩(wěn)定度好。精度高的高頻率晶體振蕩器產(chǎn)生，在保證測量精度不變的前提下，提高標(biāo)準(zhǔn)信號頻率，可使閘門時(shí)間縮短，即提高測試速度。 2、試驗(yàn)方案的選擇結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理我們提出以下的兩種實(shí)驗(yàn)方案：方案一：頻率計(jì)主要功能由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，pld芯片只作輔助用。直接測頻法和測周法均可以，兩者各有利弊。本實(shí)驗(yàn)采用直接測頻法，利用at89c51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1定時(shí)（定時(shí)時(shí)間為1s），同時(shí)用

12、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)外部輸入方波信號，兩者同時(shí)啟動，定時(shí)器1結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)值即為方波信號的頻率，從而實(shí)現(xiàn)20hz-10khz信號頻率的實(shí)時(shí)測量。系統(tǒng)采用單片機(jī)at89c51作為控制核心，門控信號由at89c51內(nèi)部的計(jì)數(shù)/定時(shí)器產(chǎn)生。at89c51則完成運(yùn)算、控制功能。由于使用了單片機(jī)，使整個(gè)系統(tǒng)具有極為靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展與改進(jìn)。系統(tǒng)原理框圖如圖2-4所示。被測信號時(shí)間閘門計(jì)數(shù)器顯示晶體振蕩分頻器（時(shí)基）單片機(jī)圖3-2 方案一的原理框圖液晶顯示被測信號鍵盤輸入電源單片機(jī)pld芯片圖3-3 方案一的硬件實(shí)現(xiàn)電路框圖方案二：采用單片機(jī)與cpld結(jié)合使用等精度法測量頻率

13、。用一塊復(fù)雜可編程邏輯器件cpld(complex programmable logic device)芯片epm7128slc8415完成各種時(shí)序邏輯控制、計(jì)數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)測頻模塊。在maxplusii平臺上，用vhdl語言編程完成cpld的軟件設(shè)計(jì)、編譯、調(diào)試、仿真和下載。用at89c51單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控部件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的測試信號控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、鍵盤掃描，顯示等功能。系統(tǒng)將單片機(jī)at89c51的控制靈活性及cpld芯片的現(xiàn)場可編程性相結(jié)合，不但大大縮短了開發(fā)研制周期，而且使本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可靠性高，測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點(diǎn)。具體的測頻方法采用等精度法測量頻率。 系統(tǒng)原理

14、圖如下： 圖3-4方案二的原理框圖 圖3-5方案二硬件連接框圖四、具體設(shè)計(jì)過程如前所述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)模塊：頻率測量、功能按鍵、lcd顯示輸出。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)需要測量的只是標(biāo)準(zhǔn)方波信號，故不需要進(jìn)行信號的前端處理。只需將標(biāo)準(zhǔn)被測信號（幅值等均滿足要求的方波)輸入頻率測量系統(tǒng)即可。方案一、二的區(qū)別僅在于頻率測量模塊。1、方案一測頻模塊的具體設(shè)計(jì)本方案以at89c51單片機(jī)為核心，利用他內(nèi)部的兩個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器及五個(gè)中斷源完成待測信號頻率的測量。單片機(jī)內(nèi)部的專用寄存器tmod中，有一個(gè)控制位(c/t)，分別用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和1是工作在定時(shí)器方式還是計(jì)數(shù)器方式。本方案頻率測量中t1工

15、作在定時(shí)方式，選擇操作模式1構(gòu)成16位定時(shí)器，用來產(chǎn)生一秒的時(shí)間間隔。t0工作在計(jì)數(shù)方式選擇操作模式1構(gòu)成16位計(jì)數(shù)器，用來對外部輸入脈沖個(gè)數(shù)的測量。t1開始定時(shí)的同時(shí)t0開始計(jì)數(shù)，當(dāng)1秒時(shí)間間隔到時(shí)在t1中斷函數(shù)中停止t0的計(jì)數(shù)，此時(shí)t0的計(jì)數(shù)值就是所測的外部信號頻率。 綜上所述，在程序中t0、t1初始化時(shí)tmod=0x15; th1=(65536-10000)%256; tl1=(65536-10000)/256,每次定時(shí)10ms，進(jìn)入t1中斷函數(shù)，當(dāng)t1中斷累計(jì)100次（1秒定時(shí)）時(shí)，停止t0計(jì)數(shù)，并將此時(shí)t0的計(jì)數(shù)值進(jìn)行簡單運(yùn)算即可得到被測頻率。當(dāng)輸入信號產(chǎn)生由1至0的跳變時(shí)，計(jì)數(shù)寄存

