數(shù)字頻率計設(shè)計說明

1、目錄1引言21.1目的和意義21.2研究概況與開展趨勢31.3本系統(tǒng)主要功能32. 總體方案論證與設(shè)計3 2.1主控模塊的選型和論證3 2.2顯示模塊的選型和論證4 2.3放大電路的選型和論證4 2.4系統(tǒng)整體設(shè)計概述43. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計53.1主控模塊5 單片機(jī)主要特性5 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)8 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計83.2 LCD液晶顯示器簡介8 液晶原理介紹8液晶模塊簡介9液晶顯示局部與STC89C52勺接口 103.3三極管放大電路設(shè)計103.4整形模塊設(shè)計11施密特觸發(fā)器芯片介紹11電路設(shè)計123.5分頻模塊設(shè)計12芯片介紹12 分頻電路設(shè)計134. 系統(tǒng)軟件設(shè)計13 4.1系統(tǒng)軟件總

2、體設(shè)計134.2程序設(shè)計原理155. 系統(tǒng)調(diào)試175.1硬件調(diào)試175.2軟件調(diào)試176. 結(jié)論18附錄19系統(tǒng)整體原理圖19系統(tǒng)仿真圖19元件清單19系統(tǒng)源程序20基于單片機(jī)的頻率計摘要： 數(shù)字頻率計是一種根本的測量儀器。它被廣泛應(yīng)用于航天、電子、測控等 領(lǐng)域，還被應(yīng)用在計算機(jī)與各種數(shù)學(xué)儀表中。一般采用的是十進(jìn)制數(shù)字，顯示被 測信號頻率。根本功能是測量正弦信號，方波信號以與其他各種單位時間變壞的 物理量。由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速準(zhǔn)確，顯示直觀，所以經(jīng)常被用來 使用。本文主要介紹數(shù)字頻率計的設(shè)計和調(diào)試，本作品是基于STC89C5單片機(jī)作為 平臺，根本原理是通過STC89C5單片機(jī)進(jìn)展頻

3、率的采集和分析工作，在通過程序 使其顯示在LCD1602勺液晶顯示屏上，通過液晶顯示屏，讓使用者能夠直觀的看 到當(dāng)前的輸入頻率是多少。由于STC89C52I片機(jī)只能處理數(shù)字信號因此系統(tǒng)需要先把信號放大成方波 信號，再通過施密特觸發(fā)器整形方波，又由于單片機(jī)能處理的頻率有限，所以這 次我們先用74HC390芯片對輸入的信號進(jìn)展了分頻，使其降低了 100倍，才送去 給單片機(jī)處理，如果頻率高于200KHZ勺時候就計算分頻后的頻率，得到數(shù)據(jù)再換 算成真實的頻率。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，LCD顯示屏，分頻器。1 引言1.1 目的和意義在電子測量領(lǐng)域中，頻率測量的準(zhǔn)確度是最高的。因此，在生產(chǎn)過程中許多 物理量，例如

4、溫度、壓力、流量、液位、 PH值、振動、位移、速度、加速度，乃 至各種氣體的百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號頻率，然后用數(shù)字頻率計來測 量，以提高準(zhǔn)確度。國際上數(shù)字頻率計的分類很多。按功能分類，因計數(shù)式頻率計的測量功能很 多，用途很廣。所以根據(jù)儀器具有的功能，電子計數(shù)器有通用和專用之分。一、 通用型計數(shù)器：通用型計數(shù)器是一種具有多種測量功能、 多種用途的萬能計數(shù)器。 它可測量頻率、周期、多周期平均值、時間間隔、累加計數(shù)、計時等；假設(shè)配上 相應(yīng)插件，就可測相位、電壓、電流、功率、電阻等電量；配上適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎?還可進(jìn)展長度、重量、壓力、溫度、速度等非電量的測量。二、專用計數(shù)器：專 用計數(shù)器指專門

5、用來測量某種單一功能的計數(shù)器。如頻率計數(shù)器，只能專門用來 測量高頻和微波頻率；時間計數(shù)器，是以測量時間為根底的計數(shù)器，其測時分辨 力和準(zhǔn)確度很高， 可達(dá) ns 數(shù)量級；特種計數(shù)器，它具有特種功能， 如可逆計數(shù)器、 閾值計數(shù)器、差值計數(shù)器、倒數(shù)計數(shù)器等，用于工業(yè)和自控技術(shù)等方面。數(shù)字頻 率計按頻段分類：低速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率v 10MHz中速計數(shù)器：最高計 數(shù)頻率10 100MHz高速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率100MHz微波頻率計數(shù)器： 測頻圍1 80GHz或更咼。由于大規(guī)模和超大規(guī)模數(shù)字集成電路技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)的結(jié) 合，數(shù)字頻率計開展進(jìn)入了智能化和微型化的新階段。其功能進(jìn)一步擴(kuò)大，

