基于S08的簡易頻率計(jì)設(shè)計(jì)

1、課程名稱大作業(yè)微控制系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)課題: 基于S08的簡易頻率計(jì)設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師意見：成績: 簽名： 年 月 日目錄基于S08的簡易頻率計(jì)設(shè)計(jì)I前言2一 頻率計(jì)的簡介21.1頻率計(jì)概述21.2頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用21.3頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容21.4測頻的原理3二 S08的介紹42.1 S08AW簡介42.2 S08資源介紹42.3 S08AW結(jié)構(gòu)62.4 系統(tǒng)功能引腳72.5 輸入輸出功能引腳72.6 電源電路8三 硬件設(shè)計(jì)93.1 系統(tǒng)組成及工作原理93.2 頻率測量原理103.3 硬件組成103.4 單片機(jī)核心模塊113.5 電壓跟隨和減法電路113.6 模擬

2、開關(guān)和電壓比較電路123.7 顯示和控制電路123.8電平轉(zhuǎn)換電路13四 程序設(shè)計(jì)144.1 主程序設(shè)計(jì)144.2 子程序設(shè)計(jì)154.3調(diào)試及結(jié)果16參考目錄：16附錄：模擬電路仿真圖17主程序181 前言頻率測量是電子學(xué)測量中最為基本的測量之一。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量精度。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測量成為一項(xiàng)越來越普遍的工作，測頻原理和測頻方法的研究正受到越來越多的關(guān)注。一 頻率計(jì)的簡介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)域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號(hào)頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號(hào)、方

3、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)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速，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)采用測頻法測量頻率，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，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)

4、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STC89C52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。1.3頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容1被測信號(hào)為周期性信號(hào)（包括正弦波、方波、三角波等），頻率范圍為160KHz，峰峰值在110V范圍內(nèi)。2設(shè)置“開始/停止”和“工作模式”開關(guān)。工作模式分為測量外接信號(hào)和系統(tǒng)自測兩種模式，在測量外接信號(hào)模式下，測量外接信號(hào)頻率；在系統(tǒng)自測模式下，測量1KHz測試信號(hào)的頻率。3系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，數(shù)碼

5、管實(shí)時(shí)顯示測量信號(hào)頻率值，每隔1秒向PC機(jī)發(fā)送頻率數(shù)據(jù)，頻率數(shù)據(jù)為ASCII碼，單位為Hz。 通過開始/停止鍵控制系統(tǒng)。1.4測頻的原理測頻的原理歸結(jié)成一句話，就是“在單位時(shí)間內(nèi)對被測信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)”。被測信號(hào)，通過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?，并送入主門的輸入端。通過單片機(jī)的定時(shí)器T2通道產(chǎn)生1秒的定時(shí)。將經(jīng)過調(diào)理電路處理后的被測信號(hào)通過定時(shí)/計(jì)數(shù)器輸入端T0送給，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說明了測頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。時(shí)基信號(hào) 待測信號(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

6、.1 測頻原理在圖1中，假設(shè)時(shí)基信號(hào)為1KHZ，則用此法測得的待測信號(hào)為1KHZ×5=5KHZ。但從圖中可以看出，待測信號(hào)應(yīng)該在5.5KHZ左右，誤差約有0.5/5.59.1%。這個(gè)誤差是比較大的，實(shí)際上，測量的脈沖個(gè)數(shù)的誤差會(huì)在±1之間。假設(shè)所測得的脈沖個(gè)數(shù)為N，則所測頻率的誤差最大為=1（N-1）*100%。顯然，減小誤差的方法，就是增大N。本頻率計(jì)要求測頻誤差在1以下，則N應(yīng)大于1000。通過計(jì)算，對1KHZ以下的信號(hào)用測頻法，反應(yīng)的時(shí)間長于或等于10S，。由此可以得出一個(gè)初步結(jié)論：測頻法適合于測高頻信號(hào)。頻率計(jì)數(shù)器嚴(yán)格地按照公式進(jìn)行測頻4。由于數(shù)字測量的離散性，被測