16、器(th0、tl0)的值增加1。每個(gè)機(jī)器周期的s5p2期間，對外部輸入進(jìn)行采樣。如在第一個(gè)周期中采得的值為1，而在下一個(gè)周期中采得的值為0，則在緊跟著的再下一個(gè)周期的s3p1期間，計(jì)數(shù)值就增加1。由于確認(rèn)一次下跳變需要2個(gè)機(jī)器周期，即24個(gè)振蕩器周期，因此外部輸入的計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率為振蕩器頻率的1/24，本實(shí)驗(yàn)單片機(jī)采用12mhz的晶振，故最高測量頻率不能超過500khz，否則單片機(jī)將不能準(zhǔn)確的判斷信號的上下跳變，導(dǎo)致測頻產(chǎn)生較大誤差。程序中t0不再設(shè)置中斷函數(shù)，因16位計(jì)數(shù)器，最高可記到65536，故實(shí)際上本方案最高測頻為65536hz，滿足實(shí)驗(yàn)要求。原理和硬件框圖見方案設(shè)計(jì)。詳細(xì)測頻程序

17、如下：/初始化函數(shù)void init_tm1int(void) tmod=0x15; ea=1; et1=1; et0=1;th1=0xf7;tl1=0x00;/每次定時(shí)2.5ms th0=0x00; tl0=0x00; tr0=1;/開始定時(shí) tr1=1;/開始計(jì)數(shù)/中斷函數(shù)void time1(void)interrupt 3 th1=0xf7;tl1=0x00;/每次定時(shí)2.5ms，定時(shí)400次，總的定時(shí)時(shí)間為1s if(+count_1s400)count_1s=0；timecount=256*th0+tl0;fre=timeout；th0=0x00;tl0=0x00; 2、方案2測頻

18、模塊的具體設(shè)計(jì)方案2采用單片機(jī)與cpld結(jié)合使用等精度法測量輸入頻率。故主要測頻邏輯均在pld中。對比與方案一的軟件實(shí)現(xiàn)，方案二基本上是由硬件來實(shí)現(xiàn)頻率的測量，單片機(jī)只起到整體的控制和數(shù)據(jù)運(yùn)算。等精度測量方法由硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)可簡化為下圖： 圖4-1 等精度測量原理簡圖cnt1和cnt2是兩個(gè)可控計(jì)數(shù)器，標(biāo)準(zhǔn)頻率fs信號從cnt1的時(shí)鐘輸入端clk輸入；被測信號fx從cnt2的時(shí)鐘輸入端clk輸入。每個(gè)計(jì)數(shù)器中的cen輸入端為時(shí)鐘時(shí)能斷控制時(shí)鐘輸入。當(dāng)預(yù)置門信號為高電平（預(yù)置時(shí)間開始）時(shí)，被測信號的上升沿通過d觸發(fā)器的輸出端，同時(shí)啟動兩個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；同樣，當(dāng)預(yù)置門信號為低電平（預(yù)置時(shí)間結(jié)束）時(shí)，被測

19、信號的上升沿通過d觸發(fā)器的輸出端，同時(shí)關(guān)閉計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)等精度測量。 標(biāo)頻信號的要求是高頻和穩(wěn)定，試驗(yàn)中我們直接采用cpld外接的50mhz晶振的輸入信號。預(yù)置門時(shí)間有單片機(jī)來控制可設(shè)置為1秒或0.1秒。被測信號的范圍是20hz-10khz，而標(biāo)頻是50mhz，故cnt1設(shè)計(jì)為32位計(jì)數(shù)器，cnt2為16為計(jì)數(shù)器，即可滿足要求。 方案二對pld的設(shè)計(jì)借助maxplus ii開發(fā)平臺可實(shí)現(xiàn)完全可視化設(shè)計(jì)。大多數(shù)數(shù)字芯片里面均有封裝，然后借助已有的芯片進(jìn)行多次封裝可設(shè)計(jì)出一個(gè)結(jié)構(gòu)經(jīng)湊邏輯清晰的等精度數(shù)字頻率計(jì)2、液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)（1）液晶顯示基本知識液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、

