【正文】 頻率計(jì)的予處理電路把待測(cè)信號(hào)變成方波 ,方波寬度等于待測(cè)信號(hào)的周期。用方波作計(jì)數(shù)閘門 ,當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率等于 100Hz ,使用 12MHz 時(shí)鐘時(shí)的最小計(jì)數(shù)值為 10000 ,完全滿足測(cè)量精度的要求。 圖 2 系統(tǒng)軟件框圖 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 5 1. 3 頻率計(jì)的量程自動(dòng)切換 在使用計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量時(shí) ,這時(shí)外部的待測(cè)信號(hào)為定時(shí) / 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)源 ,利用軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)閘門。頻率計(jì)的工作過程為 :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)定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 。然后運(yùn)行軟件延時(shí)程序 ,同時(shí)定時(shí) /計(jì)數(shù)器對(duì)外部的待測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) ,延時(shí)結(jié)束時(shí) TR 清 0 ,停止計(jì)數(shù) 。最后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù) ,在完成數(shù)據(jù)處理后 ,由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果。在使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量時(shí) ,這時(shí)外部的待測(cè)信號(hào)通過頻率計(jì)的予處理電路變成寬度等于待測(cè)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。這時(shí)頻率計(jì)的工作過程為 :首先定時(shí) / 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0 ,然后檢測(cè)方波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(cè)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(cè)量數(shù)據(jù) ,在完成數(shù)據(jù)處理后 ,由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果的顯示格式采用科學(xué)計(jì)數(shù)法 ,即有效數(shù)字乘以 10 為底的 冪 。這里設(shè)計(jì)的頻率計(jì)用 5 位數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果 :前 3 位為測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字 。第 4 位為指數(shù)的符號(hào) 。第 5 位為指數(shù)的值。采用這種顯示格式既保證了測(cè)量結(jié)果的顯示精度 ,又保證了測(cè)量結(jié)果的顯示范圍 (0. 100Hz 9. 99MHz) 。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的過程由頻率計(jì)測(cè)量量程的高端開始。由于只顯示 3 位有效數(shù)字 ,在測(cè)量量程的高端計(jì)數(shù)閘門不需要太寬 , 例如在 10. 0 KHz 9919 KHz 頻率范圍 ,計(jì)數(shù)閘門寬度為 10mS 即可。頻率計(jì)每個(gè)工作循環(huán)開始時(shí)使用計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量 ,并使計(jì)數(shù)閘門寬度為最窄 ,完成測(cè)量后判斷測(cè)量結(jié)果是否具有 3 位有效數(shù)字 ,如果成立 ,將結(jié)果送去顯示 ,本工作循環(huán)結(jié)束 。否則將計(jì)數(shù)閘門寬度擴(kuò)大 10 倍 ,繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量判斷 ,直到計(jì)數(shù)閘門寬度達(dá)到 1s ,這時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率測(cè)量范圍為 100Hz 999Hz。如果測(cè)量結(jié)果仍不具有 3 位有效數(shù)字 ,頻率計(jì)則使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻 率測(cè)量。定時(shí)方法測(cè)量的是待測(cè)信號(hào)的周期 ,這種方法只設(shè)一種量程 ,測(cè)量結(jié)果通過浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算模塊將信號(hào)周期轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的頻率值 ,再將結(jié)果送去顯示。這樣無論采用何種方式 ,只要完成一次測(cè)量即可 ,頻率計(jì)自動(dòng)開始下一個(gè)測(cè)量循環(huán) ,因此該頻率計(jì)具有連續(xù)測(cè)量的功能 ,同時(shí)實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 6 二 器件簡(jiǎn)介 AT89S52 AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 是 一 種 帶 4K 字 節(jié) 閃 爍 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。 AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效 微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖所示 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 7 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi) 振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口 ： P0口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口 ： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作 輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2口 ： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 8 高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：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地位字節(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。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 9 該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：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)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時(shí) ，則 在 此 期 間 外部 程 序 存 儲(chǔ) 器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置 模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 串口通訊 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)鍵。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們是 SCON， TCON， TMOD， SCON 等，各代表什么含義呢？ SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個(gè)可以直接尋址的串行口專用寄存器。有數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 10 朋友這樣問起過 “ 為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個(gè)寄存器 SBUF？而不是收發(fā)各用一個(gè)寄存器。 ” 實(shí)際上 SBUF 包含了兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存，另一個(gè)是接收寄存器，但它們都共同使用同一個(gè)尋址地址－99H。 CPU 在讀 SBUF 時(shí)會(huì)指到接收寄存器，在寫時(shí)會(huì)指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時(shí)的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們?cè)趯懓l(fā)送程序時(shí)也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作 SBUF 寄存器的方法則很簡(jiǎn)單，只要把這個(gè) 99H 地址用關(guān)鍵字 sfr定義為一個(gè)變量就可以對(duì)其進(jìn)行讀寫操作了，如 sfr SBUF = 0x99。當(dāng)然你也可以用其它的名稱。通常在標(biāo)準(zhǔn)的 或 等頭文件中已對(duì)其做了定義，只要用 include 引用就可以了。 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會(huì)引用到接口控制寄存器。 SCON 就是 51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是 98H，是一個(gè)可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制 51 芯片串行口的工作狀態(tài)。 51 芯片的串口可以工作在幾個(gè)不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用 SCON 寄存器。它的各個(gè)位的具體 定義如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對(duì)應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。串行口工作模式設(shè)置。 SM0 SM1 模式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8 位 UART 可變 1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/64 1 1 3 9 位 UART 可變 在這里只說明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略過，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。表中的 fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。 UART 為 (Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。 SM2 在模式 模式 3 中為多處理機(jī)通信使能位。在模式 0 中要求該位為 0。 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 11 REM