7、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，測量精度將為： 應(yīng)當(dāng)指出，測量頻率時(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信號(hào)倍頻，另一方面可增加T來滿足，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，在頻率測量時(shí)，被測信號(hào)頻率越高，測量精度越高。二 S08的介紹頻率計(jì)是我們經(jīng)常會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一，頻率的測量實(shí)際上就是在單位時(shí)間內(nèi)對信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值就是信號(hào)頻率。本文是一種基于

8、S08系列的一款A(yù)W60芯片設(shè)計(jì)的簡易頻率計(jì)。首先介紹一下有關(guān)S08的內(nèi)容。2.1 S08AW簡介S08AW系列是Freescale公司推出的新一代S08系列微控制器中的一款增強(qiáng)型8位微控制器，它不僅集成度高、片內(nèi)資源豐富，接口模塊包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM 等，還具有很寬的工作溫度范圍：-40+125，它在汽車電子、工業(yè)控制、中高檔機(jī)電產(chǎn)品等領(lǐng)域具有廣泛的用途。 S08AW 微控制器采用8位S08CPU，片內(nèi)總線時(shí)鐘最高可達(dá)20MHz；片內(nèi)資源包括2K RAM、將近62K Flash、串行接口模塊（SCI、SPI和IIC）、定時(shí)器模塊（TPM）、可選擇寬范圍時(shí)鐘頻率，它還提供

9、一個(gè)8位/10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器，并支持后臺(tái)調(diào)試模式BDM。本章以S08AW60為例，介紹S08AW系列的基本組成，包括S08AW的特性、結(jié)構(gòu)、引腳、基本系統(tǒng)電路、系統(tǒng)時(shí)鐘和運(yùn)行模式等。2.2 S08資源介紹S08AW是Freescale首個(gè)基于高性能S08CPU內(nèi)核并支持2.75.5V電源的微控制器。它包含眾多有應(yīng)用價(jià)值的特性：將近62K的flash存儲(chǔ)器、高達(dá)2K的RAM、靈活而無需外部元件的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器、低電壓檢測、高性能模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和串行通信模塊等。S08AW系列具有極佳的電磁兼容性能(EMC)并提供了不同的引腳數(shù)(64, 48或44)、封裝選項(xiàng)(QFP, LQFP或QF

10、N)及寬溫度范圍 (-40+125)，可適應(yīng)各類惡劣環(huán)境，因此該微控制器適用于高可靠的工業(yè)與汽車電子領(lǐng)域。S08AW系列有4種芯片：S08AW60/48/32/16，它們之間的區(qū)別主要是片上的程序存儲(chǔ)器的容量不同且均有各種引腳及封裝形式。S08AW60的內(nèi)部資源參見表2-1。l 中央處理器為S08CPU。l 最高可達(dá)40-MHzCPU時(shí)鐘頻率和20-MHz 內(nèi)部總線頻率。 l 約62KB片上在線可編程FLASH存儲(chǔ)器，具有模塊保護(hù)與安全選項(xiàng)功能。l 2KB片上RAM。 l 時(shí)鐘源選項(xiàng)：晶體振蕩器、陶瓷諧振器、外部時(shí)鐘或內(nèi)部時(shí)鐘（具有高精度調(diào)整功能）。 系統(tǒng)保護(hù)：l 可選的看門狗（COP）復(fù)位。

11、l 具有復(fù)位或中斷功能的低壓檢測。 l 具有復(fù)位功能的非法操作碼檢測。l 具有復(fù)位功能的非法地址檢測（僅部分器件有非法地址檢測）。l 一種等待節(jié)省模式和兩種停止節(jié)省模式。外設(shè)模塊：l 具有自動(dòng)比較功能的16通道、8位/10位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。 l 具有兩個(gè)可選的串行通信接口模塊SCI。 l 串行外設(shè)接口模塊SPI。l 內(nèi)部集成總線模塊IIC，在最大總線負(fù)載情況下，其最高工作頻率可達(dá)100 kbps，且負(fù)載越少，波特率越高。 l 2個(gè)定時(shí)器TPM模塊：共有（2+6）通道的16位定時(shí)器/脈寬調(diào)制器，每個(gè)通道上都具有可選的輸入采集、輸出比較及PWM 功能。l 8個(gè)鍵盤中斷模塊KBI（可當(dāng)作外部

