【正文】 個(gè)位，即每行由16字節(jié)，共168=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上6416個(gè)顯示單元和顯示RAM區(qū)1024個(gè)字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。一個(gè)字符由68或88點(diǎn)陣組成，即要找到和屏上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8個(gè)字節(jié)，并且要使每個(gè)字節(jié)的不同的位為‘1’，其它的為‘0’，為‘1’的點(diǎn)亮，為‘0’的點(diǎn)暗，這樣一來就組成某個(gè)字符。但對(duì)于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。LCD1602液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能，LM016L與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個(gè)8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標(biāo)志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計(jì)數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ)80個(gè)字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160中和5*，CGRAM是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(gè)5*7點(diǎn)陣字符或者4個(gè)5*10點(diǎn)陣字符，AC可以存儲(chǔ)DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動(dòng)把地址碼裝入AC，同時(shí)選擇DDRAM或CGRAM，LCD1602液晶模塊的引腳圖如圖23所示。圖23 LCD1602引腳圖液晶寄存器選擇控制如表21。表21寄存器選擇控制RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0~DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)方案一： 采用MSP430系列單片機(jī)，該單片機(jī)是TI公司1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器。其內(nèi)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(jì)開發(fā)。方案二 采用51系列的單片機(jī)，該單片機(jī)是一個(gè)高可靠性，超低價(jià)，無法解密，高性能的8位單片機(jī)，32個(gè)IO口，且STC系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。因此選用方案二中的51系列單片機(jī)作為主控芯片。 方案一： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較合適，如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對(duì)較高，所以不用此種作為顯示。方案二： 采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價(jià)格雖適中，對(duì)于顯示數(shù)字也最合適，而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí)，占用單片機(jī)口線少。但是由于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描需要借助74LS164移位寄存器進(jìn)行移位，該芯片在電路調(diào)試時(shí)往往有很多障礙，所以不采用LED數(shù)碼管作為顯示。方案三： 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(duì)于本設(shè)計(jì)而言一個(gè)LCD1602的液晶屏即可，價(jià)格也還能接受，需要的借口線較多，但會(huì)給調(diào)試帶來諸多方便。所以本設(shè)計(jì)中方案三中的LCD1602液顯示屏作為顯示模塊。方案一： 采用集成運(yùn)放作為放大電路，該電路只需要在外部配置少量電阻電容則能完成放大功能，十分方便設(shè)計(jì)，但是本設(shè)計(jì)需要放大1HZ到10MHZ的信號(hào)，通頻帶比較寬，因此對(duì)集成運(yùn)放的要求較高，一般能處理寬帶信號(hào)的集成運(yùn)放成本比較高。方案二： 采用三極管或者場(chǎng)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(jiǎn)單容易購置，而且電路較為成熟，三極管的價(jià)格也十分低廉，而且三極管電路性能優(yōu)越，是作為一個(gè)低成本的放大電路的不二之選。 所以本設(shè)計(jì)中選用三極管為放大電路中使用。單片機(jī)程序編寫使用的是《keil》，它是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。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（μVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN9NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。電路設(shè)計(jì)使用的是《protel 99se》，按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel 99se主要包含以下倆大部分和6個(gè)功能模塊[14]。電路工程設(shè)計(jì)部分：（1）電路原理設(shè)計(jì)部分（Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器（簡(jiǎn)稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡(jiǎn)稱Schlib編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報(bào)表。（2）印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡(jiǎn)稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡(jiǎn)稱PCBLib編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。（3）自動(dòng)布線系統(tǒng)（Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（Shapebased）的無柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。