20、集成電路、pcb線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組建，也成lcd。具有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小，重量輕和功率消耗小的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)顯示方式和內(nèi)容的不同，液晶模塊可以分為數(shù)顯液晶模塊、點(diǎn)陣字符液晶模塊和點(diǎn)陣圖形液晶模塊三種，本實(shí)驗(yàn)采用點(diǎn)陣圖形液晶模塊mfc-g12864。mfc- g12864液晶顯示模塊為全屏幕圖形點(diǎn)陣式液晶顯示組件，由控制器、驅(qū)動器和全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可完成數(shù)字、符號、字母、漢字以及圖形的顯示。點(diǎn)陣圖形液晶模塊的點(diǎn)陣像素連續(xù)排列，行和列在排布中均沒有空格，不僅可以顯示字符，而且可以顯示連續(xù)、完整的圖形。mfc-g12864擁有64*128點(diǎn)陣，顯示4行16*16漢字，

21、每行8個(gè)漢字，mfc-g12864由2片ks0108控制驅(qū)動器驅(qū)動，所以在顯示字符時(shí)應(yīng)進(jìn)行片選。mfc-g12864結(jié)構(gòu)如下圖所示所示：common driver icks0107blcd panel128 5 64 dotsvovddvssdb0 db7led back lightblablkcom64segmentdriver icks0108bks0108bsegmentdriver icks0108bseg64seg64rs, r/w, erstbcs2cs1vout538 圖4-2.64*128圖形點(diǎn)陣模塊邏輯圖（2）ks0108的時(shí)序mcu與ks0108的并行讀寫時(shí)序分別如下圖4-

22、3(a)和4-3(b)所示。在進(jìn)行讀寫操作時(shí)，應(yīng)特別注意各個(gè)控制引腳的電平信號和持續(xù)時(shí)間，以及各電平信號的先后順序，以確保正確地進(jìn)行讀寫。 圖4-3(a)mcu寫資料到模塊圖4-3(b)mcu讀資料到模塊（3）lcd的接口電路如下：ad0ad7為數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)的p0口相連。圖4-4 lcd的接口電路原理圖 （4）液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)結(jié)合上述64*128圖形點(diǎn)陣模塊邏輯圖、mcu讀寫時(shí)序圖，可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的液晶控制程序。mfc-12864總共有20個(gè)引腳，結(jié)合老師給的電路板圖，程序需要控制的引腳共有5個(gè)：rs、r/w、e、cs1、cs2。rs位高位輸入數(shù)據(jù)信號，低位輸入指令信號，r/w高位mf

23、c-g12864寫數(shù)據(jù)，低位讀數(shù)據(jù)，e位使能端，高位有效，cs1高位選中左半屏，cs2高位選中右半屏。不管是方案一還是方案二，控制信號的傳輸均需要cpld內(nèi)的時(shí)序電路的連接。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，pld的五個(gè)輸出端口已在電路板上和該五個(gè)控制位接在一起，pld內(nèi)部將這五個(gè)輸出口和單片及的地址線a8、a9、p16、p15通過一些邏輯門相接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對mfc-g12864的控制。plc設(shè)計(jì)圖如下：a8高位時(shí)選中mfc-g12864數(shù)據(jù)寄存器，低位選中mfc-g12864指令寄存器，a9需一直保持為高才能使使能端e有效。此外，另無關(guān)的地址線為高位，得出數(shù)據(jù)寄存器的地址為0xffff， 指令寄存器的地址為0x

24、feff。同時(shí)，pld的8個(gè)io口與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相接，但實(shí)際上pld并不需要從數(shù)據(jù)總線上讀值，故這8個(gè)io口并不使用，查資料可知pld閑置的這8個(gè)io口會鉗制數(shù)據(jù)總線的高低位，因此在pld內(nèi)部需將這8個(gè)口設(shè)為輸出口，接在無用的io上，pld電路圖如下： 故主要控制程序設(shè)計(jì)如下：#define lcdcom xbyte0xfeff/lcd指令寄存器#define lcddat xbyte0xffff/lcd數(shù)據(jù)寄存器/lcd顯示口sbit cs1=p15; sbit cs2=p15; /lowsbit rw=p16;void sendcom(unsigned char cmd ,int i)

