基于ATS單片機(jī)的簡易頻率計(jì)設(shè)計(jì)(完整資料)

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基于ATS單片機(jī)的簡易頻率計(jì)設(shè)計(jì)(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）簡易頻率計(jì)的設(shè)計(jì)中文摘要頻率測量是電子學(xué)測量中最為基本的測量之一。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,來完成它待測信號(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)器完成待測信號(hào)頻率的測量。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，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，通過單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器的門控時(shí)間，方便對(duì)頻率計(jì)的測量.其待測頻率值使用四位共陽極數(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HYPERLINK\l”_Toc262570583”第一章前言1HYPERLINK\l”_Toc262570584"1.1頻率計(jì)概述1HYPERLINK\l”_Toc262570585"1。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)2HYPERLINK\l”_Toc262570588”2.1測頻的原理22.2總體思路32。3具體模塊3HYPERLINK\l”_Toc262570591”第三章硬件電路具體設(shè)計(jì)53.1。1AT89S52的介紹5HYPERLINK\l”_Toc262570594”3.1。2復(fù)位電路及時(shí)鐘電路63。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11HYPERLINK\l”_Toc262570601"3.4分頻設(shè)計(jì)模塊11HYPERLINK\l”_Toc262570602”3。4。1分頻電路分析11HYPERLINK\l”_Toc262570603”3。4.274LS161芯片介紹123.4。374LS151芯片介紹133.5顯示模塊143.5。1數(shù)碼管介紹153。5。2頻率值顯示電路15HYPERLINK\l”_Toc262570609"3。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)17HYPERLINK\l”_Toc262570611"4。1軟件模塊設(shè)計(jì)17_Toc262570613”4.3顯示子程序194.5應(yīng)用軟件簡介204。5.1Keil簡介21_Toc262570618"第五章頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試23HYPERLINK\l”_Toc262570619”5。1硬件調(diào)試23HYPERLINK\l”_Toc262570620"5.1。1電源模塊調(diào)試235.1。2整形模塊調(diào)試24HYPERLINK\l”_Toc262570622”5。1。3分頻模塊調(diào)試25HYPERLINK\l”_Toc262570623"5。2軟件調(diào)試25HYPERLINK\l”_Toc262570624"5。2.1Pouteus軟件調(diào)試25_Toc262570626"5。3系統(tǒng)調(diào)試27HYPERLINK\l”_Toc262570627”5.3。1系統(tǒng)軟件調(diào)試27HYPERLINK\l”_Toc262570628"5。3。2系統(tǒng)軟硬件調(diào)試27HYPERLINK\l”_Toc262570629”5.4誤差分析28參考文獻(xiàn)24HYPERLINK\l”_Toc262570632”致謝25HYPERLINK\l”_Toc262570633”附錄1第一章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。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)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)簡易的頻率計(jì)能夠粗略的測量出被測信號(hào)的頻率。參數(shù)要求如下：1．測量范圍10HZ—2MHZ；2．用四位數(shù)碼管顯示測量值；3．能根據(jù)輸入信號(hào)自動(dòng)切換量程；4?？梢詼y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(duì)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[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)過基選通門去觸發(fā)主控電路，再通過主控電路以適當(dāng)?shù)木幋a邏輯便得到相應(yīng)的控制指令,用以控制主門電路選通被測信號(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0.5/5.5≈9.1%。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)要求測頻誤差在1‰以下，則N應(yīng)大于1000。通過計(jì)算，對(duì)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。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)測量比較高的頻率采用外部十分頻，測量較低頻率值時(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的頻率測量,而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換功能，四位共陽極動(dòng)態(tài)顯示測量結(jié)果，可以測量正弦波、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: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。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,來完成它待測信號(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)器完成待測信號(hào)周期／頻率的測量。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)待測信號(hào)的放大，降低對(duì)待測信號(hào)幅度的要求。整形電路是對(duì)一些不是方波的待測信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)，便于測量。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)頻率測量范圍,并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差?？捎?4161進(jìn)行外部十分頻.5、顯示模塊：顯示電路采用四位共陽極數(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。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在購買MSC—51設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后，利用自身優(yōu)勢技術(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、看門狗和斷電保護(hù)?？梢栽?V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，簡單的數(shù)字芯片就可以制成下載線,僅僅幾塊錢的價(jià)格讓該型號(hào)單片機(jī)暢銷10年不衰。