基于51單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、摘 要 在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種,其中電子計(jì)數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測量過程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測量的重要手段之一。電子計(jì)數(shù)器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時(shí)間內(nèi)測量被測信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)；二是間接測頻法，如周期測頻法。直接測頻法適用于高頻信號(hào)的頻率測量，間接測頻法適用于低頻信號(hào)的頻率測量。本文闡述了基于通用集成電路設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的數(shù)字頻率計(jì)的過程。關(guān)鍵詞：頻率，信號(hào)，周期AbstractIn electronic technolog

2、y,the frequency is the most basic one of the parameters,andwith a number of electrical parameters of the measurement program,measurement more important,There are several ways of mesuring frequency,in which electronic counter the frequency with high precision,easy to use ,quick measurements,and is ea

3、sy to realize the advatages of automaion of measurement process is an important means of frequency measurement.Electronic Counter Frequency Measurement There are two ways:First,the directfrequency measurement method,thatis,the gate in a certain period of time measured the number of measured signal p

4、ulse;2is indirect frequency measurement method,such as cycle frequency measurement method.Direct frequency measurement method for high-frequency signals offrequency measurement,indirect frequency measurement method for low-frequency signald of frequency measurement.In this paper,based on a commom in

5、tegrated circuit design of a simple digital frequency meter process. Key words:frequency,signal,period 目目 錄錄摘要.一、引言（一）數(shù)字頻率計(jì)概述.1（二）問題提出.1（三）設(shè)計(jì)思想.1二、方案論證與比較（一）方案選擇.21、總體方案比較.22、測頻方案比較.2（二）測頻原理.2三、數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)（一）數(shù)字頻率計(jì)原理.41、數(shù)字頻率計(jì)的基本組成.42、數(shù)字頻率計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo).5（二）數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì).51、硬件電路設(shè)計(jì).52、軟件的設(shè)計(jì).73、軟件仿真.9四、基本元器件的闡述（一）AT89

6、S52 簡介 .91、主要功能特性.102、引腳功能.11（二）555 定時(shí)器 .111、555 定時(shí)器及其應(yīng)用 .112、施密特觸發(fā)器.12五、結(jié)束語（一）總結(jié).13致謝.14參考文獻(xiàn).15附錄.16一、引言 （一）數(shù)字頻率計(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)，方波信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間變化的物理量。由于其使用十進(jìn)制顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到頻率計(jì)。（二）問題提出中國電子測量儀器，隨著世界高科技發(fā)展的潮流，走進(jìn)了高科技發(fā)展的道路，在若干重大領(lǐng)域取得

7、了突破性進(jìn)展，為我國電子測量儀器走向世界水平奠定了良好的基礎(chǔ)。在數(shù)字化時(shí)代，研究員和其他工作人員對(duì)基礎(chǔ)測量儀器的要求越來越高，作為基礎(chǔ)測量儀器之一的頻率計(jì)必將有新的發(fā)展。于是測量儀技術(shù)指標(biāo)上不斷提高，如測頻精度高、抗干擾能力強(qiáng)等。以滿足不同層次用戶的測試要求。近幾年，數(shù)字化儀器在迅速發(fā)展，我國也在不斷研究推出各種新型數(shù)字化儀器，以適應(yīng)當(dāng)今科技發(fā)展。在電子領(lǐng)域中，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測技術(shù)的日益革新。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價(jià)格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機(jī)到音響汽車等等，處處可見。因此，可以說單片機(jī)

8、技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測信號(hào)頻率的儀器，被測信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎梢詫?duì)多種物理量進(jìn)行測試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。 因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。數(shù)字頻率計(jì)作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的一般可以完全由硬件電路搭接而成，如采用基于 555 定時(shí)器電路的多功能數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)便是可取的路徑之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在一些缺點(diǎn)，且測頻精度也不如單片機(jī)的高。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要