25、/向lcd寫指令if(i=1) cs1=1; delay(1); lcdcom=cmd;else cs2=0; delay(1); lcdcom=cmd;void senddat(unsigned char dat,int i)/向lcd寫數(shù)據(jù) if(i=1) cs1=1; delay(1); lcddat=dat; else cs2=0; delay(1); lcddat=dat;（5）液晶模塊顯示漢字方法：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用圖形液晶模塊以點(diǎn)陣形式來顯示漢字。每8個(gè)點(diǎn)組成1個(gè)字節(jié)，每個(gè)點(diǎn)用一個(gè)2進(jìn)制位表示，存1的點(diǎn)顯示時(shí)在屏上顯示1個(gè)亮點(diǎn)；存0的點(diǎn)則在屏上不顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中對字模的存儲，是將

26、提取的漢字字模數(shù)據(jù)作為常量數(shù)組存放在程序存儲區(qū)內(nèi)，單片機(jī)再將已提取的漢字的字模輸入液晶控制器，即可按設(shè)定在液晶模塊顯示屏上顯示需要的漢字。故寫數(shù)據(jù)函數(shù)設(shè)計(jì)如下：/寫漢字函數(shù)void lcdhanzi(unsigned char page,unsigned char lie,unsigned char code *word, int cs)/漢字顯示 int i,j;for(i=0;i2;i+) delay(1); sendcom(0xb8+page+i,cs);/x每加1，液晶上加8橫行 delay(1); sendcom(0x40+lie,cs); for(j=0;j16;j+) delay

27、(1); senddat(wordi*16+j,cs);/數(shù)組每個(gè)元素的8位，寫在豎著的一列8個(gè)點(diǎn)（dot），寫完一個(gè)元素,y（列）自動加1 /寫數(shù)字函數(shù)void lcdshuzi(unsigned char page,unsigned char lie,unsigned char code *word, int cs)/數(shù)字顯示 unsigned char i,j;for(i=0;i2;i+) delay(1); sendcom(0xbb+page+i,cs); sendcom(0x40+lie,cs); for(j=0;j8;j+) senddat(wordi*8+j,cs);/數(shù)組每個(gè)元

28、素的8位，寫在豎著的一列8個(gè)點(diǎn)（dot），寫完一個(gè)元素,y（列）自動加1 3、鍵盤控制模塊的設(shè)計(jì)在鍵盤控制模塊中，鍵入信號的軟件處理方法是影響系統(tǒng)操作性能的重要因素。鍵盤的接口及軟件的任務(wù)主要包括以下幾個(gè)方面：首先，檢測并判斷是否有鍵按下；其次，對按鍵開關(guān)進(jìn)行時(shí)延的消抖；再次，計(jì)算并確定按鍵的鍵值；最后，程序根據(jù)計(jì)算出的鍵值進(jìn)行一系列的動作處理和執(zhí)行。在實(shí)際系統(tǒng)中，當(dāng)需要輸入?yún)?shù)較多，功能復(fù)雜時(shí)，需要采用行列的鍵盤對單片機(jī)進(jìn)行輸入。本實(shí)驗(yàn)需要的鍵盤比較簡單，如下圖所示，鍵盤接上拉電阻后與電源的高電平相連。圖4-5 控制鍵常用的鍵盤識別方法有：行掃描法、線反轉(zhuǎn)法和利用8279鍵盤接口的中斷法。鍵

29、盤識別的流程如下圖。鍵盤識別是否有鍵按下？去抖動確定按鍵位置結(jié)束noyes圖4-6 鍵盤識別流程圖（1）本實(shí)驗(yàn)按鍵比較簡單，故程序設(shè)計(jì)時(shí)，將五個(gè)功能鍵接口定義為五個(gè)標(biāo)志位。然后再程序中設(shè)置按鍵函數(shù)，里面嵌套while循環(huán)，一直讀取五個(gè)功能鍵接口的狀態(tài)，如果各口均為高電平，則無鍵按下；若有低電平狀態(tài)，則有鍵按下。按鍵本身是機(jī)械開關(guān)，在閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動的現(xiàn)象，必須去除抖動的影響，才能正確識別被按下的鍵。為簡單起見，使用軟件方法消抖，延時(shí)10ms，再次讀取各狀態(tài)，若兩次狀態(tài)相同，說明信號穩(wěn)定，可以繼續(xù)進(jìn)入相應(yīng)的鍵處理子程序中。軟件主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能：鍵盤按鍵的消抖、查詢按下的鍵所在的位置

