【正文】 1s門控信號(hào)，實(shí)際制作中連接 AT89C52的 11腳 （ ） 。內(nèi)置計(jì)數(shù)器可通過軟件設(shè)置對(duì)振蕩頻率的 l2分頻進(jìn)行 計(jì)數(shù) /定時(shí)，這里將 T0置為方式 1計(jì)數(shù)狀態(tài)， 1/ ?TC ， GATE=0，即 D3D2D1D0=0101（ 如 圖 4表 4表 42所示 ） ，待測(cè)脈沖信號(hào)通過 T0引腳輸入 單片機(jī) 進(jìn)行計(jì)數(shù)。關(guān)閉閘門 后， CPU將計(jì)數(shù)結(jié)果送至 20H～ 22H單元，其中 20H單元存放低位字節(jié) （ 從 Pl口讀入的數(shù)據(jù)，即 74LS393的值 ） ， 21H和 22H單元分別存放 TL0和 TH0 Q3 MR MR T0 74HC00 74LS08 74LS393 AT89C52 CP 14 11 10 IN 顯示 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 的值，然后調(diào)用二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制子程序 ， 把二進(jìn)制的計(jì)數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)為十進(jìn)制，送至 30H至 33H（ 壓縮的 BCD碼 ） 單元，顯示子程序則將 BCD碼經(jīng)查表指令譯為 7段 LED字形碼，然后進(jìn)行 顯示。 這時(shí)記錄的脈沖個(gè)數(shù)即為 待測(cè)脈沖信號(hào)的周期。因此還需要通過浮點(diǎn)數(shù)格式化子程序?qū)⒅芷谥缔D(zhuǎn)換成頻率值 ， 然后通過 浮點(diǎn)數(shù)到BCD碼 的轉(zhuǎn)換 ， 最后通過 LED顯示器動(dòng)態(tài)掃描顯示出來。 如圖 411所示。 首先對(duì)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 進(jìn)行 初始化 ， T0 設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式 1， T1 設(shè)置為定時(shí)器方式 1； 然后打開閘門 ， 軟件設(shè)置 EA=1， 運(yùn)行控制位 TR=1， 啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 開始工作 ； 再 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。 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。首先找到 INT1的中斷入口地址 ， 并初始化 ，當(dāng)閘門時(shí)間到時(shí)，響應(yīng)中斷 ， 單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后調(diào) BCD碼程序，送 LED數(shù)碼管顯示。其流程框圖如圖 415 所示。 浮點(diǎn)數(shù)用 3個(gè)字節(jié)組成 ， 第一字節(jié)最高位為數(shù)符 ，其余 7位為階碼 ； 第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié) ； 第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié) 。 無論從哪一種方式進(jìn)入顯示模塊 ， 完成顯示后 ， 頻 率計(jì)都開始下一次 信號(hào)的頻率測(cè)量 。 在通過軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示的 時(shí)候，需要用到字型碼查表圖，現(xiàn)將表 43 列出下： 置段碼、位選碼初值 位選碼送 P2 口 段選碼送 P0 口 段選碼轉(zhuǎn)字型碼 延時(shí) 1ms 指向下一個(gè)顯示單元 位選碼左移 1 位 顯示完？ Y N 開 始 返 回 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 27 表 43 七 段 LED 顯示器共陰極字型碼 Seven section of LED monitor mon cathode font code 顯示字符 g f e d c b a dp 字型碼 （共陰極） 0 0 1 1 1 1 1 1 0 3FH 1 0 0 0 0 1 1 0 0 06H 2 1 0 1 1 0 1 1 0 5BH 3 1 0 0 1 1 1 1 0 4FH 4 1 1 0 0 1 1 0 0 66H 5 1 1 0 1 1 0 1 0 6DH 6 1 1 1 1 1 0 1 0 7DH 7 0 0 0 0 1 1 1 0 07H 8 1 1 1 1 1 1 1 0 7FH 9 1 1 0 1 1 1 1 0 6FH A 1 1 1 0 1 1 1 0 77H B 1 1 1 1 1 0 0 0 7CH C 0 1 1 1 0 0 1 0 39H D 1 0 1 1 1 1 0 0 5EH E 1 1 1 1 0 0 1 0 79H F 1 1 1 0 0 0 1 0 71H . 0 0 0 0 0 0 0 1 80H 全亮 1 1 1 1 1 1 1 1 FFH 全滅 0 0 0 0 0 0 0 0 00H 5 硬件調(diào)試、測(cè)試數(shù)據(jù)分析及誤差來源討論 硬件調(diào)試 所用到的調(diào)試工具有 ： 萬用表、雙蹤示波器、外加電源裝置和頻率發(fā)生器等。 雙蹤示波器用來顯示輸入脈沖信號(hào)和經(jīng)過變換、整形后脈 沖信號(hào)的波形形狀、頻率、周期、占空比、電壓值等參量。 頻率發(fā)生器主要用來檢測(cè)設(shè)計(jì)的電路測(cè)量出來的頻率值與實(shí)際的標(biāo)稱值之間的誤差大小。 （ 2） LED 顯示管顯示亂碼，而且不穩(wěn)定。排除所有的硬件問題后，分析是軟件編程的原因。 表 51 測(cè)試數(shù)據(jù) Test data 測(cè)量值（ KHZ） 實(shí)際值（ KHZ） 相差值（ KHZ） 相對(duì)誤差 % 平均相對(duì)誤差 % 通過 表格中的 數(shù)據(jù) ， 可以看出用單片機(jī) AT89C52制作的數(shù)字頻率計(jì) 測(cè)量值 與實(shí)際值 是 相 吻合 的 ， 平均 相對(duì) 誤差約在 %左右 。 下面 將對(duì)影響頻率測(cè)量的 各種 誤差進(jìn)行分析。 計(jì)數(shù)誤差 （ 1） 產(chǎn)生計(jì)數(shù)誤差的原因 計(jì)數(shù)誤差也稱為 末位 讀數(shù)不確定度或量 化 誤差 ， 是所有數(shù)字化測(cè)量?jī)x器都存在的誤差。 圖 51 計(jì)數(shù)誤差示意圖 a—— 被計(jì)數(shù)的脈沖序列； b—— 閘門時(shí)間為τ的閘門信號(hào)； c—— 閘門時(shí)間為τ，但與 b的信號(hào)有初始相位的閘門信號(hào)。 1， 所以 N11 ??? （ 54） 又因?yàn)??xfN? ， 所以 ?? xf11 ?? （ 55） 測(cè)周期時(shí)計(jì)數(shù)誤差對(duì)測(cè)頻的影響 用 數(shù)字頻率計(jì) 測(cè)周期法測(cè)頻時(shí) ， 計(jì)數(shù)誤差 引起的測(cè)頻 誤差可通過對(duì) 公式NKfTfx x 01 ?? （ 56） 的微分 得到 ? ?? ?NNdNxf xdf 111 ????????????? （ 57） 又xfKfN 0? ，所以 Kffx01 ??? （ 58） NdN 為量化誤差。 因此在測(cè)量中， 需準(zhǔn)確 設(shè)定 分界頻率 點(diǎn) 0xf ,當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率 0xx ff ? 時(shí)，以直接測(cè)頻為宜 ；當(dāng) 0xx ff ? 時(shí)， 則以測(cè)量周期為宜。當(dāng)經(jīng)過一定時(shí)間再次檢測(cè)到 xf 和 cf 同步時(shí) , 閘門信號(hào)關(guān)閉 , 計(jì)數(shù)器閘門關(guān)閉 。因此 ， 測(cè)頻時(shí)的閘門時(shí)間誤差和測(cè)周期時(shí)的 時(shí)標(biāo)信號(hào)誤差就是時(shí)基誤差 ， 也就是計(jì)數(shù)器內(nèi)石英晶體振蕩器的頻率誤差。 