6、除了 測量頻率、頻率比、周期、時間、相位、相位差等根本功能外，還具有自撿、自 校、自診斷、數(shù)理統(tǒng)計、計算方均根值、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)通信等功能?？梢?，頻 率計是很有工業(yè)價值的。 本作品即為一個基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計， 它通 74HC390 芯片進(jìn)展分頻，克制了單片機(jī)難以處理高頻信號的困難，并使用LCD1602液晶顯示進(jìn)展顯示。1.2 研究概況與開展趨勢由于當(dāng)今社會的需要，對信息傳輸和處理的要求不斷提高，對頻率的測量的 精度也需要更高更準(zhǔn)確的時頻基準(zhǔn)和更精細(xì)的測量技術(shù)。而頻率測量所能到達(dá)的 精度，主要取決于作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源的精度以與所使用的測量設(shè)備和測量方法。目 前，測量頻頻的方法有直接測頻法、插法、

7、游標(biāo)法、頻差倍增法等等。直接測頻 的方法較簡單，但精度不高。頻差倍增多法和周期法是一種頻差倍增法和差拍法 相結(jié)合的測量方法，這種方法是將被測信號和參考信號經(jīng)頻差倍增使被測信號 的相位起伏擴(kuò)大，再通過混頻器獲得差拍信號，用電子計數(shù)器在低頻下進(jìn)展多周 期測量，能在較少的倍增次數(shù)和同樣的取樣時間情況下，得到比測頻法更高的系 統(tǒng)分辨率和測量精度， 但是仍然存在著時標(biāo)不穩(wěn)而引入的誤差和一定的觸發(fā)誤差 在電子系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中，到處看見處理離散信息的數(shù)字電路。供消費用的 冰箱和電視、航空通訊系統(tǒng)、交通控制雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設(shè)計過程中 都用到數(shù)字技術(shù)。 數(shù)字頻率計是現(xiàn)代通信測量設(shè)備系統(tǒng)中必不可少的

8、測量儀器， 不但要求電路產(chǎn)生頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度都高的信號，也要能方便的改變頻率。 數(shù)字頻率計的實現(xiàn)方法主要有：直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式 1直接式 優(yōu)點：速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多，一般只應(yīng)用在地面雷達(dá)中。 2鎖相式 優(yōu)點：相位同步的自動控制，制作頻率高，功耗低，容易實現(xiàn)系列化、小型化、 模塊化和工程化。3直接數(shù)字式 優(yōu)點：電路穩(wěn)定、精度高、容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。1.3 本系統(tǒng)主要功能本系統(tǒng)設(shè)計制作一個基于單片機(jī)的頻率計。能實現(xiàn)以下幾種功能：1能夠?qū)?HZ對10MHZE弦波、三角波、方波信號等周期信號的頻率進(jìn)展測量 2系統(tǒng)能夠把測量信號的頻率和周期顯示在

9、液晶屏幕上。2. 總體方案論證與設(shè)計 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能劃分，系統(tǒng)一共需要以下幾個模塊：主控模塊、顯示模 塊、時鐘模塊、溫度檢測模塊，以下就針對這幾個模塊的選型和論證進(jìn)展討論。2.1 主控模塊的選型和論證采用MSP43系列單片機(jī)，該單片機(jī)是TI公司1996年開場推向市場的一種16 位超低功耗的混合信號處理器。 其部集成了很多模擬電路、 數(shù)字電路和微處理器， 提供強(qiáng)大的功能。不過該芯片昂貴不適合一般的設(shè)計開發(fā)。采用 51 系列的單片機(jī)，該單片機(jī)是一個高可靠性，超低價，無法解密，高性 能的8位單片機(jī)，32個10 口，且STC系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便 地實現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。因此選

10、用方案二中的51系列單片機(jī)作為主控芯片2.2顯示模塊的選型和論證方案一:采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對 于顯示文字比較適宜，如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費，且價格也相對較高，所以 不用此種作為顯示。采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價格雖適中，對于顯示數(shù)字也最適宜, 而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時，占用單片機(jī)口線少。但是由于數(shù)碼管動態(tài) 掃描需要借助74LS164移位存放器進(jìn)展移位，該芯片在電路調(diào)試時往往有很多障 礙，所以不采用LED數(shù)碼管作為顯示。采用LCD液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形, 顯示多樣，清晰可見，對于本設(shè)計而言一個