30、、相應(yīng)的處理子程序，鍵盤接口程序如下：/按鍵查詢口定義sbit key0=p10;sbit key1=p11;sbit key2=p12;sbit key3=p13;sbit key4=p14;/按鍵處理函數(shù)void judge_key() while(1) if(key0=0) delay(10); if(key0=0) init_lcd(); clear_lcd(); / key0功能函數(shù) if(key1=0) delay(10); if(key1=0) init_lcd(); clear_lcd();/ key1功能函數(shù) if(key2=0) delay(10); if(key2=0)

31、init_lcd(); clear_lcd(); / key2功能函數(shù) if(key3=0) delay(10); if(key3=0) init_lcd(); clear_lcd();/ key3功能函數(shù) if(key4=0) delay(10); if(key4=0) init_lcd(); clear_lcd();/ key4功能函數(shù) （2）本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，功能按鍵模塊放在設(shè)計(jì)最后，主要目的是考慮到可以通過該模塊，將測頻模塊和顯示模塊聯(lián)系在一起。而且整個(gè)系統(tǒng)的功能最終都是要通過按鍵注意選擇來顯示出來的。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)：1.key0:按鍵顯示頻率值及其單位； 2. key1:按鍵操作改變顯示

32、字符大?。? .key2:按鍵切換到測脈寬狀態(tài)；4.key3:按鍵復(fù)位，重新進(jìn)行初始化5.key4:按鍵退出測頻和測脈寬系統(tǒng)初始化完畢后會自動進(jìn)入按鍵查詢，標(biāo)致狀態(tài)為屏幕中央的“請按鍵”key0處理子程序： working=1;-工作狀態(tài)標(biāo)志位，由此來控制循環(huán)的進(jìn)行及部分液晶顯示內(nèi)容displaywork();-液晶顯示子函數(shù)，會在第一行滾屏顯示“working”manage1616();-頻率值顯示子函數(shù)，會在屏幕中央顯示被測的頻率值及單位key1處理子程序：working=1;-工作狀態(tài)標(biāo)志位，由此來控制循環(huán)的進(jìn)行及部分液晶顯示內(nèi)容displaywork();-液晶顯示子函數(shù)，會在第一行滾

33、屏顯示“working”manage2424();-大字符顯示子函數(shù)，會在屏幕中央顯示放大的被測頻率值及單位key2處理子程序：working=1;-工作狀態(tài)標(biāo)志位，由此來控制循環(huán)的進(jìn)行及部分液晶顯示內(nèi)容displaywork();-液晶顯示子函數(shù)，會在第一行滾屏顯示“working”maikuan();-脈寬值顯示子函數(shù)，會在屏幕中央顯示被測的脈寬值及單位key3處理子程序：displayfuwei();-液晶顯示子函數(shù)，在屏幕中央顯示“正在復(fù)位”fuwei=1;-復(fù)位狀態(tài)標(biāo)致位，由該狀態(tài)來決定外循環(huán)是否執(zhí)行g(shù)oto語句，從而跳到程序開頭重新進(jìn)行初始化break;-跳出內(nèi)循環(huán)，迫使程序在外循

34、環(huán)中進(jìn)行“fuwei”狀態(tài)位判斷key4處理子程序：working=0;- 工作狀態(tài)標(biāo)志位，由此來控制循環(huán)的進(jìn)行及部分液晶顯示內(nèi)容displayend();-液晶顯示子函數(shù)，在屏幕中央顯示“謝謝使用”break;- -跳出內(nèi)循環(huán)，在此執(zhí)行外循環(huán) 說明按鍵需要的時(shí)間五、系統(tǒng)整體功能和操作過程說明1、整體功能說明主要功能由按鍵實(shí)現(xiàn)，已在上一部分中進(jìn)行了說明。系統(tǒng)程序采取標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，在main函數(shù)中實(shí)現(xiàn)對各個(gè)子函數(shù)的調(diào)用。在定時(shí)器和pld初始化后，隨著計(jì)時(shí)的開始將直接由計(jì)數(shù)器和pld進(jìn)行測頻，1秒時(shí)間間隔到，則測頻結(jié)束，程序自動算出頻率之后保存在定義好的變量中，供顯示頻率的函數(shù)調(diào)用。也就是說當(dāng)