根據(jù)不同場合的要求,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)行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中,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“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(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“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口功能具體如表1所示.在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié).表1P1口的第二種功能說明表引腳號(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“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。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3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“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口功能如表2P3口的第二種功能說明表引腳號(hào)第二功能P3.0RXD(串行輸入）P3。1TXD（串行輸出）P3.2（外部中斷0）P3.3(外部中斷1）P3.4T0(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)器寫選通)P3.7(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)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?？撮T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P0.0-P0。4、P2.0—P2.7數(shù)碼管頻率值顯示P1。4-P1。6LED單位顯示分頻模塊P1.0—P1。2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=（3～5）T/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),通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達(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)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路,使用起來可靠、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。而后面的閘門或計(jì)數(shù)電路要求被測信號(hào)為矩形波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測量的時(shí)候，首先通過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信號(hào)的強(qiáng)弱的情況.所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較大時(shí),通過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)頻率測量范圍,并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率和周期測量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差?？捎?4161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)器完成待測信號(hào)周期／頻率的測量。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，在被測時(shí)間間隔內(nèi)，每來一個(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)可以用來測量時(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)閘門的控制下可以用來測量待測信號(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)行外部十分頻使測頻范圍達(dá)到2MHz。為了測量提高精度，當(dāng)被測信號(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)測得頻率值;當(dāng)被測信號(hào)頻率值較高時(shí)采用外部十分頻后再計(jì)數(shù)測得頻率值。這兩種情況使用74LS151進(jìn)行通道選擇，由單片機(jī)先簡單測得被測信號(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極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示頻率計(jì)被測數(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)簡單可觀.3.5。1數(shù)碼管介紹常見的數(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)被測信號(hào)的頻率值大小，可以自動(dòng)切換量程單位，無需手動(dòng)切換，便于測量和讀數(shù)，簡單方便。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)開始工作或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測量初始化。測量初始化模塊設(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，即用來測量信號(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)待測信號(hào)的計(jì)數(shù).計(jì)數(shù)閘門由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn),從計(jì)數(shù)閘門的最小值（即測量頻率的高量程）開始測量，計(jì)數(shù)閘門結(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，滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求,測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)閘門的寬度擴(kuò)大10倍，重新對(duì)待測信號(hào)的計(jì)數(shù)，直到滿足測量數(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，在判斷待測信號(hào)的上跳沿到來后，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，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)待測信號(hào)的頻率較低時(shí)，定時(shí)／計(jì)數(shù)器可以對(duì)被測信號(hào)直接計(jì)數(shù)，當(dāng)被測信號(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)被測信號(hào)計(jì)數(shù)，加大測量的精度和范圍。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)待測信號(hào)計(jì)數(shù),每秒鐘的開始啟動(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，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.由P0。0—P0.3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)頻率測量時(shí)，外部的待測信號(hào)通過頻率計(jì)的預(yù)處理電路變成寬度等于待測信號(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)寄存器讀出測量數(shù)據(jù).