9、用到頻率計(jì)。利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)頻率計(jì)，其測頻精度高。且線路相對(duì)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，系統(tǒng)穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。（三）設(shè)計(jì)思想利用施密特觸發(fā)器將邊緣緩慢變化的周期性信號(hào)如正弦波、三角波或任意形狀的模擬信號(hào)變換成同頻率的矩形脈沖。通過 MCS-51 系列單片機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)數(shù)器測量某段時(shí)間內(nèi)的外加脈沖數(shù)，經(jīng)過處理并通過數(shù)碼管直接顯示出所加信號(hào)的頻率。單片機(jī)內(nèi)部的 T0用來定時(shí)，T1用來計(jì)數(shù)（下降沿觸發(fā)）。當(dāng)來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖則計(jì)數(shù)一次。在 T0開始定時(shí)的同時(shí)，T1開始計(jì)數(shù)；T0定時(shí) 1s 時(shí)間到時(shí)，T1停止計(jì)

10、數(shù)。方框圖如圖 1.1所示。 圖 1.1二、方案論證與比較（一）方案選擇1、總體方案比較方案一：采用數(shù)字邏輯電路制作，用 IC 拼湊焊接實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是直接用現(xiàn)成的 IC組合而成，簡單方便，但由于使用的器件較多，連線復(fù)雜，體積大，功耗大，焊點(diǎn)和線路較多將使成品穩(wěn)定度與精確度大打折扣。方案二：采用復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）制作，利用 EDA 軟件編程，下載燒制實(shí)現(xiàn)。將所有器件集成在一塊芯片上，體積大大減小的同時(shí)還提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA 軟件仿真，調(diào)試，每個(gè)設(shè)計(jì)人員都可以利用軟件代碼，提高開發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。易于進(jìn)行功能擴(kuò)展，可以利用頻率計(jì)的核心技術(shù)，改造成其它產(chǎn)品。實(shí)

11、現(xiàn)方法靈活，調(diào)試方便，修改容易。比較以上兩種方案，易見采用后者更優(yōu)。2、測頻方案比較方案一：完全按定義式 F=N/T 進(jìn)行測量。在門限時(shí)間 Tpr 內(nèi)，用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，獲得數(shù)值 N，頻率由于公式計(jì)算得出。此方案為傳統(tǒng)的測頻方案，其測量精度將隨被測信號(hào)頻率的下降而降低。方案二：對(duì)被信號(hào)的周期進(jìn)行測量，再利用 F=1/T 可得頻率。此方案當(dāng)被測信號(hào)的周期較短時(shí)，會(huì)使精度大大下降。方案三：等精度測頻，按定義式 F=N/T 進(jìn)行測量。被測信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在相同門限時(shí)間 Tpr 內(nèi)，同時(shí)分別計(jì)數(shù)，而后對(duì)比得出被測信號(hào)頻率 Fx。此方案測頻精度將不會(huì)隨被測信號(hào)頻率的下降而降低；在相同的門限時(shí)間內(nèi)測量精度恒定

12、不變。綜上所述，選用第三種測頻方案。（二）測頻原理根據(jù)前面一節(jié)所述，下面詳細(xì)介紹等精度測頻原理：為了提高測頻的精度,采用等精度測頻方法。等精度測頻的實(shí)現(xiàn)方法可以用圖 2.1 來簡化說明。 圖 2.1 等精度測頻原理框圖圖 2.1 中的門控信號(hào)是可預(yù)置的寬度為 Tpr 的一個(gè)脈沖。COUNT1 和 COUNT2 是兩個(gè)可控計(jì)數(shù)器。標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)從 COUNT1 的時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入，其頻率為 Fs；經(jīng)整形后的被測信號(hào)從 COUNT2 的時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入，設(shè)實(shí)際頻率為 Fxe，被測量頻率為Fx。當(dāng)門控信號(hào)為高電平時(shí)，被測信號(hào)的上沿通過 D 觸發(fā)器的 Q 端同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器COUNT1 和