減少石英晶體振蕩器的關(guān)機(jī)次數(shù)就可以 有效地 減少重現(xiàn)性 對(duì)測(cè)量頻率 造成的時(shí)基誤差 。另一條措施是增加增加測(cè)量時(shí)間 。比如 ， 單片機(jī)需 要提供 5V 的標(biāo)準(zhǔn)電壓，我們使用的干電池，由于使用時(shí)間過久或型號(hào)不同而使得提供的電壓達(dá)不到 5V或高于 5V， 這樣使得 電路不能在正常的狀態(tài)下工作或損壞元器件。當(dāng)按鍵非常少時(shí) ， 可以西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3。 功能上的 完善 增加鍵盤控制 通過按鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率計(jì)的測(cè)頻率 ， 周期，占空比，脈寬等各項(xiàng)功能。后一種思路雖然在價(jià)格上有所增加 ， 但卻減少了電路的復(fù)雜程度 ， 并且 在電路板一旦出現(xiàn)問題時(shí) ， 能盡最大可能的減少元器件的更換 和連接線路的修改 ，非常方便 和實(shí)用 。此測(cè)量誤差即為觸發(fā)誤差。 （ 2） 減少 時(shí)基誤差的措施 使用性能更好的外部頻率標(biāo)準(zhǔn) 用性能更好的外部頻率標(biāo)準(zhǔn)作為計(jì)數(shù)器的外頻標(biāo) ， 此時(shí)的時(shí)基誤差就 轉(zhuǎn)化為 外部頻率標(biāo) 準(zhǔn)的頻率誤差 了 ， 因此對(duì)測(cè)量?jī)x器的影響就大大減小 。 時(shí)基誤差 通用計(jì)數(shù)器的時(shí)基都是一個(gè)石英晶體振蕩 器 。 另外一種方法是 通過 全 同步 技術(shù)克服量化誤差。 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 31 （ 2） 減少計(jì)數(shù)誤差 的措施 比較 （ 55） 式和 （ 58） 式可以看出， 數(shù)字頻率計(jì) 直接測(cè)頻時(shí)，計(jì)數(shù)誤差對(duì)測(cè)頻誤差 的影響隨被測(cè)信號(hào)頻率的降低而增大。1個(gè)字的計(jì)數(shù)誤差。 1個(gè)字的誤差 [14]。誤差的大小將直接影響到產(chǎn)品性能的好壞 ， 因此最大限度地減小測(cè)量誤差是大多數(shù)數(shù)字測(cè)量?jī)x器的目的 。我們?cè)O(shè)計(jì)制作的頻率計(jì)能夠達(dá)到 這個(gè) 標(biāo)準(zhǔn) ，但也存在 一定的誤差， 特別是低頻段的誤差明顯要高于平均相對(duì)誤差， 可能的原因是低頻段采用測(cè)周期法時(shí) ， 在頻率、周期轉(zhuǎn)換時(shí)導(dǎo)致了測(cè)量精西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 29 度的下降。 最后，通過硬件調(diào)試使得硬件電路的各部 分正常工作，達(dá)到了調(diào)試的目的。接上后 ， 數(shù)碼管能夠正常顯示。 在實(shí)際的調(diào)試過程中 ， 遇到了如下一些問題： （ 1） CPU 芯片發(fā)熱。 外加電源用來為硬件電路提供穩(wěn)定、可靠的直流電壓。 將萬用表打到二極管檔 ， 檢測(cè)電路板上是否有不應(yīng)該連接 ， 但由于焊接不好或其他原因造成的連接了短路的線路。 圖 416 LED 動(dòng)態(tài)顯示流程圖 LED dynamic demonstration flow chart 要顯示的數(shù)據(jù)以 BCD 碼的方式存放在單片機(jī) RAM 的存儲(chǔ)單元中。然后浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算對(duì)其進(jìn)行處理 ， 獲得用浮點(diǎn)數(shù)格式表達(dá)的信號(hào)頻率值 。進(jìn)位 十進(jìn)制調(diào)整 BCD碼字節(jié)數(shù)到 二進(jìn)制位數(shù)到 N Y Y N 開 始 結(jié) 束 INT1 中斷入口 初始化 保存計(jì)數(shù)值 TR0,TH0,TL0 清零 BCD 轉(zhuǎn)換 軟件譯碼 調(diào)顯示子程序 返回 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 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 在完成信號(hào)的周期測(cè)量后 ， 需要做一次倒數(shù)運(yùn)算才能獲得信號(hào)的頻率 。 