12、中斷）可通過軟件選擇邊沿方向或邊沿/電平模式。輸入/輸出： l 高達(dá)54個(gè)通用輸入/輸出（I/O）引腳l 引腳用作輸入端時(shí)，可軟件選擇上拉電阻 l 引腳用作輸出端時(shí)，可軟件選擇強(qiáng)/弱驅(qū)動(dòng)能力和壓擺率(slew rate)復(fù)位及其他：l 具有主復(fù)位引腳與上電復(fù)位(POR)功能 l 可選RESET、IRQ與BKGD/MS引腳處的內(nèi)部上拉l 單線后臺(tái)調(diào)試模塊BDMl 可支持多達(dá)32個(gè)中斷/復(fù)位源 表2-1 S08AW60系列的內(nèi)部資源2.3 S08AW結(jié)構(gòu)S08AW系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，大致可分為MCU核心和MCU外設(shè)部分，對應(yīng)于圖中的左側(cè)和右側(cè)。1. MCU核心（HCS08CORE）部分S08A

13、W核心部分包括具有運(yùn)行監(jiān)視功能的增強(qiáng)型中央處理器S08CPU、后臺(tái)調(diào)試控制（具有單線后臺(tái)調(diào)試接口BDM）、系統(tǒng)控制（時(shí)鐘監(jiān)視、中斷控制、低電壓檢測）等。S08MCU有2種存儲(chǔ)器FLASH RAM；電壓調(diào)整器，包括數(shù)字電路和模擬電路電源電壓；程序存儲(chǔ)器具有頁面控制模式；具有內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器（ICG）和低能耗晶體振蕩器。2. MCU外設(shè)部分外設(shè)部分大致可分為六種外設(shè)：數(shù)字輸入；數(shù)字輸出；10位二進(jìn)制精度的模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器A/D（ADC1P0P15）；定時(shí)器/PWM（TPM1、TPM2）；串行接口(SCI1、SCI2、SPI、IIC)；許多微控制器中所沒有的鍵盤中斷輸入（KBI1）。注意：引腳內(nèi)部

14、集成有上拉電阻, 當(dāng)引腳作為輸入功能時(shí)，軟件可為該引腳配置內(nèi)部上拉電阻；引腳IRQ使能時(shí)，軟件可配置該引腳上拉/下拉。IRQ引腳內(nèi)部沒有接到VDD的鉗位二極管，所以IRQ的輸入電平不能超過VDD；PTD2、PTD 3、PTD 7、PTG4可軟件配置其上拉/下拉功能。 3. S08AW引腳介紹S08AW系列MCU有四個(gè)型號(hào)：S08AW60/48/32/16。有64-引腳、48-引腳、44-引腳三種，封裝形式有LQFP、QFP或QFN三種。本書主要介紹64引腳的S08AW60.S08MCU的引腳大都采用功能復(fù)用技術(shù)，即“單引腳多功能”。某個(gè)引腳可能具有雙重或三重功能，即通用I/O功能和特殊接口功能

15、，例如圖2-2中第47引腳具有3種功能：通用I/O功能（PTD3）、鍵盤中斷輸入（KBI1P6）和模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換輸入A/D（AD1P11），其控制邏輯完全集成在MCU內(nèi)部，可以用軟件設(shè)定該引腳具有何種功能。由于S08MCU的許多引腳都具有2種或2種以上功能，使得它在體積、功耗、可靠性和應(yīng)用的簡單方便程度上與用戶自行擴(kuò)充的片外I/O口有著重要區(qū)別和顯著的優(yōu)勢。2.4 系統(tǒng)功能引腳1. 振蕩器引腳（EXTAL/XTAL）（External Reference Clock / Oscillator Input，EXTAL）和（Oscillator Output，XTAL）是晶振電路或者外部時(shí)鐘引