13、 COUNT2，對(duì)被測信號(hào) Fx 和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) Fs 同時(shí)計(jì)數(shù)。當(dāng)門控信號(hào)為低電平，隨后而至的被測信號(hào)的上沿將使這兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)關(guān)閉。設(shè)在一次門控時(shí)間 Tpr 中對(duì)被測信號(hào)計(jì)數(shù)值為 Nx，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的計(jì)數(shù)值為 Ns。則： （2-1）FxFs=NxNs就可以得到被測信號(hào)的頻率值為： （2-2）FsFx=NxNs誤差分析如下：在一次測量中，由于 Fx 計(jì)數(shù)的起停時(shí)間都是由該信號(hào)的上升沿觸發(fā)的，在 Tpr 時(shí)間內(nèi)對(duì) Fx 的計(jì)數(shù) Nx 無誤差；在此時(shí)間內(nèi) Fs 的計(jì)數(shù) Ns 最多相差一個(gè)脈沖，即有，| et|1則下式成立： （2-3）FxFs=NxNs （2-4）FxeFs=NxNs+ et由式（

14、2-3） ， （2-4）得： （2-5）FsFx=NxNs門控信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)被測信號(hào)清零信號(hào)D QCOUNT1CLKEN CLK OUT1CLRCOUNT2CLKEN CLK OUT2CLR （2-6）FsFxe=NxNs+ et根據(jù)相對(duì)誤差公式有： （2-7）Fxe| Fxe-Fx |=FxeFxe將（2-5） ， （2-6）代入（2-7）整理得： （2-8）Fxe| et |=FxeNs又因?yàn)椋?（2-9）| et|1所以： （2-10）| et |1NsNs即有： （2-11）Fxe1| |=FxeNs其中： （2-12）Ns=Tpr Fs由以上推導(dǎo)結(jié)果可得出下面結(jié)論：1、相對(duì)測量誤差與頻

15、率無關(guān)。2、增大 Tpr 或提高 Fs，可以增大 Ns，減少測量誤差，提高測量精度。3、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差為，由于晶體的穩(wěn)定度很高，標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差可以進(jìn)行校準(zhǔn)。FsFs4、等精度測頻方法測量精度與預(yù)置門寬度和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)，與被測信號(hào)的頻率無關(guān)。在預(yù)置門時(shí)間和常規(guī)測頻閘門時(shí)間相同而被測信號(hào)頻率不同的情況下，等精度測量法的測量精度在整個(gè)測量范圍內(nèi)保持恒定不變，而常規(guī)的直接測頻法(在低頻時(shí)用測周法，高頻時(shí)用測頻法)，其精度會(huì)隨著被測信號(hào)頻率的下降而下降。三、數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)（一）數(shù)字頻率計(jì)原理1、數(shù)字頻率計(jì)的基本組成（1）測量控制電路，由一塊 CD4017 和一塊 74LS04 構(gòu)成，其 CP 端輸入 1s

16、脈沖信號(hào)，輸出 Q2 用于計(jì)數(shù)器清零，Q1 經(jīng)過一個(gè)非門用于鎖存，Q0 經(jīng)過一個(gè)非門用于計(jì)數(shù)測頻。（2）計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器以待測信號(hào)作為時(shí)鐘，清零信號(hào) clear 到來時(shí)，異步清零：test-en 為高電平時(shí)開始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)是以十進(jìn)制數(shù)顯示，如果需要測試較高的頻率信號(hào)，則將 dout 的輸出位數(shù)增加，當(dāng)然鎖存器 位數(shù)也要增加。（3）鎖存器，當(dāng) test-en 下降沿到來時(shí)，將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值鎖存，這樣可由外部的七段譯碼器譯碼并在數(shù)碼管顯示。設(shè)置鎖豐器的好處是暗淡無光的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，不會(huì)由于周期性的清零信號(hào)而不斷閃爍。鎖存器的位數(shù)應(yīng)跟計(jì)數(shù)器完全一增。（4）電源電路，5V 穩(wěn)壓輸出供數(shù)字電路使用。工作原理：數(shù)

