【正文】 0 杭州電子科技大學(xué) 電子 系統(tǒng) 設(shè)計 綜合 實(shí)驗(yàn) 設(shè)計報告 實(shí)驗(yàn)名稱 1 數(shù)字頻率計設(shè)計 大組號 1 小組號 49 姓名 學(xué)號 徐志朗 11192127 指導(dǎo)教師 2020 年 5 月 15 日 單片機(jī)課程設(shè)計 1 摘要 在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，數(shù)字頻率計具有精度高、使用方便、測量迅速、以及便于實(shí)現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點(diǎn)，是近代電子技術(shù)領(lǐng)域的重要工具之一，在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)以超低功耗 MSP430G2553單片機(jī)為核心處理芯片來測量信號的頻率，通過定時器 A采用計數(shù)法完成信號頻率測量， 并將被測頻率值通過 LCD12864液晶串行顯示。頻率可測量范圍在 1Hz到 60KHz之間。 關(guān)鍵字 ： 頻率 430單片機(jī) 液晶顯示 串口 1方案論證與比較 方案一：使用 測頻法 進(jìn)行頻率測量，測頻法即在限定的時間內(nèi)（如 1s）檢測脈沖的個數(shù)。當(dāng) 被測頻率的范圍比較高時，使用測頻法比較合適。 方案二：使用 測周法 進(jìn)行頻率測量，測周法即測試限定的脈沖個數(shù)之間的時間。 當(dāng)被測頻率的范圍比較低時，使用 測周 法比較合適。 考慮到較高的測試頻率，在此使用方案二，即 測頻法 進(jìn)行測量。 處理器的方案選 擇論證 本設(shè)計使用 TI公司的 MSP430G2553低功耗單片機(jī)為主控芯片，該單片機(jī)的 I/O接口較少，但內(nèi)部資源豐富，如含有 10位 AD轉(zhuǎn)換、 16位定時器 /計數(shù)器 、 USART接口等，處理功能強(qiáng)大，足以勝任此次設(shè)計任務(wù)。 滯回比較電路放大器的選擇 方案一：使用 TI公司的 OP37放大器，該放大器對信號轉(zhuǎn)換速率快且穩(wěn)定，適用于對高頻信號的轉(zhuǎn)換，但價格較高。 方案二：使用普通的 LM324放大器，該放大器對信號轉(zhuǎn)換速率慢，適用于對低頻信號的轉(zhuǎn)換，價格便宜。 考慮到三角波和正弦波在頻率較高時轉(zhuǎn)化為方波時對放大器的轉(zhuǎn) 化速率要求較高，在此使用方案一，即 使用 TI公司的 OP37放大器作為滯回比較電路的核心轉(zhuǎn)換芯片 。 單片機(jī)課程設(shè)計 2 2系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案如圖 ： 圖 硬件設(shè)計方框圖 電源系統(tǒng)由 LM7805和 200V轉(zhuǎn)177。 18V中心變壓器組成，實(shí)現(xiàn)對 MSP430G2553核心處理芯片、LCD12864液晶顯示提供所需電源。 顯示部分由 12864液晶對頻率值進(jìn)行實(shí)時顯示。 軟件設(shè)計部分包括單片機(jī)的 I/O中斷和定時中斷，以及液晶的驅(qū)動和顯示。 該設(shè)計由硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)了頻率計的功能，整體設(shè)計過程可概 括為：被測信號通過滯回比較電路整形為適合單片機(jī)接收的脈沖信號（方波）輸入單片機(jī)，單片機(jī)通過 I/O中斷和定時器共同獲得被測信號的頻率并通過液晶對頻率進(jìn)行實(shí)時顯示。 MSP430G2553和 12864液晶引腳功能說明 MSP430G2553引腳功能說明 本次設(shè)計需要用到 430單片機(jī)的 1腳電源、 16腳復(fù)位端、 20腳接地端、配置 ， LCD片選信號端， LCD串行數(shù)據(jù)輸入 \輸出端， LCD串行時鐘輸入 \輸出端， LCD串并模式選擇端，如表 。 單片機(jī)課程設(shè)計 3 表 MSP430G2553引腳及功能說明 引腳序號 引腳名稱 功能說明 1 VCC 電源正 2 頻率信號輸入端 3 1KHz方波產(chǎn)生引腳 5 LCD片選信號端 6 LCD串行數(shù)據(jù)輸入 \輸出端 7 LCD串行時鐘輸入 \輸出端 8 LCD串并模式選擇端 16 RST 復(fù)位腳 20 GND 電源地 LCD12864引腳功能說明 LCD12864液晶顯示屏用到 2腳，電源接口線， 1 20腳背光電源接口線， 15腳并行 /串行接口選擇，5腳串行數(shù)據(jù)口， 6腳串行的同步時鐘。 LCD12864引腳功能如表 。 表 LCD12864引腳功能說明 引腳序號 引腳名稱 功能說明 1 VSS 模塊的電源地 2 VDD 模塊的電源正端 4 RS(CS) 并行指令 /數(shù)據(jù)選擇信號、串行片選信號 5 R/W(SID) 并行讀寫選擇信號、串行的數(shù)據(jù)口 6 E(CLK) 并行使能信號、串行的同步時鐘 15 PSB PSB并 /串 行接口選擇： H并行， L串行 19 LED_A 背光源正極 20 LED_K 背光源負(fù)極（ 0V） 滯回比較電路將輸入信號波形轉(zhuǎn)化為脈沖信號，另外波形變換和波形整形電路實(shí)現(xiàn)把正弦波樣的正負(fù)交替的信號波形變換成可被單片機(jī)接收的 TTL信號，以便單片機(jī)對其進(jìn)行頻率測量，最后將測得的數(shù)據(jù)通過 12864液晶顯示。 單片機(jī)課程設(shè)計 4 滯回比較器是一個具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門限值的反相輸入滯回比較器。由于反饋的作用這種比較器的門限電壓 是隨輸出電壓的變化而變化的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高。反相滯回比較器的電路組成如圖 ，如果把 VI和 VREF位置互換，就可以構(gòu)成同相輸入遲滯比較器。 圖 反相滯回比較器電路組成 滯回比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。對于單限比較器，如果輸入信號在門限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會產(chǎn)生相應(yīng)的抖動（起伏），而在此電路中引入正反饋可以克服這一缺點(diǎn)。 整個滯回比較電路原理圖如圖 。 圖 滯回比較電路圖 OP37和 R R8組 成滯回比較器，對被測信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，二極管實(shí)現(xiàn)對脈沖信號進(jìn)行整形，濾去負(fù)電平部分，變成可被單片機(jī)接收的 TTL信號，輸入到單片機(jī)，以實(shí)現(xiàn)頻率測量。 單片機(jī)課程設(shè)計 5 顯示電路設(shè)計 該頻率計采用 12864液晶進(jìn)行顯示 12864液晶顯示器是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點(diǎn)漢字，和 128個 16*8點(diǎn) ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指 令，可