16、腳。2. 外部復(fù)位引腳（）該引腳低電平有效，為雙向控制信號(hào)，輸入低電平有效，將MCU復(fù)位，此時(shí)MCU被初始化成默認(rèn)狀態(tài)，當(dāng)MCU內(nèi)部功能引起復(fù)位時(shí)該引腳也可輸出信號(hào)。3. 后臺(tái)調(diào)試/模式選擇引腳（BKGD /MS） BKGD /MS 引腳在后臺(tái)調(diào)試模式（Background，BKGD）中作為單線通信引腳。在復(fù)位過程中作為MCU操作模式的選擇（Mode Select，MS）引腳。在RESET信號(hào)的上升沿，將對這個(gè)引腳的狀態(tài)進(jìn)行檢測和鎖定（有關(guān)詳細(xì)的描述請參見數(shù)據(jù)手冊），如果外接有BDM模塊，則MCU進(jìn)入后臺(tái)調(diào)試模式，此引腳有一個(gè)固定的上拉電阻，并且一直使能。4. 電源引腳（VDD,VSS,VDD

17、AD,VSSAD）VDD, VSS是MCU的主電源，供電范圍為2.7V5.5V。VDDAD, VSSAD是MCU內(nèi)部模擬電路的電源，給模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）模塊供電。2.5 輸入輸出功能引腳1. PTA（Port A）端口（PTA7PTA0）PTA7PTA0是8個(gè)單一功能引腳，具有可設(shè)定的通用輸入或輸出功能，第2633引腳。 2.PTB端口（PTB7/ AD1P7PTB0/ AD1P0）PTB7/ AD1P7PTB0/ AD1P0是8個(gè)雙功能引腳，可定義為通用輸入/輸出引腳或模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入引腳。3. PTC端口（PTC6PTC0/SCL1） PTC6PTC0/SCL1是7個(gè)雙功能/單一功能

18、引腳, 均可定義為通用輸入或輸出引腳；其中4個(gè)引腳（第60,6163,64引腳）也可作為串行通信引腳。4. PTD端口（PTD7/ AD1P15/KBI1P7PTD0/ AD1P8）PTD7/ AD1P15/KBI1P7PTD0/ AD1P8是8個(gè)三功能/雙功能引腳 通用輸入/輸出引腳或模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入引腳外；其中5個(gè)引腳還可作為定時(shí)器引腳（例如TPM1CLK）或鍵盤中斷輸入引腳（例如KBI1P7）。5. PTE端口（ PTE7/SPSCK1PTE0/ TXD1）PTE7/SPSCK1PTE0/TXD1是8個(gè)雙功能引腳, 除均可定義為通用輸入/輸出引腳外；部分引腳還可作為串行通信引腳（例如

19、SPSCK1，TXD1），定時(shí)器引腳（例如TPM1CH0, TPM1CH1）。6. PTF端口（ PTF7PTF0/ TPM1CH2） PTF7PTF0/ TPM1CH2是8個(gè)雙功能/單一功能引腳, 均可定義為通用輸入或輸出引腳；其中6個(gè)引腳可作為定時(shí)器引腳（例如TPM1CH2, TPM1C3，TPM2CH0，TPM2CH1等）。7. PTG端口（ PTG6/EXTALPTG0/ KBI1P0） PTG6/EXTALPTG0/ KBI1P0是7個(gè)雙功能引腳, 均可定義為通用輸入或輸出引腳；其中5個(gè)引腳可作鍵盤中斷輸入引腳（例如KBI1P0, KBI1P4）, 2個(gè)引腳可作外部晶體振蕩器引腳（E

20、XTAL, XTAL），該組引腳分布比較分散，為第23、24、25、48、49、57和58引腳。2.6 電源電路1 通用I/O和外圍設(shè)備接口電路S08AW60最多可提供56個(gè)引腳，這些引腳是通用I/O和片上外圍設(shè)備（比如定時(shí)器、串行口和I/O系統(tǒng)）共享。在復(fù)位的瞬間，所有這些管腳被立即配置為高阻抗通用輸入（內(nèi)部上拉器件被禁用）。為了避免懸空輸入管腳消耗額外的電流，用戶應(yīng)用程序中的復(fù)位初始化程序應(yīng)該啟用片內(nèi)上拉器件或?qū)⑽词褂没蛭唇壎ǖ墓苣_的方向設(shè)置為輸出以確保它們不會(huì)懸空。HCS08具有通過軟件控制輸出電壓擺動(dòng)率的特性（簡稱壓擺率）。這個(gè)特性允許我們在兩個(gè)參數(shù)不同的輸出晶體管之間進(jìn)行選擇。當(dāng)選擇