17、字頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制數(shù)字來暗淡顯示被測信號(hào)頻率的一種測量裝置。它不僅可以測量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號(hào)和其他具有周期特性的信號(hào)的頻率，而且還可以測量它們的周期。數(shù)字頻率計(jì)由一個(gè) 1 秒鐘脈沖產(chǎn)生電路、一個(gè)測量控制電路、一個(gè)計(jì)數(shù)器、一個(gè)鎖存器和電源電路組成。數(shù)字頻率計(jì)是測 1 秒鐘脈沖產(chǎn)生電路。設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)一個(gè)測頻率控制信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生測量頻率的控制時(shí)序?？刂茣r(shí)鐘信號(hào)取為 1Hz，2 分頻后即可產(chǎn)生一個(gè)脈寬為 1 秒的時(shí)鐘 test-en，以此作為計(jì)數(shù)閘門信號(hào)。當(dāng) test-en 為高電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)；當(dāng) test-en 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)鎖存信號(hào)，將計(jì)數(shù)值保

18、存起來；鎖存數(shù)據(jù)后，還要在下次 test-en 上升沿到來之前產(chǎn)生零信號(hào) clear，將計(jì)數(shù)器清零，為下次計(jì)數(shù)作準(zhǔn)備。2、數(shù)字頻率計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)（1）頻率準(zhǔn)確度一般用相對(duì)誤差來表示，即（+）式中，為量化誤xxffxTf1ccffxTf1NNN1差（即1 個(gè)字誤差） ，是數(shù)字儀器所特有的誤差，當(dāng)閘門時(shí)間 T 選定后，越低，量化xf誤差越大；為閘門時(shí)間相對(duì)誤差，主要由時(shí)基電路標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度決定，ccffTT。ccffxTf1（2）頻率測量范圍在輸入電壓符合規(guī)定要求值時(shí)，能夠正常進(jìn)行測量的頻率區(qū)間稱為頻率測量范圍。頻率測量范圍主要由放大整形電路的頻率響應(yīng)起決定。（3）數(shù)字顯示位數(shù)頻率計(jì)的數(shù)字顯示

19、位數(shù)決定了頻率計(jì)的分辨率。位數(shù)越多，分辨率越高。（4）測量時(shí)間頻率計(jì)完成一次測量所需要的時(shí)間，包括準(zhǔn)備、計(jì)數(shù)、鎖存和復(fù)位時(shí)間。（二）數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)1、硬件電路設(shè)計(jì)（1）計(jì)數(shù)脈沖形成電路：用 555 定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器對(duì)外加的周期波進(jìn)行變換，使之輸出為矩形脈沖。如圖 3.1 所示圖 3.1 計(jì)數(shù)脈沖形成電路（2）計(jì)數(shù)顯示電路主要包括：a、由 ATMEL 公司生產(chǎn)、晶振頻率為 12MHZ 的 8051 單片機(jī)。通過軟件編程使它內(nèi)部的定時(shí)器 T0定時(shí)，T1對(duì)外部的所加脈沖計(jì)數(shù)。然后把測量結(jié)果值通過 P0口輸出。b、用 4 位七段共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。多周期同步測量法的基本思路是使被測信

