【正文】 ..................................................................... 24 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 3 (1)數(shù)據(jù)處理過程 ............................................................................................... 24 (2)系統(tǒng)軟件框圖 ............................................................................................... 25 (3)浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算程序 ........................................................................................ 25 （ 4） 實(shí)測結(jié)果和誤差分析 ............................................................................... 26 四 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 28 附件 1：程序清單 .......................................................................................................... 29 一 系統(tǒng)概述 頻率計(jì)由單片機(jī) 89C51 、信號(hào)予處理電路、串行通信電路、測量數(shù)據(jù)顯示電路和系統(tǒng)軟件所組成 ,其中信號(hào)予處理電路包含待測信號(hào)放大、波形變換、波形整形和分頻電路。 （ 1）信號(hào)予處理電路 ............................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 CPLD ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 （ 4）數(shù)碼管應(yīng)用 ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 (6)89S51 單片機(jī)復(fù)位方式 ....................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 (2)單片機(jī)的引腳 ..................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。隨著現(xiàn)場可編程 單片機(jī) 的廣泛應(yīng)用，運(yùn)用 單片機(jī)控制 ，將使整個(gè)系統(tǒng)大大簡化，提高了系統(tǒng)的整體性能和可靠性。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。數(shù)字式頻率計(jì)的測量原理有兩類：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)；二是間接測頻法即測周期法，如周期測頻法。 關(guān)鍵詞 :頻率測量 。 (3)89S51 單機(jī)的電源線 ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 .................................................................................................. 6 （ 1） 數(shù)碼管的分類 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 （ 5）數(shù)碼管使用的電流與電壓 .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 （ 1） CPLD簡介 .................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 （ 2）單片機(jī)系統(tǒng) ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。系統(tǒng)硬件框圖如圖 1 所示。 圖 1 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)軟件包括測量初始化模塊、顯示模塊、信號(hào)頻率測量模塊、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)周期測量模塊、定時(shí)器中斷服務(wù)模塊、浮點(diǎn)數(shù)格式化模塊、浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算模塊、浮點(diǎn)數(shù)到 BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊。在構(gòu)成為定時(shí)器時(shí) ,每個(gè)機(jī)器周期加 1 (使用 12MHz 時(shí)鐘時(shí) ,每 1us 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。當(dāng) TR 清 0 ,停止計(jì)數(shù)。當(dāng)待 測信號(hào)的頻率大于 100Hz 時(shí) ,定時(shí) / 計(jì)數(shù)器構(gòu)成為計(jì)數(shù)器 ,以機(jī)器周期為基準(zhǔn) ,由軟件產(chǎn)生計(jì)數(shù)閘門 ,這時(shí)要滿足頻率測量結(jié)果為 3 位有效數(shù)字 ,則計(jì)數(shù)閘門寬度大于 1s 即可。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 。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 ,然后檢測方波高電平是否加至定時(shí) / 計(jì)數(shù)器的輸入腳 。這里設(shè)計(jì)的頻率計(jì)用 5 位數(shù)碼管顯示測量結(jié)果 :前 3 位為測量結(jié)果的有效數(shù)字 。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的過程由頻率計(jì)測量量程的高端開始。如果測量結(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 率測量。 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)。 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。 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 1288 位內(nèi)部 RAM 可編程串行通道 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。 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。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 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)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。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。在閑置 模式下， CPU 停止工作。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。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)。 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。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。 UART 為 (Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。 REM 是由軟件置位或清零。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機(jī)通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。在模式 1 中，當(dāng) SM2=0， RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。 TI 置位后，申請(qǐng)中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。常用的串口模式 1 是傳輸 10 個(gè)位的， 1 位起始位為 0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先， 1 位停止位為 1。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。模 式 2 的波特率是固定在 fosc/64 或fosc/32，具體用那一種就取決于 PCON 寄存器中的 SMOD 位，如 SMOD 為 0，波特率為 focs/64,SMOD 為 1，波特率為 focs/32。32 ） 定時(shí)器 1 溢出速率 上式中如設(shè)置了 PCON 寄存器中的 SMOD 位為 1 時(shí)就可以把波特率提升2 倍。如我們要得到 9600 的波特率，晶振為 和 12M，定時(shí)器 1 為模式 2， SMOD 設(shè)為 1，分別看看那所要求的 TH1 為何值。當(dāng)然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用 的晶體振蕩器也會(huì)因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對(duì)波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計(jì)。 D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。由WR XFER 的邏輯組合產(chǎn)生 LE2，當(dāng) LE2 為高電平時(shí)， DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC 寄存器并開始 D/A 轉(zhuǎn)換。 2以內(nèi)時(shí)即可達(dá)到精度要求。 三、系統(tǒng)及模塊設(shè)計(jì)與說明 如左圖所示為數(shù)字頻率計(jì)測量頻率的原理圖。經(jīng)計(jì)算，四檔的閘門電平時(shí)間 0T 分別為 10s、1s、 和 。 控制器 主要用來判斷計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)是否有效，從而控制檔位轉(zhuǎn)換，鎖存器打開、關(guān)閉和設(shè)定值。 在分模塊介紹之前先說明兩個(gè)重要的寄存器狀態(tài) STAT[1..0]和LATCH_STAT[1..0]。LATCH_STAT[1..0]＝ 2 時(shí)，鎖存器強(qiáng)制置 1FFFF， CLK無效。五個(gè)輸出端口：四個(gè)四位十進(jìn)制 BCD 碼輸出 OUT1[3..0]～ OUT4[3..0]、過量程溢出 OF。三個(gè)輸出：計(jì)數(shù)閘門電平FGATE、控制器工作脈沖 FTRIGGER、計(jì)數(shù)器控制器清零脈沖 FCLR。要得到 10s、 1s、 三個(gè) FGATE，分別要計(jì)數(shù)到 102 1024 和 103。 FCLR 送計(jì)數(shù)器 CLRN 作為每次計(jì)數(shù)開始前的清零信號(hào)，送控制器 CLR 作為控制器內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)。這樣，由于控制器此時(shí)溢出已被置位，馬上就能 進(jìn)入一次換檔處理，保證了換檔的快速。組成圖見附圖 2 左上部分。其具體結(jié)構(gòu)見附圖 2下半部分。 input clk, set, reset。 always (posedge clk or posedge set or posedge reset) begin if(set) out = 439。 end endmodule 控制器 控制器 CONTROLER 是整個(gè)系統(tǒng)最復(fù)雜也是最關(guān)鍵的部件，附圖 1左上部分是控制器組成。 CONTROL_CORE 模塊是控制器的核心，有六個(gè)輸入端口：時(shí)序脈沖 CLK、清零脈沖 CLR、復(fù)位脈沖 RESET、溢出檢測輸入 OF、計(jì)數(shù)器輸出第 4 位 IN3[3..0]和IN4[3..0] 。 flag 寄存器，用來標(biāo)志當(dāng)前計(jì)數(shù)置溢出或不夠。這個(gè)時(shí)候就需要檢測。如果 flag＝ 1，有溢出，向上換檔，如果當(dāng)前檔位為 3，則保持，并且將鎖存器置位 (顯示 1FFFF)，否則向上調(diào)一擋； 如果 flag＝ 2，檔位不夠，當(dāng)當(dāng)前檔位為 0時(shí)，保持，否則向下調(diào)一擋。具體