21、了驅(qū)動(dòng)能力小的晶體管輸出時(shí)，輸出電壓的壓擺率比較低可以降低噪聲電磁干擾；當(dāng)負(fù)載較重并且壓擺率很重要的情況下，應(yīng)該選擇驅(qū)動(dòng)能力大的晶體管輸出。S08AW系列的引腳定義為輸出引腳功能時(shí)，可具有高電流驅(qū)動(dòng)能力，單引腳的高驅(qū)動(dòng)電流為±10mA（拉電流或灌電流），但每片的總電流應(yīng)小于120mA。2 系統(tǒng)時(shí)鐘S08的系統(tǒng)時(shí)鐘主要是指S08的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器（Internal Clock Generator，ICG）、系統(tǒng)時(shí)鐘控制、總線時(shí)鐘(Bus Clock，BUSCLK)等，參見圖2-4。總線時(shí)鐘(BUSCLK)是整個(gè)MCU外圍系統(tǒng)的定時(shí)基準(zhǔn)和工作同步脈沖，其頻率固定為CPU工作頻率ICGOUT

22、的1/2。當(dāng)ICGOUT為12MHz時(shí)，總線時(shí)鐘頻率為6MHz。內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器（ICG）模塊為MCU 提供了幾個(gè)時(shí)鐘源選項(xiàng)。ICG 模塊中包含鎖頻環(huán)（Frequency-Locked Loop，F(xiàn)LL）、時(shí)鐘分頻等模塊，可以選擇FLL鎖頻后的時(shí)鐘作為MCU系統(tǒng)時(shí)鐘，也可以選擇內(nèi)部或外部參考時(shí)鐘作為MCU系統(tǒng)時(shí)鐘。無論選擇哪個(gè)時(shí)鐘源，它都要通過系統(tǒng)時(shí)鐘控制（降階分頻器），該分頻器允許生成多種的輸出時(shí)鐘頻率。詳細(xì)描述參見第十章，這里僅作簡單介紹。注意：ICGLCLK僅用于后臺(tái)調(diào)試控制器模塊（BDC）時(shí)鐘。XCLK為系統(tǒng)固定頻率時(shí)鐘，主要為定時(shí)器提供時(shí)間基準(zhǔn)脈沖。S08AW系列沒有TMP3模塊，僅S

23、08AC系列有。ICG 模塊包括振蕩器、內(nèi)部參考時(shí)鐘發(fā)生器、鎖頻環(huán)、和時(shí)鐘選擇4 個(gè)功能模塊：3. 振蕩器模塊振蕩器模塊用于連接外部晶振或陶瓷振蕩器。軟件可選擇兩種頻率范圍。另外，該模塊可以選擇外部時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘。振蕩器模塊可以配置為低功耗模式或高增益模式。4. 內(nèi)部參考時(shí)鐘發(fā)生器內(nèi)部參考時(shí)鐘發(fā)生器由兩種可控時(shí)鐘源組成。一個(gè)設(shè)計(jì)為大約8MHz，可選擇用于后臺(tái)調(diào)試控制器的局部時(shí)鐘。另一個(gè)為243kHz，可以通過軟件精細(xì)調(diào)整該時(shí)鐘源頻率。5. 鎖頻環(huán)FLL 鎖頻環(huán)FLL用于倍頻內(nèi)部或外部時(shí)鐘源。狀態(tài)位可以標(biāo)識(shí)該電路是否達(dá)到鎖定值或偏離鎖定值。而且，該模塊可以監(jiān)測外部參考時(shí)鐘和信號(hào)是否有效。FLL