11、 LCD1602的液晶屏即可，價格也還能 承受，需要的借口線較多，但會給調(diào)試帶來諸多方便。所以本設(shè)計中方案三中的LCD1602液顯示屏作為顯示模塊。2.3放大電路的選型和論證方案一:采用集成運放作為放大電路，該電路只需要在外部配置少量電阻電容那么能 完成放大功能，十分方便設(shè)計，但是本設(shè)計需要放大 1HZ到10MHZ勺信號，通頻 帶比較寬，因此對集成運放的要求較高，一般能處理寬帶信號的集成運放本錢比 擬高。采用三極管或者場效應(yīng)管作為放大電路，三極管放大電路所需要原件較為簡 單容易購置，而且電路較為成熟，三極管的價格也十分低廉，而且三極管電路性 能優(yōu)越，是作為一個低本錢的放大電路的不二之選。所以本

12、設(shè)計中選用三極管為放大電路中使用。2.4系統(tǒng)整體設(shè)計概述本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，對系統(tǒng)進(jìn)展初始化，主要完成液晶顯示、頻率 測量、放大整形濾波等功能的控制，起到總控和協(xié)調(diào)各模塊之間工作的作用。放大電路施密特 整形電路100分頻電路液晶顯示模塊丄主控模塊LCD1602單片機(jī)圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，本設(shè)計可分為以下模塊：三極管放大電路、整形電路、分頻電路、液晶模塊。下面對各個模塊的設(shè)計方案逐一進(jìn)展論證分析。3. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1主控模塊主控模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤，溫度傳感器等各種參數(shù)，同時驅(qū)動液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了51系列單片機(jī)中的

13、STC89C5單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。51系列單片機(jī)最初是由In tel公司開發(fā)設(shè)計的，但后來In tel公司把51核 的設(shè)計方案賣給了幾家大的電子設(shè)計生產(chǎn)商，譬如SST、Philip、Atmel等大公司。因此市面上出現(xiàn)了各式各樣的均以 51為核的單片機(jī)。這些各大電子生產(chǎn)商 推出的單片機(jī)都兼容51指令、并在51的根底上擴(kuò)展一些功能而部結(jié)構(gòu)是與 51 一致的。STC89C5有40個引腳，4個8位并行I/O 口，1個全雙工異步串行口，同時 含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。STC89C52勺存儲器系統(tǒng)由 4K的程序存儲器掩膜ROM和128B的數(shù)據(jù)存儲器RAM組成。STC89C5單

14、片機(jī)的根本組成框圖見圖 3-1。P0 P1 P2 P3圖3-1STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖1. 一個8位的微處理器CPU。2. 片數(shù)據(jù)存儲器RAM128B用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié) 果、最終結(jié)果以與欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89系列單片機(jī)最多提供1K的RAM3. 片程序存儲器ROM4KB用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有 一些單片機(jī)部不帶 ROM/EPROM 8031，8032，80C31等。目前單片機(jī)的開展趨 勢是將RAM和ROM都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)展設(shè)計又提高了系 統(tǒng)的抗干擾性。SST公司推出的89系列單片機(jī)分別集成了 16K、32K、64KFlash 存

15、儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。4. 四個8位并行I /O接口 P0P3每個口既可以用作輸入，也可以用作輸 出。5. 兩個定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)展計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實 現(xiàn)計算機(jī)控制。為方便設(shè)計串行通信，目前的52系列單片機(jī)都會提供3個16位 定時器/計數(shù)器。6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只5個中斷源，例如SST89E58RE就有9個中斷源。7. 一個全雙工UART通用異步接收發(fā)送器的串行I /O 口，用于實現(xiàn)單片機(jī) 之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。8. 片振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和

16、微調(diào)電容需要外接。 最高允許振 蕩頻率為12MHz SST89V58RD最高允許振蕩頻率達(dá)40MHz因而大大的提高了指 令的執(zhí)行速度。圖3-2STC89C52單片機(jī)管腳圖局部引腳說明：1. 時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL218腳：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；片它是振蕩電路反相放大器 的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。假設(shè)需采用外部時鐘電路時，該 引腳輸入外部時鐘脈沖。要檢查振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號輸出。XTAL119腳：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片它是振蕩電路反相放 大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。2. 控制信號弓

17、I腳RST,ALE,PSEN和EARST/VPD9腳:RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持備用 電源的輸入端。當(dāng)主電源 Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將+ 5V電源 自動兩個機(jī)器周期24個時鐘振蕩周期的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。RST引 腳的第二功能是VPD,即接入RST端，為RAM提供備用電源，以保證存儲在RAM中 的信息不喪失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運行。ALE/PROG30腳:地址鎖存允許信號端。當(dāng) 8051上電正常工作后，ALE引 腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fOSC的1/6。CPU訪問片外存 儲器時，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號