電路仿真與PLD部分：（1）電路模擬仿真系統(tǒng)（Advanced SIM 99）：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)字/模擬信號(hào)仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以便對(duì)電路原理圖進(jìn)行信號(hào)模擬仿真，從而驗(yàn)證其正確性和可行性。（2）可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PLD 99）：可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含一個(gè)有語法功能的文本編輯器和一個(gè)波形編輯器（Waveform）。本系統(tǒng)的主要功能是；對(duì)邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號(hào)的波形。利用PLD系統(tǒng)可以最大限度的精簡(jiǎn)邏輯部件，使數(shù)字電路設(shè)計(jì)達(dá)到最簡(jiǎn)化。（3）高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)（Advanced Integrity 99）：信號(hào)完整性分析系統(tǒng)提供了一個(gè)精確的信號(hào)完整性模擬器，可用來分析PCB設(shè)計(jì)、檢查電路設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)超調(diào)量、阻抗和信號(hào)諧波要求等[15]。本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成液晶顯示、頻率測(cè)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。圖24系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖21所示，本設(shè)計(jì)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(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案逐一進(jìn)行論證分析。11第3章 實(shí)現(xiàn)功能第3章 實(shí)現(xiàn)功能（1）能夠?qū)?HZ對(duì)10MHZ正弦波、三角波、方波信號(hào)等周期信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量（2）系統(tǒng)能夠把測(cè)量信號(hào)的頻率顯示在液晶屏幕上。（3）系統(tǒng)能夠把測(cè)量信號(hào)的周期顯示在液晶屏幕上。系統(tǒng)整體原理圖圖31系統(tǒng)整體原理圖圖32單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖圖32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(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成，時(shí)鐘電路選用了12MHZ的晶振提供時(shí)鐘，作用為給單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，其中執(zhí)行一條基本指令需要的時(shí)間為一個(gè)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。 LCD液晶顯示器如圖33所示。用STC89C52的P0口作為數(shù)據(jù)線，、R/W、RS。其中EN是下降沿觸發(fā)的片選信號(hào)，R/W是讀寫信號(hào)，RS是寄存器選擇信號(hào)本模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)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，顯示行數(shù)為1行，字型為57點(diǎn)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(gè)字符數(shù)組，一個(gè)顯示字符，另一個(gè)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，,判斷是否夠顯示的個(gè)數(shù)，不夠則地址加一取下一個(gè)要顯示的字符或數(shù)據(jù)。圖33LCD1602與STC89C52的接口圖34三極管放大電路由于單片機(jī)只能讀取數(shù)字信號(hào)，當(dāng)輸入的信號(hào)比較小的時(shí)候單片機(jī)不能直接讀取，因此這里使用了一級(jí)三極管放大電路對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，其中電路中的R4和R5給三極管的基極提供和合適偏置?；鶚O電壓可以由以下公式求得VD=。，因此發(fā)射機(jī)的電壓可以由以下公式求得:由于IC≈IE,IE=Ve/R6≈,因此Vc=VCCIe*R3=。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)只處理信號(hào)，因此三極管放大電路的輸入端采用的大電容進(jìn)行交流耦合進(jìn)而隔絕交流成分，為了使整個(gè)頻率計(jì)能測(cè)量更小幅值的周期信號(hào)，這個(gè)電路用旁路電容對(duì)發(fā)射極電阻進(jìn)行旁路從而提高其交流放大倍數(shù)，放大倍數(shù)A可以由以下公式求得。A≈R3/(R6//RC4//RC5)其中RC4為C4交流等效阻抗，RC5為C4交流等效阻抗。但是放大倍數(shù)最終會(huì)受限于三極管的β（三極管的電流放大系數(shù)）。因此最終放大倍數(shù)會(huì)限制在數(shù)百倍，由于這里只需要把輸入的周期信號(hào)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)不需要很精確，放大后的波形出現(xiàn)截止失真也不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成。施密特觸發(fā)器也有兩個(gè)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(hào)電位維持；對(duì)于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號(hào)，施密特觸發(fā)器有不同的閾值電壓。門電路有一個(gè)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(shí)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(gè)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(hào)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(hào)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35所示。圖35施密特觸發(fā)器原理示意圖74HC14是一款高速CMOS器件，74HC14引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC14實(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換成清晰、無抖動(dòng)的輸出