24、 可產(chǎn)生8MHz40MHz的時(shí)鐘頻率。6. 時(shí)鐘選擇模塊該模塊用于選擇將不同時(shí)鐘源連接到系統(tǒng)時(shí)鐘上。ICGERCLK是外部晶振或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生的參考時(shí)鐘。XCLK為系統(tǒng)固定頻率時(shí)鐘，由固定時(shí)鐘選擇寄存器（FFE位）控制分頻。ICGLCLK僅用于后臺(tái)調(diào)試控制器模塊（BDC）時(shí)鐘。時(shí)鐘源有多種選擇：可外接32kHz100kHz 晶振或振蕩器；外接1MHz16MHz 晶振或振蕩器；外部時(shí)鐘源；內(nèi)部參考時(shí)鐘發(fā)生器。當(dāng)時(shí)鐘源默認(rèn)為內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)，可以使啟動(dòng)時(shí)間最小化。當(dāng)無時(shí)鐘源運(yùn)行時(shí)，ICG模塊將自動(dòng)停止工作。三 硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)組成及工作原理圖3-1上圖即為整個(gè)系統(tǒng)的框圖，二選一選擇器用于選擇測

25、量外接信號(hào)還是內(nèi)測信號(hào)，這部分的電路由運(yùn)算控制中心來控制，因?yàn)橥饨有盘?hào)可能是三角波，正弦波，所以要加一級(jí)整形電路，對外接信號(hào)進(jìn)行整形，整成方波。運(yùn)算控制器便是單片機(jī)。模式選擇按鍵用來選擇系統(tǒng)所要求的模式，頻率顯示器一般選用數(shù)碼管來顯示。然后通過電平轉(zhuǎn)換芯片將所測的頻率值發(fā)送到PC機(jī)上，進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。3.2 頻率測量原理AW60單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器自身帶有輸入捕捉功能單元, 為精測量頻率提供了很好的基礎(chǔ)。該功能可以精確捕捉一個(gè)外部事件的發(fā)生, 記錄該事件發(fā)生的時(shí)間印記。假定上升沿觸發(fā)輸入捕捉事件, 當(dāng)一個(gè)輸入捕捉事件發(fā)生時(shí), 即定時(shí)器通道引腳上的邏輯電平由低變高時(shí),計(jì)數(shù)寄存器的計(jì)數(shù)值將被自動(dòng)同步復(fù)

26、制寫入通道數(shù)值寄存器中, 并置位輸入捕獲標(biāo)志位,中斷申請。即當(dāng)每一次通道引腳的輸入信號(hào)由低變高時(shí), 計(jì)數(shù)寄存器中的計(jì)數(shù)值都會(huì)再次同步復(fù)制到通道數(shù)值寄存器中。若將連續(xù)2 次的計(jì)數(shù)寄存器數(shù)據(jù)記錄下來, 那么時(shí)鐘頻率除以2 次數(shù)據(jù)的差值, 就是輸入信號(hào)的頻率。整個(gè)捕捉事件發(fā)生的時(shí)間印記是由硬件自動(dòng)完成的, 因此所得到的頻率值是非常準(zhǔn)確的。如果測量值大于定時(shí)器的溢出周期，那么在兩次輸入捕捉中斷之間就會(huì)發(fā)生定時(shí)器計(jì)數(shù)的溢出翻轉(zhuǎn)，這時(shí)就需要考慮定時(shí)器的溢出次數(shù)。因此測量的頻率f=f_clk/(T2-T1+65536*cnt)。3.3 硬件組成圖3-2模擬開關(guān)用于選擇外接信號(hào)還是內(nèi)測信號(hào)，其硬件選擇可有多種

27、，本系統(tǒng)采用繼電器的方案，硬件簡單，容易控制。由于外接信號(hào)要求為周期性信號(hào)并包括正弦波、方波、三角波等，且單片機(jī)只能對方波信號(hào)進(jìn)行測量，所以要加一級(jí)整形電路，將外接信號(hào)整形成方波。要求不是很高，本系統(tǒng)采用單限比較器，容易調(diào)試和實(shí)理。單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制所有的外圍電路，并產(chǎn)生輸入捕捉和對頻率的測量。數(shù)碼管主要用來顯示當(dāng)前測量的頻率，按鍵用于控制系統(tǒng)工作的模式，SCI用于向PC機(jī)發(fā)送當(dāng)前測量的頻率值，各模塊分工明確，共同完成系統(tǒng)的整體功能。3.4 單片機(jī)核心模塊本設(shè)計(jì)采用AW60單片機(jī)，S08是2004年左右推出8位MCU，資源豐富，功耗低，性價(jià)比很高，是08系列MCU發(fā)展趨勢，其