35、進(jìn)入按鍵功能選擇時(shí)測頻過程已經(jīng)完成。key0、key1、key2只是調(diào)用函數(shù)顯示不同的內(nèi)容而已。key3按下后程序由break語句跳出按鍵掃描程序而重新進(jìn)行定時(shí)器和pld初始化，即重新開始頻率測量。key4按下后將由goto語句直接跳到main函數(shù)剛進(jìn)去的地方，完全從頭重新執(zhí)行程序。程序段先進(jìn)行變量定義，然后是液晶顯示數(shù)據(jù)段，接下來是各種函數(shù)以及函數(shù)的相互組合調(diào)用，最后進(jìn)入main函數(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯功能 系統(tǒng)整體運(yùn)行邏輯框圖如下：開始 液晶顯示初始化清屏顯示標(biāo)題，清屏顯示初始化面頻率 脈寬等精度法測頻初始化pld；初始化定時(shí)器計(jì)數(shù)器開始測量 t1定時(shí)t0計(jì)數(shù)直接計(jì)數(shù)法測頻按鍵掃描顯示頻率k

36、ey0? y n放大字符key1? y n顯示脈寬key2? y nkey3? y nkey4? n fuwei=1 yfuwei=1 ? y n清屏、初始化面 圖5-1 系統(tǒng)整體運(yùn)行邏輯框圖2、系統(tǒng)操作過程說明 上電之后液晶屏刷新一次，然后顯示初始化面，保持2、3秒后，屏幕中央顯示“請按鍵”提示，表示系統(tǒng)初始化、測頻已完成，程序已進(jìn)入按鍵掃描函數(shù)，此時(shí)按鍵有效。注意按鍵有防抖動功能，故按鍵不能太快，當(dāng)按鍵后看到有清屏現(xiàn)象時(shí)表示按鍵有效。key0、key1、key2各鍵按下時(shí)，屏幕第一行均有滾動顯示的“working”狀態(tài)提示。信號測量范圍20hz-9999hz，當(dāng)算出頻率大于此范圍時(shí)，key

37、0、key1按下均會顯示“超出范圍”提示，當(dāng)小于此范圍時(shí)，key0、key1按下均會顯示“no signal!”提示.key3按下時(shí)，頻幕顯示“正在復(fù)位”提示，然后系統(tǒng)從頭開始。key4按下時(shí)，頻幕顯示“謝謝使用”提示，然后系統(tǒng)重新初始化。具體流程見圖5-1 系統(tǒng)整體運(yùn)行邏輯框圖六、電路圖和pld圖七、實(shí)驗(yàn)調(diào)試、誤差分析、參數(shù)確定1、系統(tǒng)調(diào)試方案的具體設(shè)計(jì)是分成三個(gè)模塊的，故調(diào)試也是分成三個(gè)獨(dú)立模塊，這樣的好處是，每次調(diào)試的時(shí)候程序都比較短，沒有很復(fù)雜的邏輯在里面容易調(diào)試通過和查處錯(cuò)誤。調(diào)試順序：頻率測試模塊、液晶顯示模塊、功能鍵模塊，最后進(jìn)行系統(tǒng)整體功能完整調(diào)試。（1）頻率測試模塊：直接計(jì)數(shù)

38、測頻的調(diào)試：程序用printf語句作為輸出，直接將方波信號接到t0引腳上，程序?yàn)檠h(huán)測試，進(jìn)入debug狀態(tài)后，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出頻率，觀察不斷刷新的窗口顯示，通過輸入輸出對比，檢查頻率測量的正常與否。 等精度測頻調(diào)試：由于電路板發(fā)下的時(shí)間較遲，故該模塊的調(diào)試可在學(xué)習(xí)機(jī)上完成，。（2） 液晶顯示模塊調(diào)試： 該模塊是在電路板焊好后子環(huán)節(jié)在自己的電路板上調(diào)試的，因?yàn)榻泳€較多（20個(gè)引腳）在學(xué)習(xí)機(jī)上調(diào)試不太方便。在電路板上調(diào)試，不僅不用接線，還可以檢查自己電路板的焊接是否存在問題。液晶顯示模塊原理比較陌生和難以理解，故可顯示最簡單的字符來檢查整個(gè)模塊的控制以及自己的程序設(shè)計(jì)是否有問題。等液晶顯示模