18、。平時不訪問片外存儲器時，ALE端也以振蕩頻率的1/6固定輸出正脈沖，因 而ALE信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。 如果想確定8051/8031芯片的好 壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出。如有脈沖信號輸出，那么 8051/8031根本上是好的。ALE端的負(fù)載驅(qū)動能力為8個LS型TTL低功耗甚高速TTL負(fù)載。此引腳的第二功能PROG在對片帶有4KBEPROM勺8751編程寫入固化程序 時，作為編程脈沖輸入端。PSEN29腳：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定 時輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接EPROM勺OE端見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖PSE

19、N端有效，即允許讀出EPROMROM中的指令碼。 PSEN端同樣可驅(qū)動8個LS型TTL負(fù)載。要檢查一個8051/8031小系統(tǒng)上電后 CPU能否正常到EPROJMROM中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN端有無脈沖輸 出。如有那么說明根本上工作正常。EA/Vpp31腳:外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng) EA引腳接高電平時，CPU只訪問片EPROM/ROM執(zhí)行部程序存儲器中的指令，但 當(dāng)PC程序計數(shù)器的值超過0FFFH對8751/8051為4K時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外 程序存儲器的程序。緬入信號 EA引腳接低電平接地時，CPU只訪問外部 EPROM/RO并執(zhí)行外部程序存儲器中的

20、指令，而不管是否有片程序存儲器。對于 無片ROM的8031或8032,需外擴(kuò)EPROM此時必須將EA引腳接地。此引腳的第 二功能是Vpp是對8751片EPRO固化編程時，作為施加較高編程電壓一般12V 21V的輸入端。3. 輸入/輸出端口 P0/P1/P2/P3 :P0 口P0.0P0.7，3932腳：P0 口是一個漏極開路的 8位準(zhǔn)雙向I/O 口。 作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8個LS型TTL負(fù)載。當(dāng)P0 口作為輸入 口使用時，應(yīng)先向口鎖存器地址80H寫入全1,此時P0 口的全部引腳浮空，可 作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在CPU訪問 片外存儲器時，P

21、0口分時提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間， P0 口部上拉電阻有效。P1 口P1.0P1.7，18腳：P1 口是一個帶部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向I/O 口。P1 口每位能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。在P1 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向 P1 口鎖存地址90H寫入全1,此時P1 口引腳由部上拉電阻拉成高電平。P2 口 P2.0P2.7，2128腳：P2 口是一個帶部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向I/O 口。P 口每位能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。在訪問片外 EPROM/RA時，它輸出高 8位地址。P3 口 P3.0P3.7，1017腳：P3 口是一個帶部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向I/O 口。P3 口每位

22、能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3 口與其它I/O端口有很大的區(qū)別， 它的每個引腳都有第二功能，如下：P3.0 : RXD串行數(shù)據(jù)接收。P3.1 : RXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送。P3.2 : INT0#外部中斷0輸入。P3.3 : INT1#外部中斷1輸入。P3.4 : T0定時/計數(shù)器0的外部計數(shù)輸入。P3.5 : T1定時/計數(shù)器1的外部計數(shù)輸入。P3.6 : (WR#外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7 : (RD#)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。STC89C5系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級 中斷效勞嵌套。由片特殊功能存放器中的中斷允許存放器 IE控制CPU是否響應(yīng)中 斷請求；由中斷

23、優(yōu)先級存放器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級各中斷同時 提出中斷請求時，由部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定 時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進(jìn)展計數(shù)。STC89C5單片機(jī)集成有兩個可編程的 定時/計數(shù)器：TO和T1,它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計 數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖圖3-3為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖，單片機(jī)最小系統(tǒng)有單片機(jī)、時鐘電路、復(fù) 位電路組成，時鐘電路選用了 12MHZ勺晶振提供時鐘，作用為給單片機(jī)提供一個 時間基準(zhǔn)，其中執(zhí)行一條根本指令需要的時間為一個

24、機(jī)器周期，單片機(jī)的復(fù)位電 路，按下復(fù)位按鍵之后可以使單片機(jī)進(jìn)入剛上電的起始狀態(tài)。圖中10K排阻為P0口的上拉電阻，由于P0 口跟其他IO結(jié)構(gòu)不一樣為漏極開路的結(jié)構(gòu)，因此要加上 拉電阻才能正常使用。3.2 LCD液晶顯示器簡介由于本設(shè)計中要求顯示界面顯示一些參數(shù)，因此這里選用了LCD1602作為界面顯示，可以把一些相關(guān)的參數(shù)進(jìn)展顯示。液晶顯示器(LCD)英文全稱為Liquid Crystal Display，它一種是采用了液晶 控制透光度技術(shù)來實現(xiàn)色彩的顯示器。和CRT顯示器相比，LCD的優(yōu)點是很明顯的。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時，液晶也保持不變，這 樣就無須考慮刷新率的問題