28、性能與許多16位MCU相當(dāng)。MC9S08AW60是低成本、高性能8位微處理器S08家族中的成員，本次課程設(shè)計(jì)就是以該芯片為基礎(chǔ)，來進(jìn)行嵌入式的設(shè)計(jì)。該單片機(jī)的主要性能：（1）最高達(dá)40MHz的CPU工作頻率和20Hz的內(nèi)部總線工作頻率表；時(shí)鐘源選項(xiàng)包括晶振、諧振器、外部時(shí)鐘或內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)鐘。（2）相比HC08 CPU指令集，S08 CPU增加了BGND指令。（3）單線后臺(tái)調(diào)試模式接口；增強(qiáng)的斷點(diǎn)能力，允許單一的斷點(diǎn)設(shè)置在線調(diào)試（在片內(nèi)調(diào)試的模塊增加了多于兩個(gè)的斷點(diǎn)）。（4）內(nèi)含32個(gè)中斷/復(fù)位源；內(nèi)含2KB的片內(nèi)RAM；內(nèi)含60KB的片內(nèi)在線可編程Flash存儲(chǔ)器，帶有塊保護(hù)和安全選項(xiàng)。（5）

29、可選的計(jì)算機(jī)正常操作（COP）復(fù)位；低電壓檢測和復(fù)位或中斷；非法操作碼檢測與復(fù)位；非法地址檢測與復(fù)位。（6）ADC：多達(dá)16個(gè)通道，10位A/D轉(zhuǎn)換器與自動(dòng)比較功能；兩個(gè)串行通信接口SCI模塊與可選的13位中斷；一個(gè)串行外設(shè)接口SPI模塊；集成電路互連總線I2C模塊運(yùn)作高達(dá)100kbps的最高總線負(fù)載；8引腳鍵盤中斷KBI模塊。（7）Timers:1個(gè)2通道和1個(gè)6通道16位定時(shí)器/脈沖寬度調(diào)制器模板。具有輸入、捕捉、輸出比較、脈寬調(diào)制功能。3.5 電壓跟隨和減法電路單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波，只有正值沒有負(fù)值，因此進(jìn)入電壓比較器之后，出來就成為了一條直線，原有的頻率消失了，所以單片機(jī)無法測得內(nèi)部信

30、號(hào)的頻率，考慮到這種情況產(chǎn)生的原因，所以在內(nèi)部信號(hào)出來后加了一級(jí)跟隨器，避免它被外部電路影響，然后加了一級(jí)減法器，使得PWM波成為雙極性波，再經(jīng)過比較器，再進(jìn)行測量，便成功得到了內(nèi)部PWM波的頻率。運(yùn)放全部選用OP07，頻帶寬，失真小。 跟隨電路 減法電路圖3-43.6 模擬開關(guān)和電壓比較電路模擬電路主要用于選擇測量內(nèi)測信號(hào)還是外接信號(hào)，經(jīng)過比對，最終選擇了繼電器作為模擬開關(guān)，由于外接信號(hào)要求為周期性信號(hào)并包括正弦波、方波、三角波等，且單片機(jī)只能對方波信號(hào)進(jìn)行測量，所以要加一級(jí)整形電路，將外接信號(hào)整形成方波。要求不是很高，本系統(tǒng)采用單限比較器，容易調(diào)試和實(shí)理。本部分的核心元件選擇了高性能運(yùn)放L

31、M318，精度高，運(yùn)算速度快。 繼電器電路 比較器電路圖3-53.7 顯示和控制電路本系統(tǒng)采用數(shù)碼管顯示測量頻率的大小，鉅陣鍵盤用于控制系統(tǒng)的工作。數(shù)碼管顯示原理簡單，編程比較容易實(shí)現(xiàn)。矩陣鍵盤可以實(shí)現(xiàn)多種控制，便于擴(kuò)展功能，同時(shí)又可節(jié)省大量的IO口，供單片機(jī)的其它功能應(yīng)用。 數(shù)碼管顯示電路 鍵盤控制電路圖3-63.8電平轉(zhuǎn)換電路為了與主機(jī)進(jìn)行通信，定時(shí)向PC機(jī)發(fā)送測量的頻率值，實(shí)時(shí)監(jiān)測測量數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)加了一級(jí)電平轉(zhuǎn)換電路，用于與PC機(jī)進(jìn)行通信。采用最常用的RS232電平轉(zhuǎn)換芯片。電平轉(zhuǎn)換電路圖3-7四 程序設(shè)計(jì)4.1 主程序設(shè)計(jì)圖4-1程序開始后初始化芯片，模塊，變量，然后進(jìn)行主循環(huán)，開始執(zhí)