39、塊可以正常顯示了，再添加內(nèi)容，比如漢字顯示，字符大小調(diào)整、顯示位置的調(diào)整等進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證，以完善程序和加深理解、整個(gè)模塊的調(diào)試還包括對自摸提取軟件的熟悉使用。（3）功能鍵模塊調(diào)試： 該模塊的調(diào)試有兩個(gè)作用：按鍵功能的程序?qū)崿F(xiàn)、通過功能鍵將前兩個(gè)程序模塊連接在一起。按鍵功能調(diào)試時(shí)不需要有太復(fù)雜的子函數(shù)，可簡單的添加不同的printf語句。等上述調(diào)試完成后，開始逐個(gè)添加功能鍵子程序進(jìn)行調(diào)試。然后對信號經(jīng)過pld傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的接口電路進(jìn)行調(diào)試。最后整機(jī)進(jìn)行調(diào)試，基本功能實(shí)現(xiàn)后可逐步修改顯示及按鍵是整個(gè)系統(tǒng)功能完善，顯示合理美觀。2、誤差分析（1）方案一的誤差分析在測量中，誤差分析計(jì)算是不可少的。理論上

40、講不管對什么物理量的測量，不管用什么樣的測量方法，只要進(jìn)行測量，就可能存在誤差。誤差分析的目的就是要找出引起誤差的主要愿意，從而有針對地采取有效措施，減小測量誤差，提高測量的精確度。在實(shí)際調(diào)試過程中，方案一測的頻率總是誤差很大，經(jīng)過檢查，將單片機(jī)晶振當(dāng)作12mhz會產(chǎn)生時(shí)間閘門的擴(kuò)大，從而導(dǎo)致測頻數(shù)據(jù)變大。經(jīng)過調(diào)整將1秒的時(shí)間閘門換算成11.0592mhz下，從而th1=(65536-10000*11.0592/12)/256=(65536-9216)/256;th0=(65536-9216)%256;經(jīng)調(diào)整后誤差明顯下降，但還是存在穩(wěn)定的接近1%的誤差。方案一的固有誤差分析如下：方案一的誤差

41、由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖相對誤差和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相對誤差兩部分組成。因此，對這兩種相對誤差可以分別加以討論，然后相加得到總的頻率測量相對誤差。a.量化誤差-誤差在測頻時(shí)，主門的開啟時(shí)間與計(jì)數(shù)脈沖之間的時(shí)間關(guān)系是不相關(guān)的，即它們在時(shí)間軸上的相對位置是隨機(jī)的。這樣，即使是在相同的主門開啟時(shí)間t（先假定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相對誤差為零）內(nèi)，計(jì)數(shù)器所計(jì)得的數(shù)卻不一定相同。第一種情況進(jìn)入8個(gè)脈沖，而第二種情況卻只進(jìn)入7個(gè)脈沖7個(gè)脈沖，即引起可能多一個(gè)或少一個(gè)的誤差，這是頻率量化時(shí)帶來的誤差，故稱量化誤差。圖14 誤差示意圖b.閘門時(shí)間誤差（標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間誤差）如果閘門時(shí)間不準(zhǔn)，造成主門啟閉時(shí)間或長或短，顯然要產(chǎn)生測頻誤差。閘門信號是由

42、晶振信號所得。設(shè)晶振頻率為（周期為）分頻系數(shù)為m，所以有由誤差合成定理對上式微分得： 即為：閘門時(shí)間的相對誤差在數(shù)值上等于晶振頻率的相對誤差。通常對標(biāo)準(zhǔn)頻率準(zhǔn)確度的要求是根據(jù)所要求的測頻準(zhǔn)確度提出來的。方案一中的晶振頻率為單片機(jī)的晶振頻率。綜上所述計(jì)數(shù)器直接測頻的誤差主要有兩項(xiàng)，即誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。一般總誤差可采用分項(xiàng)誤差絕對值合成，即由此式可知，在一定時(shí)，閘門時(shí)間t選得越長，測量準(zhǔn)確度越高。而當(dāng)t選定后，越小，標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差將對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，并以為極限。測量低頻時(shí)，由于誤差產(chǎn)生的測頻誤差大得驚人。例如，時(shí)，則由誤差引起的測頻誤差可達(dá)10%，所以低頻時(shí)不宜采用直接測頻方法。 另一方面，雖然