20、號(hào)與閘門之間實(shí)現(xiàn)同步化，從而從根本上消除了在閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)的1 量化誤差，使測量精度大大提高。倒數(shù)計(jì)數(shù)器就是基于該方法而設(shè)計(jì)出來的一種具有創(chuàng)新思想的測頻、測周期的儀器。它采用多周期同步測量法，即測量輸入多個(gè)（整數(shù)個(gè)）周期值，再進(jìn)行倒數(shù)運(yùn)算而求得頻率。其優(yōu)點(diǎn)是：可在整個(gè)測頻范圍內(nèi)獲得同樣高的測試精度和分辨率。（3）系統(tǒng)級(jí)方案設(shè)計(jì)在選擇多周期同步等精度測量法的情況下，按照自頂向下的設(shè)計(jì)方法，可以畫出該頻率計(jì)的系統(tǒng)級(jí)框圖，如圖 3.2 所示。根據(jù)測周期、頻率的原理，可以將總體框圖分為三個(gè)子系統(tǒng)：輸入通道（即前置整形電路）該部分主要由模擬電路組成的；多周期同步等精度頻率、周期的測量、控

21、制及功能切換（中間部分） ，該部分基本上由數(shù)字硬件電路組成；單片機(jī)及外圍電路，包括單片機(jī)、數(shù)碼顯示。圖 3.2 頻率計(jì)的系統(tǒng)方框（4）子系統(tǒng)設(shè)計(jì)a輸入通道的設(shè)計(jì)。輸入通道是由前置放大器和整形器組成的，所以要對(duì)前置放大器的增益和帶寬指標(biāo)進(jìn)行估計(jì)。為了能準(zhǔn)確測量信號(hào)，將輸入信號(hào)經(jīng)過一個(gè)放大整形電路。其具體實(shí)施方案為：將輸入信號(hào)經(jīng)過 LM358 運(yùn)放放大，再通過 74LS132 整形，此時(shí)的信號(hào)還不能直接送入單片機(jī)，這是因?yàn)樵谟布?CPU 對(duì) INT0 和 INT1 引腳的信號(hào)不能控制，解決這個(gè)問題要通過硬件，再配合軟件來解決。b預(yù)置閘門時(shí)間發(fā)生電路設(shè)計(jì)。閘門時(shí)間的確定，可以先由一個(gè) 555 定時(shí)

22、器產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，將 555 產(chǎn)生的脈沖信號(hào)送入到 74LS90 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器當(dāng)中，由于 74LS90 具有二-五進(jìn)制混合計(jì)數(shù)的功能，所以可以用它來實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制計(jì)數(shù)，將 74LS90 的輸出接到38 線譯碼器 74LS138 的輸入端，再將譯碼器的輸出端接上五個(gè)發(fā)光二極管，這樣就可以實(shí)現(xiàn)硬件上的閘門時(shí)間控制。但是考慮到硬件實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜性，可以通過軟件上來實(shí)現(xiàn)，就是將五個(gè)發(fā)光二極管直接接到單片機(jī)的 P1 口由軟件上來實(shí)現(xiàn)，通過按鍵來改變它的閘門時(shí)間。c數(shù)碼顯示電路的設(shè)計(jì)。該部分電路是由單向八位移位寄存器 74LS164 和數(shù)碼管組成的?？紤]到精度的問題，取五位計(jì)數(shù)值，采用五片 74LS164 級(jí)

23、聯(lián)，同時(shí)還要顯示頻率和周期的單位，所以還需再級(jí)聯(lián)一塊 74LS164，在 74LS164 的輸出端接六個(gè)單位指示燈，分別表示周期頻率的三個(gè)不同的單位數(shù)量級(jí)，即周期單位 s，ms，s 和頻率單位Hz，KHz 及 MHz。移位寄存器的時(shí)鐘信號(hào)是由單片機(jī)的串行輸出口 TXD 腳控制。2、軟件的設(shè)計(jì)（1）軟件主程序流程圖(見圖 3.3）圖 3.3 軟件主程序流程（2）子程序的設(shè)計(jì)a鍵盤中斷服務(wù)子程序。因該頻率計(jì)的測量項(xiàng)目較多，所以在系統(tǒng)初始化時(shí)，將默認(rèn)測量項(xiàng)目設(shè)置為測頻，且預(yù)置閘門時(shí)間設(shè)置為 1ms。具體做法就是在主程序的系統(tǒng)初始化部分，將測頻選擇鍵的鍵值以及預(yù)置閘門時(shí)間設(shè)置代碼寫入單片機(jī) RAM 單