25、。顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示局部用 的是LCD液晶模塊，采用一個16X 2的字符型液晶顯示模塊。點陣圖形式液晶由M行X N列個顯示單元組成，假設(shè) LCD顯示屏有64行, 每行有128列，每8列對應(yīng)1個字節(jié)的8個位，即每行由16字節(jié)，共 16X 8=128個點組成，屏上 64X16個顯示單元和顯示 RAM區(qū)1024個字節(jié)相對 應(yīng)，每一字節(jié)的容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。一個字符由6X 8或8X8點陣組成，即要找到和屏上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM區(qū)的8個字節(jié)，并且要使每 個字節(jié)的不同的位為 1，其它的為 0,為 1的點亮，為 0的點暗， 這樣一來就組成某個字符。但

26、對于帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較 簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD上開場顯示的行列號與每行的 列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。液晶模塊簡介LCD1602液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強(qiáng)的指令 集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機(jī)MCU!訊可采用8位或4 位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位存放器，指令存放器IR和 數(shù)據(jù)存放器DR忙標(biāo)志BF，顯示數(shù)RA DDRAM字符發(fā)生器ROMACGOROM 字符發(fā)生器RAMCGRA地址計數(shù)器RAM(AC。IR用于存放指令碼，只能

27、寫入 不能讀出，DR用于存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由部操作自動寫入DDRAI和 CGRA嘛者暫存從 DDRAI和 CGRA讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于部模式，不響應(yīng)外部操作 指令和承受數(shù)據(jù)，DDTAMH來存儲顯示的字符，能存儲 80個字符碼，CGRO由8 位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的 對應(yīng)關(guān)系，CGRAMI為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅 64字節(jié)，可以自 定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAI和 CGRAI的 地址，如果地址碼隨指令寫入IR,那么IR自動把地址碼裝入AC,同時選擇DDRAM 或CGRAMLCD

28、1602液晶模塊的引腳圖如圖3-4所示。圖3-4LCD1602引腳圖液晶存放器選擇控制如表3-1 o表3-1存放器選擇控制RSR/W操作說明00寫入指令存放器去除屏等01讀busy flagDB7，以與讀取位址計數(shù)器DB0DB6 值10寫入數(shù)據(jù)存放器顯示各字型等11從數(shù)據(jù)存放器讀取數(shù)據(jù)323液晶顯示局部與STC89C52勺接口如圖3-5所示。用STC89C52勺P0 口作為數(shù)據(jù)線，用 P1.2、P1.1、P1.0分別 作為LCD的EN R/W RS其中EN是下降沿觸發(fā)的片選信號，R/W是讀寫信號， RS是存放器選擇信號本模塊設(shè)計要點如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置 接口數(shù)據(jù)位為8位，顯示

29、行數(shù)為1行，字型為5X7點陣，然后設(shè)置為整體顯示， 取消光標(biāo)和字體閃爍，最后設(shè)置為正向增量方式且不移位。向LCD的顯示緩沖區(qū)中 送字符，程序中采用2個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯 示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示首先取一個要顯示的字 符或數(shù)據(jù)送到LCD的顯示緩沖區(qū)，程序延時2.5ms,判斷是否夠顯示的個數(shù)，不夠 那么地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。圖 3-5LCD1602 與 STC89C52的接口-孑3.3三極管放大電路設(shè)計圖3-6三極管放大電路由于單片機(jī)只能讀取數(shù)字信號，當(dāng)輸入的信號比較小的時候單片機(jī)不能直接讀取， 因此這里使用了一級三極管放大電路

30、對輸入的信號進(jìn)展放大，其中電路中的R4和R5給三極管的基極提供和適宜偏置?；鶚O電壓可以由以下公式求得。Vb =VCC? R5R4+ R51.25由于三極管的基極和發(fā)射極之間的壓降為0.65V，因此發(fā)射機(jī)的電壓可以由以下公式求得：Ve= Vb- 0.65= 0.6由于ICIE,IE=Ve/R60.88ma,因此Vc=VCC-le*R3=2.64V。因此三極管放大 電路的集電極輸出端的直流靜態(tài)工作點為 2.64V。因為本設(shè)計只處理信號，因此三極管放大電路的輸入端采用的大電容進(jìn)展交 流耦合進(jìn)而隔絕交流成分，為了使整個頻率計能測量更小幅值的周期信號，這個 電路用旁路電容對發(fā)射極電阻進(jìn)展旁路從而提高其交

