【正文】 3） 打開(kāi) protues 軟件， 新建一文件將硬件原理圖繪入圖中 。 Proteus 提供了大量的元件庫(kù)有 RAM， ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)， LED， LCD，AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件，它可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿 真 51系列、 AVR， PIC 等常用的 MCU，與 keil 和 MPLAB 不同的是它還提供了周邊設(shè)備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真。 （ 3） 編譯源程序，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)， 返回上一級(jí) 對(duì)錯(cuò)誤更改后重新編譯 ，直到?jīng)]有錯(cuò)誤為止。如果不需要加入其它文件，單擊“ Close”按鈕可以關(guān)閉加入文件對(duì)話框。在快捷菜單中選擇“ Add File to Group ‘ Source Group 1’”，加入文件對(duì)話框被打開(kāi)。注意，匯編語(yǔ)言源文件的擴(kuò)展名應(yīng)該是“ ASM”，它應(yīng)該與工程文件存儲(chǔ)在同一文件夾之內(nèi)。分別設(shè)置“ target1”中的“ Target,output,debug”各項(xiàng)，使程序匯編后產(chǎn)生 HEX 文件。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。 開(kāi) 始選 擇 檔 位數(shù) 據(jù) 各 位 分 離送 數(shù) 據(jù) 顯 示延 時(shí)結(jié) 束 圖 44 顯示子程序流程圖 應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介 此設(shè)計(jì)需要在 Keil軟件平臺(tái)上完成程序的調(diào)試 ,在 Proteus軟件平臺(tái)上完成仿真顯示。 頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 18 圖 42 T1中斷服務(wù)子程序 定時(shí)／ 計(jì)數(shù)器 T0 工作在計(jì)數(shù)方式 , 對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) ,計(jì)數(shù)器 0中斷流程圖如圖 43所示。此法可保證測(cè)頻過(guò)程中精度一直很高，但實(shí)現(xiàn)的電路和程序都將很復(fù)雜。定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作被設(shè)置為定時(shí)器方式，定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0，在判斷待測(cè)信號(hào)的上跳沿到來(lái)后，運(yùn)行控制位 TR置為 1，以單片機(jī)工作周期為單位進(jìn)行計(jì)數(shù)，直至信號(hào)的下跳沿到來(lái)，運(yùn)行控制位 TR 清 0，停止計(jì)數(shù)。 圖 41系統(tǒng)軟件流程總圖 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)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。系統(tǒng)軟件流程如圖 41所示。使用 8位數(shù)碼管進(jìn)行 頻率值顯示，如果選擇共陰極數(shù)碼管顯示，則需要 8個(gè)三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而采用共陽(yáng)極數(shù)碼管則需要 74LS246 驅(qū)動(dòng)，為了節(jié)約成本，因此選用共陽(yáng)極數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，具體數(shù)碼管設(shè)計(jì)電路如圖 314所示。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。頻率值顯示電路 采用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管動(dòng)態(tài) 顯示頻率計(jì)被測(cè)數(shù)值，使用三極管 8550 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使數(shù)碼管亮度變亮，便于觀察測(cè)量。CET。 74LS161 還有一個(gè)進(jìn)位輸出端 CO，其邏輯關(guān)系是 CO= Q0一直到 EP=0， ET＝ 1，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)結(jié)束。計(jì)數(shù)過(guò)程中，首先加入一清零信號(hào) RD＝ 0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為 0，即計(jì)數(shù)器清零。Q3 74LS161 引腳如圖 311 所示。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，這樣檢測(cè)一次從1到 0的跳變至少需要 2個(gè)機(jī)器周 期（ 24 個(gè)振蕩周期），所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的 1／ 24（使用 12 MHz 時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為 500 kHz） ，因此采用 74LS161 進(jìn)行外部十分頻使測(cè)頻范圍達(dá)到 2MHz。 分頻電路分析 本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以 AT89S52 單片機(jī)為核心，利用他內(nèi)部的定時(shí)／計(jì)數(shù)器完 成待測(cè)信號(hào)周期／頻率的測(cè)量。與非門 74LS00 構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)放大器的輸出 波形 信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較大時(shí)，通過(guò)輸入衰減電路將電壓幅度降低。 T1TransD1Bridge2200uFC2100uFC4C3C5D2S1SWSPST220R1IN12OUT3GNDU2 LM7805~220V5V 圖 39 5V直流電源電路 放大整形模塊 由于輸入的信號(hào)可以是正弦波 ，三角波。集成穩(wěn)壓電源事實(shí)上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。二者的工作原理有所不同。再經(jīng)濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓 U1。 表 33 單片機(jī)端口分配表 模 塊 端口 功能 顯示模塊 、 數(shù)碼管頻率值顯示 LED單位顯示 分頻模塊 通道選擇 清零 電源模塊 直流穩(wěn)壓電源的基本原理 直流穩(wěn)壓電源一般 由 電源變壓器 T、整流、濾波及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如圖35 所示 。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 表 32 P3口的第二種功能說(shuō)明表 引腳號(hào) 第二功能 引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） T0(定時(shí)器 0外部輸入 ) TXD (串行輸出 ) T1(定時(shí)器 1外部輸入 ) INT0 （外部中斷 0） WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) （外部中斷 1） RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) 頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 9 RST:復(fù)位輸入。