由顯示電路顯示測量結(jié)果,根據(jù)測量結(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簡介Keil軟件是目前最流行開發(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)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(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“Target,output，debug”（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將打開一個(gè)新的文本編輯窗口,完成匯編語言源文件的輸入，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。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)匯編語言源文件的文件夾，在“文件類型（T)"下拉列表框選擇“AsmSourcefile（＊。a*;＊。src）”,這時(shí)存儲(chǔ)的匯編語言源文件將顯示出來.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”下出現(xiàn)一個(gè)匯編語言源文件。需要注意,當(dāng)把匯編語言源文件加入工程但還沒有關(guān)閉加入文件對(duì)話框，這時(shí)有可能被誤認(rèn)為文件沒有成功地加入工程而再次進(jìn)行加入操作，系統(tǒng)將顯示所需的文件已經(jīng)加入的提示。在這種情況下，單擊提示框中的“確定”按鈕，再單擊“（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語言的集成開發(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有RAM，ROM，鍵盤，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盤里面的)目錄下的VDM51.DLL動(dòng)態(tài)連接庫文件復(fù)制到C：KEIL\C51\BIN目錄下面（我的keil也安裝在C盤）這個(gè)文件將在keil的debug設(shè)置時(shí)用到。（3）打開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，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)勢明顯,不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器和元器件缺乏帶來的不足，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)試就是通過修改程序,使頻率計(jì)功能完善，提高頻率計(jì)的測量精度。使用軟件仿真，調(diào)試仿真結(jié)果，同時(shí)使用數(shù)字萬用表和示波器測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)字萬用表測得電壓為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)字示波器測量輸出電壓波形,看有無較大的紋波,經(jīng)測量觀察，基本上不存在紋波,沒有太大的干擾，電壓電路工作正常，示波器測的輸出波形如圖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)字示波器測的輸出波形，經(jīng)測試施密特觸發(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,測試電路基本正確，使用數(shù)字示波器測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)上述測試，基本功能都以實(shí)現(xiàn),可以測出波形頻率值，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)記錄表待測值（Hz）1050300450800888999測量值（Hz）10503004508008881000表7：KHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測值（KHz）1500055000125000225000425000825000925000測量值（KHz）1555125225425825925表8：MHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測信（MHz）1。1231。5581。7892.2343.3454.4565。567測量值(MHz）1.1221.5581.7882。2343.3464。4585.5685.3.2系統(tǒng)軟硬件調(diào)試軟件系統(tǒng)測試只能測試方波信號(hào)，外加硬件整形電路,可以測試正弦波、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)測得頻率，記錄數(shù)據(jù)。實(shí)際測得頻率范圍沒有仿真結(jié)果那么高，只能稍微超過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)記錄表待測值(Hz）10。328。9268.7324。8490。6678。3978。8測量值（Hz)1029269325491678979表10：KHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測值（KHz）15.2633.2860。12161.75308。8470.7912.1測量值（KHz）15.333。360.2162.0309.0470.9912.4表11：MHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表待測信(MHz）1.1231.3181.7271。8051。9562.0122.889測量值（MHz)1.1231.3181.7281。8061.9572.013測不出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)測量出來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,其值相比出廠時(shí)產(chǎn)生誤差；造成測量結(jié)果沒有軟件仿真精確。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)帶來一定的干擾，造成信號(hào)的失真，從而導(dǎo)致測量精度下降，測量范圍有所縮小，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)踐上來擴(kuò)展、彌補(bǔ)、串聯(lián)所學(xué)的知識(shí)。通過本次畢業(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語言的編寫程序，學(xué)會(huì)了使用PROTUTES和KEIL的仿真來實(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籍和正確確定系統(tǒng)所要使用的元器件的類型.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)問題、再解決培養(yǎng)了自己的耐心、恒心及遇事不亂的精神?？傊?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。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。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我分析問題和解決問題的能力有所提高，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)TOC\o"1—3"\h\z\u［1]鄒大挺．頻率計(jì)的設(shè)計(jì)[J］?！峨娮赢a(chǎn)品世界》出版社。2006.第193期。4—7。［2］雷玉堂．光電檢測技術(shù)[M］。中國計(jì)量出版社.1995。［3]季建華.智能儀表原理［M］.山東教育出版社。2004.[4］王永生。電子測量學(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]http：///s_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］/s_74LS00。html.74LS00英文參考手冊(cè)［Z]。