31、流放大倍數(shù)，放大倍數(shù)A可以由以下公式求得。A R3/(R6/R C/R c5)其中&4為C4交流等效阻抗，F(xiàn)C5為C4交流等效阻抗。但是放大倍數(shù)最終會受 限于三極管的B三極管的電流放大系數(shù)。因此最終放大倍數(shù)會限制在數(shù)百倍， 由于這里只需要把輸入的周期信號放大到足夠大就可以通過整形電路整形成方波， 因此這里放大倍數(shù)不需要很準(zhǔn)確，放大后的波形出現(xiàn)截止失真也不會對測量結(jié)果 造成。3.4整形模塊設(shè)計施密特觸發(fā)器也有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器 采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號電位維持；對于負(fù)向遞減和正向遞增兩種 不同變化方向的輸入信號，施密特觸發(fā)器有不同的閾值電壓。門電路有一個

32、閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下 降到閾值電壓時電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與 普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù) 向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的 輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路 狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓。正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差 稱為回差電壓。原理示意圖如圖3-7所示。圖3-7施密特觸發(fā)器原理示意圖74HC14是一款高速CMO器件，74HC14引腳兼容低功耗肖特基TTLLSTTL 系列。74HC14遵循JEDE

33、(標(biāo)準(zhǔn)no.7A。74HC14實現(xiàn)了 6路施密特觸發(fā)反相器，可 將緩慢變化的輸入信號轉(zhuǎn)換成清晰、無抖動的輸出信號。其芯片引腳圖如圖3-8所示，芯片真值表如圖3-9所示。圖3-8 74HC14芯片引腳圖In put輸入output輸出AYLHHL圖3-9 74HC14真值表由于三極管放大電路輸出的信號不是標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，存在著上升沿不夠陡 峭，波形類似于正弦波等問題，為了使單片機(jī)對信號更好的采集，這里使用了施 密特觸發(fā)器74HC14對三極管放大電路輸出的信號進(jìn)展整形。電路圖如圖3-10所示。圖3-10施密特觸發(fā)器電路原理圖其中輸入信號從芯片的1號腳輸入，74HC14本身是一個芯片部帶有6個施密

34、特觸發(fā)器，我這里為了充分利用芯片使用了其中三個，實際上可以只使用一個。 整形后的信號從芯片的6號腳輸出。3.5分頻模塊設(shè)計分頻電路一般采用十進(jìn)制計數(shù)器如 74HC290 74HC390等來實現(xiàn)時間計數(shù)單元 的計數(shù)功能。本次設(shè)計中選擇 74HC390由其部邏輯框圖如圖3可知，其為雙 2-5-10異步計數(shù)器，并每一計數(shù)器均有一個異步清零端高電平有效。由于我們要設(shè)計的是100分頻電路，因此74HC390部兩個計數(shù)器都用上，分別都設(shè)置成 10計數(shù)器。71037T7圖3-11 74HC390部邏輯框圖由于單片機(jī)運行速度有限，單片機(jī)運行一條根底指令需要1個機(jī)器周期即12個是時鐘周期，換算成時間為1US。因

35、此當(dāng)頻率過高的時候單片機(jī)就不能很準(zhǔn)確 的換算出頻率。為了解決這個問題，這設(shè)計參加了一個100分頻的計數(shù)器。當(dāng)頻率高于200KHZ勺時候單片機(jī)計算分頻后的信號，當(dāng)頻率低于200KHZ勺時候計算分頻前的信號。這樣上下搭配可以擴(kuò)大單片機(jī)的測量頻率。最終換算出其真實對 應(yīng)的頻率并在液晶上顯示。其中電路圖如圖 3-12所示。1圖3-12 74HC390分頻電路原理圖4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計4-1系統(tǒng)主流程圖單片機(jī)上電后會先進(jìn)展一個初始化把設(shè)置的變量的值清0,然后開啟定時器首先對100分頻后的輸入信號進(jìn)展1S計數(shù)，當(dāng)測量到頻率大于200KHZ勺時候，單 片時機(jī)顯示出當(dāng)前測量的頻率和周期，然

36、后進(jìn)展下一次計數(shù)，當(dāng)測量到的頻率少 于200KHZ的時候，單片時機(jī)重新采集分頻前的數(shù)據(jù)，把測量到的數(shù)據(jù)顯示出來， 然后再進(jìn)入到下一次的計數(shù)。取字符代碼設(shè)置DDRA地址，在第一行顯示設(shè)置顯示數(shù)據(jù)首地址循環(huán)量設(shè)置取字符代碼圖4-2 LCD1602初始化子函數(shù)流程圖首先先調(diào)用液晶自定義的字庫，設(shè)置好 DDRA地址后在第一行顯示，根據(jù)程 序中的數(shù)據(jù)設(shè)置顯示數(shù)據(jù)的首地址并設(shè)置循環(huán)量，在循環(huán)過程中不斷的取字符代 碼直到終止，第二行的顯示過程同一行的顯示過程一樣，兩行顯示完畢后便完畢 子程序。4.2程序設(shè)計原理軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計結(jié)合進(jìn)展，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由 軟件完成，在硬件電路設(shè)計根本定