32、行主程序，先栓測開始按鍵是否按下，如果開始按鍵按下，則開始測量頻率，并用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，并定時(shí)發(fā)送到PC機(jī)上，執(zhí)行過程中還可檢測是否有模式選擇按鍵按下，如果按下則要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，如果開始鍵沒有按下，關(guān)掉輸入捕捉中斷，對顯示變量進(jìn)行清零，數(shù)碼管顯示零，不對信號(hào)進(jìn)行測量。4.2 子程序設(shè)計(jì)圖4-24.3調(diào)試及結(jié)果本系統(tǒng)調(diào)試共分四步：（1）確保各模塊連接良好，打開供電電源。（2）按下系統(tǒng)啟動(dòng)按鍵，整個(gè)系統(tǒng)開始工作。（3）選擇測量內(nèi)接信號(hào)還是外接信號(hào)，默認(rèn)采用測量外接信號(hào)。（4）選擇測量大頻率還是小頻率。默認(rèn)采用測量大頻率。參考目錄：1 張迎新單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）M北京：國防

33、工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用說明書3閻石數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，20064單片機(jī)開發(fā)板的原理圖及系統(tǒng)。5王威 嵌入式微控制器S08AW原理與實(shí)踐 北京:航空航天出版社附錄：模擬電路仿真圖主程序Main.c程序#include "Includes.h"void main(void) /1 主程序使用的變量定義 uint16 mRuncount=0,k=0; /運(yùn)行計(jì)數(shù)器 /2 關(guān)總中斷 DisableInterrupt(); /禁止總中斷 /3 芯片初始化 MCUInit(); LEDinit(); TPMChIn

34、it(TPM_NUM_2,TPM1_CH_0); KBInit(); SCIInit(1,SYSCLK,9600); /4 模塊初始化 GPIO_Init(PORT_F,7,1,1); Light_Init(Light_Run_PORT,Light_Run,Light_OFF); PWM(TPM_NUM_1,TPM1_CH_0,0x7d0, 50); LedBuf0=0; LedBuf1=0; LedBuf2=0; LedBuf3=0; cnt=0;rest=0;flag=0; leddot=0; scibuf5 ='H' scibuf6 ='Z' scibuf

35、7 =' ' start=0; EnableTPM2ChInt(TPM1_CH_0); EnableKBint(); EnableInterrupt(); while (1) if(start=1) LEDshow(LedBuf); mRuncount+; if(mRuncount>=1500) mRuncount=0; EnableTPM2ChInt(TPM1_CH_0); if(keyval=0xde) TPM_CSTR(TPM_NUM_2) =0b00010000; if(keyval=0xee) TPM_CSTR(TPM_NUM_2) =0b00010101; i

36、f(keyval=0xeb) GPIO_Set(PORT_F,7,Light_OFF); if(keyval=0xdb) GPIO_Set(PORT_F,7,Light_ON); k+; if(k>=5000) k=0; SCISendN(1,8,scibuf); else leddot=0; LedBuf0=0; LedBuf1=0; LedBuf2=0; LedBuf3=0; LEDshow(LedBuf); DisableTPM2ChInt(TPM1_CH_0); isr.c 程序#include "isr.h"/此處為用戶新定義中斷處理函數(shù)的存放處interrupt void isrKeyBoard(void) uint8 value; uint16 i; for(i=0; i<1000; i+); DisableInterrupt(); /關(guān)總中斷 DisableKBint(); /屏蔽鍵盤中斷 value = KBScanN(10); /掃描鍵值,存于value中 if(value!=0xFF) SCISend1(1,value); if(