［12］/s_74LS161.html。74LS161英文參考手冊(cè)[Z].［13］/s_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]?！峨娮赢a(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，我的心情萬分激動(dòng).從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編排整個(gè)過程中，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程中得到老師的悉心指導(dǎo).XX老師多次詢問研究進(jìn)程,并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路,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)了我解決問題思考問題的方式和習(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。XX2010年5月于XX學(xué)院Zhuml2010＠163。com如遇到技術(shù)難題，請(qǐng)聯(lián)系我?。「戒浉郊?：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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TR1=0； cnt=0； regCnt=fCnt;//更新顯示 fCnt=0;//頻率計(jì)數(shù)清零clear=0;//硬件分頻器清零 clear=1； if(level==0）//檔位切換 { pCnt=regCnt； if（regCnt〉999) { pCnt=0；//顯示清零 level=1; tN=1；//定時(shí)50ms addr2=0；//進(jìn)行分頻處理 TH1=0xfb；//50分頻256—5 TL1=0xfb； } } elseif(level==1) { if(regCnt〈1) { level=0； tN=20;//定時(shí)1s addr2=1;//不分頻 TH1=0xff;//256—1 TL1=0xff；//256—1 ledM=1；//顯示Hz檔 ledK=1； ledB=0; } elseif(regCnt〈1000) //KHz檔 { level=1; tN=1；//定時(shí)50ms addr2=0；//硬件分頻處理 TH1=0xfb；//50分頻256-5 TL1=0xfb;//256-5 pCnt=regCnt＊10；//換算成相應(yīng)的顯示:f=regCnt＊100 ledM=1;//顯示KHz檔 ledK=0； ledB=1； ｝ else ｛ level=2； tN=1；//定時(shí)50ms addr2=0;//分頻 TH1=0xf6;//100分頻256—10 TL1=0xf6;//256-10 pCnt=0；//換算成相應(yīng)的顯示:f=regCnt＊1000 ledM=0;//顯示MHz檔 ledK=1； ledB=1; ｝ ｝ elseif(level==2） { if（regCnt<500） //KHz檔 ｛ level=1; tN=1;//定時(shí)50ms addr2=0；//分頻 TH1=0xfb；//50分頻256-5 TL1=0xfb；//256-5 pCnt=0; ledM=1;//顯示KHz檔 ledK=0； ledB=1; } elseif（regCnt<5000） { level=2； tN=1；//定時(shí)50ms addr2=0；//分頻 TH1=0xf6；//100分頻256—10 TL1=0xf6；//256—10 pCnt=regCnt*2；//換算成相應(yīng)的顯示：f=regCnt*1000 ledM=0;//顯示MHz檔 ledK=1; ledB=1； } else ｛ level=3；//超出范圍 ledM=1；//全滅 ledK=1; ledB=1； } ｝ ET1=1;//恢復(fù)外部計(jì)數(shù)1 TR1=1； ｝ TH0=0x3c;//(65536-50000）/256; TL0=0xb0;//(65536-50000)%256;｝voidenterFre（)interrupt3//外部頻率輸入{fCnt++;}畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目：基于單片機(jī)測距的裝置設(shè)計(jì)摘要超聲波具有指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢,傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn).所以，在利用傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的測距方案中,超聲波測距是目前應(yīng)用最普遍的一種，它廣泛應(yīng)用于煤位高度、防盜、倒車?yán)走_(dá)、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了超聲波傳感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89Ｓ５1單片機(jī)為核心的性能和特點(diǎn)，并在分析了超聲波測距的原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)測距系統(tǒng)的思路和所需考慮的問題,給出了以ＡＴ89S51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法,由于溫度對(duì)超聲波影響較大,設(shè)計(jì)中添加了溫度補(bǔ)償電路.該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測速度快、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)使用的要求.關(guān)鍵詞:AT89S51;超聲波；溫度；補(bǔ)償；ABSTRACＴUltrasoｎichasstrｏngｄirectiｏｎａｌ，energyconｓｕmptioniｓslow，tｒａnsmissiｏndisｔancｅisfartheｒ，ｅtc。Ｓｏ,tｈeuｓeofthesensｏrtechnologyaｎdａｕtoｍatｉｃcontｒoltecｈnｏlｏgyofｃoｍｂiningtheｍeａｓuremeｎtproｇram，ulｔrasonicｒanginｇistheappｌicationofthｅmostcoｍmonone.Itｉsｗiｄeｌｙｕｓｅdincoａlaheight，guaｒdａgainｓttheft，bacｋingupradar,wateｒlevｅlmｅasｕremeｎt，cｏnｓtruｃｔｉｏnsiteandｓomeｉndustrｉalfiｅlｄ。Ｔｈｅｄeｓigndeｔaiｌｅdintroduceｓｔheｐrｉｎciｐlｅaｎｄｃharacterｉstｉｃsofultrａsｏnｉcsensｏｒｓ.andtheAtｍelcomｐanyAT89Ｓ5１ａstｈｅｃoreoftｈeｐerformanceａnｄchａｒaｃｔeｒistics.Andanaｌysisｔhｅultｒasonｉcrangingbａｓｅdonｔhetheｏｒyoｆtheideａｓanｄdｅｓignrangingsyｓｔemｎeedeｄtｏconsｉderｔheqｕestion。ＴhedeｓignisgiveｎｂaｓeｄonＡT8９Ｓ５1ａstｈecoreofｌowｃost,ｈｉgｈpｒｅｃｉsｉｏn，miniaｔuｒizａt(yī)ｉonｄｉｇitaldisｐlayultｒasonｉｃｒangefｉｎderｈａrｄｗaｒeciｒcuｉtaｎdsoftwarｅdesignｍeｔhod.Becauseｔhｅteｍｐeｒatureeffectiｓbig，soｉndesigｎadｄｔemｐeｒatｕrｅｃｏmpenｓationcircｕit.Ｔhesyｓtemcircuitdesｉｇnｒｅasonablｅ,ｓｔable,thepeｒｆoｒmancegood，deｔｅctionｓpｅe(cuò)ｄ，simplｅcalcuｌａt(yī)ｉon，eａsｙtｏdｏreal－timecoｎtrol,anｄintｈemeaｓuremｅntｐrｅｃｉｓioｎｃanｒeaｃhtherequiremｅｎtsofinduｓｔrialｕsｅ．kｅywords:ＡT89S5１；ultraｓonic；ｔｅmperaｔure；comｐensａt(yī)ｉｏｎ；目錄TOC\o”1－3＂＼h＼ｕ1緒論ＰAGEREＦ_Toc237７８1１。1課題研究意義PＡGEREF_Toc１62291HYPERLINK\l＿Tｏc6314１.