24、元中去。這樣開機(jī)后即使用戶沒有選擇任何測量項(xiàng)目鍵，也能進(jìn)行頻率測量。b軟件計(jì)數(shù)器子程序。該頻率計(jì)所需要的不同閘門預(yù)置時(shí)間信號(hào)是由單片機(jī)產(chǎn)生的。由于預(yù)置閘門時(shí)間的范圍很寬，最大值為 10s，最小值為 1ms，僅用單片機(jī)中的定時(shí)器硬件是不能實(shí)現(xiàn)的，需采用軟硬件相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)。其具體實(shí)現(xiàn)方案為將 C/T0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為由引腳高電平啟動(dòng)的方式 1 定時(shí)器 T0，初始化將其初值設(shè)為 0.該計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)過程如下：主程序首先將單片機(jī) P1.6 腳置為高電平（邏輯 1）發(fā)出預(yù)置閘門信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)同步電路而產(chǎn)生高電平的同步門信號(hào)，從而使單片機(jī)引腳變?yōu)楦唠娖剑珻/T0 定時(shí)器中的計(jì)數(shù)器就被啟動(dòng)開始計(jì)數(shù)

25、。c數(shù)據(jù)處理子程序。當(dāng)事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值 NA，NB 被讀到單片機(jī)中后，通過調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序，根據(jù)過去讀入并保存在單片機(jī) RAM 單元中的測量項(xiàng)目的鍵值，預(yù)置閘門值代碼，判斷出所要測量的參數(shù)項(xiàng)目，對(duì)計(jì)數(shù)值 NA，NB 進(jìn)行相應(yīng)的處理，求出所測參數(shù)的值和單位，最后應(yīng)將參數(shù)值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼顯示器的段碼（每位包含 5 個(gè)數(shù)字段碼和 1 個(gè)小數(shù)點(diǎn)）以及驅(qū)動(dòng)三個(gè)單位符號(hào)指示燈之一的位碼，作為顯示子程序的輸入數(shù)據(jù)，存放在 9 個(gè) RAM 單元組成的顯示緩沖區(qū)中。對(duì)計(jì)數(shù)值 NA，NB 的處理運(yùn)算要用到除法和乘法，為了提高運(yùn)算精度，應(yīng)當(dāng)采用浮點(diǎn)運(yùn)算。顯然，采用 C 語

26、言來編寫這些運(yùn)算程序可大大提高編程效率。（3）設(shè)計(jì)總原理圖圖 3.4 原理圖3、軟件仿真 圖 3.5 仿真圖四、基本元器件的闡述（一）AT89S52 簡介 AT89S52 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系

27、統(tǒng)提高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)：40 個(gè)引腳（引腳圖中圖 4.1 所示），4k Bytes Flsh 片內(nèi)程序儲(chǔ)器，128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷

28、激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 圖 4.1 管腳圖1、主要功能特性 兼容 MCS-51 指令系統(tǒng) 32 個(gè)雙向 I/O 口 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 全雙工 UART 串行中斷口線 2 個(gè)外部中斷源 中斷喚醒省電模式 看門狗（WDT）電路 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 4k 可反復(fù)擦寫 ISP Flash ROM 4.5-5.5V 工作電壓 時(shí)鐘頻率 0-33MHz 128x8bit 內(nèi)部 RAM 低功耗空閑和省電模式 3 級(jí)加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針2、引腳功能VCC（40）：5V；

29、 GND（20）：接地； P0 口（3932）：P0 口為 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每引腳可吸收 8 個(gè) TTL 門電流； P1 口（18）：P1 口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收和輸出 4 個(gè) TTL 門電流； P2 口（2128）：P2 口為內(nèi)部上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收和輸出 4 個(gè) TTL 門電流； P3 口（1017）：P3 口是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向 I/O 口，可接收和輸出 4 個(gè)TTL 門電流，P3 口也可作為 AT89C51 的特殊功能口； RST（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持