T1 初始化 下降沿 ? T1 計(jì)數(shù)并將值保存到 TL1 寄存單元 上升沿 ? T1 計(jì)數(shù)并將值保存到 TH1 寄存單元 等待 等待 Y Y N N 結(jié) 束 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 25 圖 414 INT1 中斷程序流程圖 INT1 interrupt routine flow chart 多進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為 BCD 碼模塊 這是針對(duì)于直接測(cè)頻法時(shí) 計(jì)數(shù)脈沖而言的。 圖 413 測(cè)周期法流程框圖 Flow diagram of measures the cyclical method 定時(shí)器中斷服務(wù)模塊 定時(shí)器中斷應(yīng)用在軟件中實(shí)現(xiàn)某功能時(shí)顯得非常方便和簡(jiǎn)單。 圖 412 直接測(cè)頻法流程框圖 Flow diagram of frequency measurement law directly 信號(hào)周期測(cè)量模塊 在低頻率段 ， 為了保證比較高的測(cè)量精度和 較小的測(cè)量誤差 ， 在數(shù)字頻率計(jì)低頻段的設(shè)計(jì)中 ， 往往不是直接測(cè)量輸入脈沖信號(hào)的頻率 ， 而是去 轉(zhuǎn)測(cè)它的周期 。 圖 411 系統(tǒng)軟件流程圖 System software flow chart 系統(tǒng)初始化 頻率測(cè)量 周期測(cè)量 中斷服務(wù)程序 浮點(diǎn)數(shù)到 BCD 碼 測(cè)量數(shù)據(jù)顯示 浮點(diǎn)數(shù)格式化 Tf /1? KHZf 10? Y N 二進(jìn)制轉(zhuǎn) BCD 碼 開始 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 下面分別介紹各個(gè)功能模塊的作用。因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有編程和自動(dòng)運(yùn)算的功能，所以產(chǎn)品中有很多的功能都是通過軟件的形式實(shí)現(xiàn)的 。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的思想和原理 ， 將定時(shí)器 T1設(shè)置為方式 1， C/T=0， GATE=1（如圖 48，表 41所示）。 它與直接測(cè)頻率法在信號(hào)預(yù)處理部分 ， 數(shù)據(jù)顯示部分都是一樣的 ，主要區(qū)別在于：待測(cè)脈沖 信號(hào)通 過預(yù)處理后，變成正、負(fù)電平交替出現(xiàn)的周期信號(hào)。 當(dāng)中斷次數(shù)為 mss 5/1 200? 次時(shí)，歷時(shí) 1s。 11腳電平的高低可通過指令加以控制。 1? TR0/TR1 GATE 1/0 INTINT 1 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 直接測(cè)頻法的工作流程 圖 49 直接測(cè)頻法流程 Direct frequency measurement law flow 如圖 49所示 。 新的計(jì)數(shù)值是在檢測(cè)到輸入引腳電平發(fā)生“ 1” 到“ 0” 的負(fù)跳變 （ 下降邊沿 ） 后 ， 于下一個(gè)機(jī)器周期的 S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器中的 。 可知 ，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間不僅與加 1計(jì)數(shù)器的初值 （ 計(jì)數(shù)器中的起始值 ,即計(jì)數(shù)長(zhǎng)度 ） 有關(guān)