43、閘門時(shí)間t越長，則測量準(zhǔn)確度越高，但事實(shí)上為了保證測頻的實(shí)時(shí)性，我們不可能將閘門時(shí)間取得太長，所以一般通過閘門時(shí)間來調(diào)整測頻精度范圍不大。(2)方案二的誤差分析：設(shè)在一次預(yù)置門時(shí)間t中對被測信號計(jì)數(shù)值為,對標(biāo)準(zhǔn)信號的計(jì)數(shù)值為則下式成立：推得： 相對誤差公式為： 從誤差公式中可以看出，其測量頻率精度和與標(biāo)準(zhǔn)頻率精確度有關(guān)，而與被測頻率無關(guān)。顯然，決定于預(yù)置門時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的頻率，其關(guān)系如下如果采用頻率為50mhz的晶體振蕩器，忽略標(biāo)準(zhǔn)高頻的誤差，則有：若預(yù)置門時(shí)間為t=0.1s，則：=0.150000000=5000000， 可見，在整個(gè)測量范圍內(nèi)，要達(dá)到題目所要求的精度是完全可行的。3、系

44、統(tǒng)參數(shù)確定（1）測頻范圍：2hz-60khz（2）測頻精度：（3）測頻數(shù)據(jù)表：八、實(shí)驗(yàn)小結(jié)(問題處理、包括展望與不足與感想) 1、實(shí)驗(yàn)遇到的問題及處理（1）剛開始的時(shí)候，只是在編程序然后編譯通過就行，忽略了調(diào)試，到后面開始調(diào)試的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)程序根本運(yùn)行不下去，最讓人難受的是再三檢查感覺邏輯沒問題，可結(jié)果不出來。調(diào)試程序花的時(shí)間都差不多比編第一個(gè)測頻程序的時(shí)間長，最后沒辦法只能從頭重寫，一步步的在實(shí)驗(yàn)室編譯調(diào)試。盡管老師當(dāng)時(shí)強(qiáng)調(diào)了程序不要一次編寫太長，但最開始的時(shí)候還是沒注意到這個(gè)問題，直到自己遇到了才會發(fā)現(xiàn)問題的嚴(yán)重性。（2）參考文獻(xiàn)1 王建校 楊建國 寧改娣 危建國 51系列單片機(jī)及c51程序

45、設(shè)計(jì) 北京：科學(xué)出版社 2002.12王建校 張虹 金印彬 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心附：源程序#include#include #include #include /內(nèi)部函數(shù)（_nop_）#include/絕對尋址（xbyte）#define lcdcom xbyte0xfeff/lcd指令寄存器#define lcddat xbyte0xffff/lcd數(shù)據(jù)寄存器#define maxdat0 xbyte0x1fff/ns0-7#define maxdat1 xbyte0x3fff/ns8-15#define maxdat2 xbyte0x5

46、ff/ ns16-23#define maxdat3 xbyte0x7fff/ns 24-31#define maxdat4 xbyte0x9fff/nx 0-7#define maxdat5 xbyte0xbfff/nx 8-15bit fuwei;/lcd顯示口sbit cs1=p15; sbit cs2=p15; /lowsbit rw=p16;sbit cr=p17;sbit gate=p33;/按鍵查詢口sbit key0=p10;sbit key1=p11;sbit key2=p12;sbit key3=p13;sbit key4=p14;unsigned char working;unsigned int timecount=0;unsigned int count_1s=1;unsigned int ws;unsigned char nsdat0,nsdat1,nsdat2,nsdat3,nxdat0,nxdat1;unsigned long nx,ns,fx,pxwide,t; /* 數(shù)據(jù)段*/unsigned char code number0=/*- 源文件 / 文字 : 0 寬高（像素）: 816 字模格式/大小 : 單色點(diǎn)陣液晶字模，縱向取模，字節(jié)倒序/1