30、RST 引腳 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間； ALE/PROG（30）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的，要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過 1 個(gè) ALE 脈沖； PSEN（29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期 2 次 PSEN 有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這 2 次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)； EA/VPP（31）：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)

31、，外部程序存儲(chǔ)器地址為（0000HFFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP）； XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入；XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。（二）555 定時(shí)器1、555 定時(shí)器及其應(yīng)用555 定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插 8 腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。參數(shù)名稱符

32、號(hào)單位參數(shù)電源電壓VCCV516電源電流ICCmA10閾值電壓VTHVVCC32觸發(fā)電壓VTRVVCC31輸出低電平VOLV1輸出高電平VOHV13.3最大輸出電流IOMAXmA200最高振蕩頻率fMAXKHz300時(shí)間誤差tnS5表 4.1 雙極性型 5G555 的主要性能參數(shù)集成 555 定時(shí)器有雙極性型和 CMOS 型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號(hào)的最后三位數(shù)都是 555，CMOS 型產(chǎn)品型號(hào)的最后四位數(shù)都是 7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。器件電源電壓推薦為 4512V，最大輸出電流 200mA 以內(nèi)，并能與 TTL、CMOS邏輯電平相兼容。其主要參數(shù)見表 4.1。55

33、5 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號(hào)和管腳排列如圖 4.2 所示。(a)555 的邏輯符號(hào)(b)555 的引腳排列圖 4.22、施密特觸發(fā)器電路如圖 4.3 所示，只要將腳 2 和 6 連在一起作為信號(hào)輸入端，即得到施密特觸發(fā)器。圖 4.4 畫出了 Vs、Vi 和 Vo 的波形圖。設(shè)被整形變換的電壓為正弦波 Vs，其正半波通過二極管 D 同時(shí)加到 555 定時(shí)器的 2腳和 6 腳，得到的 Vi 為半波整流波型。當(dāng) Vi 上升到 2/3Vcc 時(shí)，Vo 從高電平轉(zhuǎn)換為低電平；當(dāng) Vi 下降到 1/3Vcc 時(shí)，Vo 又從低電平轉(zhuǎn)換為高電平?；夭铍妷海?VVccVcc=Vcc323131圖 4.3

34、555 施密特觸發(fā)器 圖 4.4 555 施密特觸發(fā)器的波形圖五、結(jié)束語 （一）總結(jié)由于本人的水平有限，完不成老師出的五個(gè)題目。借鑒別人的頻率計(jì)并盡自己的最大能力完成了這個(gè)簡易數(shù)字頻率計(jì)，還好，誤差不是很大。對(duì)于精度要求不是很高的情況下，可用于測量 09999 的低頻頻率。任務(wù)艱巨啊，得加倍學(xué)習(xí)才行，才知道與別人的距離是那么的遠(yuǎn)。通過 10 來天的學(xué)習(xí)，我發(fā)現(xiàn)比以前明顯的有了一些進(jìn)步，以前只是改別人的源程序，進(jìn)步不大，現(xiàn)在自己嘗試著寫出程序，自然遇到的問題就多一些，再去解決學(xué)到的知識(shí)當(dāng)然也就多些，我會(huì)珍惜這次難得的機(jī)會(huì)，努力多學(xué)一些東西。致致 謝謝一個(gè)月的時(shí)間很快過去了，本篇畢業(yè)論文已經(jīng)圓滿完成。在這里首先要感謝院、系領(lǐng)導(dǎo)給予的大力支持，為我們提供了良好的設(shè)計(jì)環(huán)境和必要的測試儀器，感謝指導(dǎo)老師朱浩亮老師給予的悉心指導(dǎo)和不厭其煩的熱情幫助；特別要感謝教過我們單片機(jī)老師聶雄老師以其淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開拓進(jìn)取的精