37、型后，也就根本上決定下來了。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計做一個總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為 兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示， 打印，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和 操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設(shè)計方法 各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。軟件任務(wù)分析時，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進(jìn)展功能 定義和接口定義輸入輸出定義。在各執(zhí)行模塊進(jìn)展定義時，將要牽扯到的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能

38、和鍵盤設(shè)置選 擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編 程，而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個廠長就 比較難了。軟件任務(wù)分析的另一個容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。整個系統(tǒng)軟件 可分為后臺程序 背景程序 和前臺程序。 后臺程序指主程序與其調(diào)用的子程序， 這類程序?qū)崟r性要求不是太高，延誤幾十 ms甚至幾百ms也沒關(guān)系，故通常將 監(jiān)控程序鍵盤解釋程序，顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后 臺程序中執(zhí)行；而前臺程序安排一些實時性要求較高的容，如定時系統(tǒng)和外部中 斷如掉電中斷。也可以將全部程序均安排在前臺，后臺程序為“使系統(tǒng)進(jìn)入睡

39、眠狀態(tài)，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。5. 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件調(diào)試頻率計的電路較為復(fù)雜，涉與的模塊比較多，其中包含三極管放大模塊，整 形模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，液晶模塊和分頻模塊，因此對于焊接方面更是不 可輕視，龐大的電路系統(tǒng)中只要出于一處的錯誤， 那么會對檢測造成很大的不便， 而且電路的交線較多，對于各種鋒利的引腳要注意處理，否那么會刺破帶有包皮 的導(dǎo)線，那么會對電路造成短路現(xiàn)象。在制作硬件電路之前，我們先根據(jù)實際需要的功能劃分硬件模塊，并且在 PR OTEL里面畫出其硬件原理圖和PCB圖，檢查無誤后開場在萬用板上焊接。在本頻率計的硬件調(diào)試中遇到了很多的問題?；叵脒@些問題只要認(rèn)真多思考 都是可

40、以防止的，以下為主要的問題：問題 1：一開場三極管放大電路總是不能放大交流信號，輸出總是一個直流電壓 解決：經(jīng)過查找相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)三極管的 1 腳和 3腳焊接反了剛好轉(zhuǎn)了 180 度，改正后便可正常工作。問題 2：開場的時候液晶屏幕總是顯示方格，不能正常顯示容 解決：經(jīng)過查找芯片手冊，知道LCD1602有一個管腳是專門負(fù)責(zé)調(diào)解比照度 的，一開場的時候直接接高電平因此不能正常顯示，后來因引腳連接到一個電位 計的中間抽頭，通過電位器就可以改變液晶的比照度。5.2 軟件調(diào)試 頻率計系統(tǒng)是一個比較復(fù)雜的數(shù)字型系統(tǒng)，所以對于它的程序也較為復(fù)雜 , 所以在編寫程序和調(diào)試時出現(xiàn)了相對較多的問題。首先為了更好

41、的測試效果，我 最開場是直接在PROTUE軟件下進(jìn)展仿真，在確定無誤后，再把程序燒錄到實物 中運行。最后經(jīng)過屢次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件 上的各種問題。在軟件的調(diào)試過程中主要遇到的問題如下： 問題：燒入程序后，LCD液晶顯示閃動,而且亮度不均勻。解決：首先對調(diào)用的延時進(jìn)展逐漸修改，可以解決顯示閃動問題。其次，由 于本作品使作動態(tài)掃描方式顯示的數(shù)字，動態(tài)掃描很快，人的肉眼是無法看出 , 但是調(diào)用的顯示程序時，如果不在反回時屏蔽掉最后的附值，那么會出現(xiàn)很亮的 現(xiàn)象，所以在顯示的后面加了屏蔽子令，最后解決了此問題。6. 結(jié)論通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了不少課本上沒有的知識，也

42、鍛煉了自己的動手 能力，將以前學(xué)過的零散的知識串到一起。經(jīng)過我長時間的設(shè)計與調(diào)試，本系統(tǒng) 根本能實現(xiàn)頻率計系統(tǒng)的所有功能。缺乏之處有：1. 硬件的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高 2. 系統(tǒng)界面人性化還缺乏。我的綜合設(shè)計主要涉與硬件和軟件兩方面的容，通過這些我的硬件和軟件開 發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，根本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做 的工作。根本掌握了 Protel99SE 原理圖的方法，并設(shè)計了一個單片機(jī)最小系統(tǒng)。 通過開發(fā)板的設(shè)計和硬件搭建的過程， 使我對 51 系單片機(jī)的接口有了更深層次的 理解，熟悉了一些單片機(jī)常用的外圍電路引腳和連接方法，如LCD液晶等。并且我學(xué)會了分析問題解決問題的