對(duì) P3端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 8 表 3— 1 P1口的第二種功能說(shuō)明表 引腳號(hào) 第二功能 T2(定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入 )，時(shí)鐘輸出 T2EX(定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制 ) MOSI(在系統(tǒng)編程用 ) MISO(在系統(tǒng)編程用 ) SCK(在系統(tǒng)編程用 ) P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 7 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U10AT89S52S3SWPB10KR1310uFC1212Y2XTAL30pFC1030pFC11P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P32P33P34P35P36P37P00P01P02P03P04P05P06P07112233445566778899U9 SHANGLAXTAL1XTAL2XTAL1XTAL2RESRES5V5V5V5VADDR0ADDR1ADDR2CLEARLED1LED2LED3SPEKER 圖 34單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 引腳功能 VCC:電源電壓 ； GND:地 ； P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口?？紤]到單片機(jī)本身用在控制，并非高速信號(hào)采樣處理，所以選取合適的頻率即可。 RST單片機(jī)C1R1GNDVCC RST單片機(jī)C2R2GNDVCCR3S?SWPB 圖 32 上電復(fù)位 圖 33 手動(dòng)復(fù)位 有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)程序跑飛的情況 ，在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常需要手動(dòng)復(fù)位。根據(jù)不同場(chǎng)合的要求，這款單片機(jī)提供了多種封裝，本次設(shè)計(jì)根據(jù)最小系統(tǒng)有時(shí)需要更換單片機(jī)的具體情況，使用雙列直插 DIP40 的封裝。片內(nèi)資源有 4 組 I/O 控制端口、 3 個(gè)定時(shí)器、 8 個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護(hù)。 8位 單片機(jī)是 MSC51 系列產(chǎn)品升級(jí)版 ，有世界著名半導(dǎo)體公司 ATMEL 在購(gòu)買 MSC51設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后，利用自身優(yōu)勢(shì)技術(shù) —— （掉電不丟數(shù)據(jù)）閃存生產(chǎn)技術(shù)對(duì)舊技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展，同時(shí)使用新的 半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。 AT89S52 主控制器 模塊 AT89S52 的介紹 該 AT89S52 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS8 位微控制器，可在 4K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)編程的閃存存儲(chǔ)器。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā) 送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機(jī)中 CPU 的開(kāi)銷小 ,能供給單獨(dú)鎖存的 I/O 接口電路很多。 D DD D D0，于是用 8 位二進(jìn)制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼。如下圖所示?？捎?74161頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 4 進(jìn)行外部分頻。 放大整形模塊： 放大電路是對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度的要求。利用其內(nèi)部的定時(shí)／計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期／頻率的測(cè)量。 本文介紹了一種基于 單片機(jī) AT89S52 制作的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法 ,所制作的頻率計(jì) 測(cè)量比較高的頻率采用外部十分頻，測(cè)量較低頻率值時(shí)采用單片機(jī)直接計(jì)數(shù)，不進(jìn)行外部分頻 。由于數(shù)字測(cè)量的離散性，被測(cè)頻率在計(jì)數(shù)器中所記進(jìn)的脈沖數(shù)可有正一個(gè)或負(fù)一個(gè)脈沖的 1? 量化誤差，在不計(jì) 其他誤差影響的情況下，測(cè)量精度將為： 頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 3 1()fA N? ? （ 2— 2） 應(yīng)當(dāng)指出， 測(cè)量頻率時(shí)所產(chǎn)生的誤差是由 N 和 T 倆個(gè)參數(shù)所決定的，一方面是單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)越多時(shí)，精度越高，另一方面 T 越穩(wěn)定時(shí)，精度越高。本頻率計(jì)要求測(cè)頻誤差在 1‰以下，則 N應(yīng)大于 1000。這個(gè)誤差是比較大的，實(shí)際上，測(cè)量的脈沖個(gè)數(shù)的誤差會(huì)在177。由晶體振蕩器產(chǎn)生的基頻，按十進(jìn)制分頻得出的分頻脈沖，經(jīng)過(guò)基選通門去觸發(fā)主控電路，再通過(guò)主控電路以適當(dāng)?shù)木幋a邏輯便得到相應(yīng)的控制指令，用以控制主門電路選通被測(cè)信號(hào)所產(chǎn)生的矩形波，至十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路進(jìn)行直接計(jì)數(shù)和顯示。其中以 AT89S52 為內(nèi)核的單片機(jī)系列目前在世界上生產(chǎn)量最大，派生產(chǎn)品最多，基本可以滿足大多數(shù)用戶的需要。 頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用 在我國(guó)，單片機(jī)已不是一個(gè)陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)的里程碑事件。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)、 方波信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。由于頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)，易于傳輸，因此可以獲得較高的測(cè)量精度。以 AT89S52 單片機(jī)為核心，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí) /計(jì)數(shù)器的門控時(shí)間，方便對(duì)頻率計(jì)的測(cè)量。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化，因此，頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無(wú)法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，所制作的頻率計(jì)采用外部分頻，實(shí)現(xiàn) 1Hz~40MHz的頻率測(cè)量， 采用外部按鈕 量程切換流程。 關(guān)鍵詞： 頻率計(jì)；單片機(jī)；計(jì)數(shù)器；量程切換 目錄 第一章 前言 ........................................................ 1 頻率計(jì)概述 ................................................... 1 頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用 ............................................. 1 頻率計(jì)設(shè) 計(jì)內(nèi)容 ............................................... 1 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ............................................ 2 測(cè)頻的原理 ................................................... 2 總體思路 ..................................................... 3 具體模塊 ................