43、能力，加深了對所學(xué)理論知識的理解和運用。我的 動手能力得到了很大的提高，創(chuàng)新意識得到了鍛煉。 參考文獻(xiàn)2 吳運昌模擬電子線路根底 ：華南理工大學(xué)， 2004 年3 閻石數(shù)字電子技術(shù)根底 ：高等教育， 1997年4 曉麗等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 ：機(jī)械工業(yè)， 2002 年 馬忠梅等.ARM&Linux嵌入式系統(tǒng)教程.：航空航天大學(xué)，2004年6 建忠單片機(jī)原理與應(yīng)用 ：電子科技大學(xué)， 2002年7 志軍等 . 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 M. 機(jī)械工業(yè)， 20048 周潤景等.Proteus 在MCS-51 &ARM系統(tǒng)中的應(yīng)用百例M.電子工業(yè)，20069 馬忠梅等.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計M.航空航天大學(xué)，

44、200610 樹中，書膺， 王春平.單片機(jī)和液晶顯示驅(qū)動器串行接口的實現(xiàn) J. 微計算機(jī) 信息， 2007附錄系統(tǒng)整體原理圖系統(tǒng)仿真圖LtEiug(4liB-rnL:1X12a= ALE元件清單yr矩 2也1|1211RS/ |P1.1 |-RW/ |P1.2 |-E/ |P0 |-DB/ |P3.4 卜19999hz的輸入/ |P3.5 |-19999KHZ輸入分頻后*#in elude un sig ned long int fre;unsigned char time; unsigned int count;unsigned int count1;/ 端口與函數(shù)說明sbitLCD_RS=

45、PMO;/片選信號sbitLCD_RW=P1A1;/讀寫信號sbitLCD_E=P1A2;/使能信號#define LCD_DB PO / 數(shù)據(jù)信號unsigned char character1O=O;/ 在屏幕上顯示的字符串 unsigned char character_1=fre= Hz;unsigned char FLAG = O;void LCD_init(void);/ 初始化函數(shù)void LCD_write_command(unsigned char command);/ 寫指令函數(shù)void LCD_write_data(unsigned char dat);/ 寫數(shù)據(jù)函數(shù)vo

46、id LCD_disp_char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char dat);/ 在某個屏幕位置上顯示一個字符 ,XO-15),y(1-2) void delay_n4Ous(unsigned int n);/ 延時函數(shù)void timer_init();/中斷初始化函數(shù)/ 延時函數(shù)/ void delay_n4Ous(unsigned int n) unsigned int i;unsigned char j;for(i=n;iO;i-)for(j=O;j2;j+);void delay_1s()unsigned int i,j;fo

47、r(i = O;i1OO;i+)for(j = O;j1OOO;j+);void LCD_init(void) / 液晶初始化函數(shù)LCD_write_command(0x38);/ 設(shè)置 8 位格式， 2 行， 5x7LCD_write_command(0x38);/ 設(shè)置 8 位格式， 2 行， 5x7LCD_write_command(0x38);/ 設(shè)置 8位格式， 2行， 5x7 切記要寫三遍！LCD_write_command(0x0c);/ 整體顯示，關(guān)光標(biāo)，不閃爍LCD_write_command(0x06);/ 設(shè)定輸入方式，增量不移位LCD_write_command(0x0

48、1);/ 去除屏幕顯示 delay_n40us(100);/ 清屏延時void LCD_write_command(unsigned char dat) / 寫命令函數(shù) LCD_DB=dat;LCD_RS=O;指令LCD_RW=O;/寫入LCD_E=1; / 使能LCD_E=O; delay_n4Ous(1);/ 寫命令延時void LCD_write_data(unsigned char dat) / 寫數(shù)據(jù)函數(shù) LCD_DB=dat;LCD_RS=1;數(shù)據(jù)LCD_RW=O;/寫 入LCD_E=1;/ 使能LCD_E=O; delay_n4Ous(1); / 寫數(shù)據(jù)延時void LCD_disp_char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char dat)/ 顯示一個字符unsigned char address;if(y=1) address=Ox8O+x;/ 顯示在第一排的時候的 x 的地址elseaddress=OxcO+x;/ 顯示在第二排的時候的 x 的地址LCD_write_command(address); / 輸入地址 LCD_write_data(dat); / 輸入數(shù)據(jù)void LCD_disp_num(unsigned char x,unsigned char y,unsigned ch