【正文】 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。全能提高個(gè)人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的綜合能力，開(kāi)拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 P1_3 0。 TH0 0X3C。 lcd_wdat 39。 。 lcd_wdat SHI+48 。 lcd_pos 0x00 。 SHI SHU/10%10。//P2 低位 SHUamp。 WORD SHU。 TH0 0X3C。 IE 0X82。 P1 0XFF。 extern void lcd_wdat BYTE dat 。 include // typedef unsigned char BYTE。 // 數(shù)據(jù)讀寫 AC 加 1。 // 顯示開(kāi)。 ep 0。 _nop_ 。 _nop_ 。 rw 0。 ep 0。 _nop_ 。 _nop_ 。 _nop_ 。 lcd_wcmd BYTE cmd // 寫入指令數(shù)據(jù)到 LCD while lcd_bz 。 result BOOL P0 amp。 _nop_ 。 BOOL lcd_bz // 測(cè)試 LCD 忙碌狀態(tài) BOOL result。 i++ _nop_ 。 sbit ep P1^2。 typedef unsigned int WORD。擴(kuò)展了知識(shí)面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，而且對(duì)其他專業(yè)的知識(shí)也有所了解，而且較系統(tǒng)的掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，因而自身的綜合素質(zhì)有了全面的提高。經(jīng)實(shí)際多次測(cè)試頻率在小于 1000Hz 的時(shí)候最大相對(duì)誤差達(dá)到 1%，在1000Hz65536Hz 相對(duì)誤差小于 %。設(shè)計(jì)綜合考慮了頻率測(cè)量精度和測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的要求 。在構(gòu)成為計(jì)數(shù)器時(shí) ,在相應(yīng)的 外部引腳發(fā)生從 1 到 0 的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加 1 ,這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以用來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率 。將該計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)經(jīng)單片機(jī)處理送至 LCD 顯示。其程序流程圖如圖 11 所示。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 第 15～ 16 腳：空腳（圖中未畫出）。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 圖 7 典型接法 圖 8 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 顯示模塊 . 1602ALCD 與單片機(jī)的接法 單片機(jī)與 1602ALCD 的連接如圖 9 所示 圖 9 單片機(jī)與 LCD 接法 1602ALCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，本設(shè)計(jì)具體接法如下： 第 1 腳： VSS 為地電源（圖中未畫出）。 + 差分 電壓放大級(jí) 輸出級(jí) Vid 輸入級(jí) 偏置電流 圖 6 集成電路運(yùn)算放大器內(nèi)部組成原理框圖 運(yùn)算放大器分為通用型和專用型集成電路運(yùn)算放大器， 741 型集成運(yùn)算放大器即為通用型，其電路主要包括偏置電路（ 24 個(gè) BJT、 10 個(gè)電阻和一個(gè)電容組成）、輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)四個(gè)部分，整個(gè)電路要求當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)輸出也為零。圖中輸入級(jí)一 般是由 BJT、 JFET 或MOSFET 組成的差分式放大電路，利用它的對(duì)稱性可以提高整個(gè)電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)電路的反相輸入端和同相輸入端[7]。 由于輸入的信號(hào)幅 度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對(duì)于輸入信號(hào)的測(cè)量就不方便了，過(guò)大可能會(huì)把器件燒毀，過(guò)小可能器件檢測(cè)不到，所以在設(shè)計(jì)中采用了這個(gè)信號(hào)調(diào)理電路對(duì)輸入的波形進(jìn)行阻抗變換、放大限幅和整形，信號(hào)調(diào)理部分電路具體實(shí)現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如下圖 3 所示： 圖 3 信號(hào)處理 圖中 D1― D4 為肖特基二極管（ DIODE），本設(shè)計(jì)中選用 IN4148。它將正弦輸入信號(hào) Vx 整形成同頻率方波 Vo,幅值過(guò)大的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)分壓器分壓送入后級(jí)放大器，以避免波形失真。 當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指 令時(shí)， 應(yīng)該接到 VCC 端。當(dāng) AT89C52 執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期 兩次有效，除了當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 將跳過(guò)兩個(gè)信號(hào)。當(dāng)在 Flash 編程時(shí)還可以作為編程脈沖 輸出。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（ IIL）。 當(dāng) EPROM 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 口同時(shí)接收高 8 位地址和一些控制信號(hào)。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（ IIL）。當(dāng)作為輸入端使用時(shí)， P1 口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)低電流（ IIL）。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。當(dāng)對(duì) 0 端口寫入 1 時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。將計(jì)數(shù)中斷彌補(bǔ)計(jì)數(shù)器最高計(jì)數(shù) 65536 的不足作為本設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，故本設(shè)計(jì)最終選擇采用第一種方法并且只使用計(jì)數(shù)器的最多計(jì)數(shù) 65536。第二種方法的好處是輸入的時(shí)鐘信號(hào)頻率可以不受單片機(jī)晶振頻率的限制，可以對(duì)相 對(duì)較高頻率進(jìn)行測(cè)量，但缺點(diǎn)是成本比第一種方法高，設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序也比較復(fù)雜。 方案選擇 用單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)通常采用兩種辦法，第一種方法是使用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；第二種方法是單片機(jī)外部使用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值再由 單片機(jī)讀取。所謂“頻率”，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（ 1s）內(nèi)變化的次數(shù)。 本數(shù)字頻率計(jì)將采用定時(shí)、計(jì)數(shù)的方法測(cè)量頻率，采用一個(gè) 1602A LCD 顯示器動(dòng)態(tài)顯示 6 位數(shù)。 1 系統(tǒng)概述 數(shù)字頻率計(jì)概述 數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。 以 AT89S52 單片機(jī)為控制器件的頻率測(cè)量方法， 并用 C 語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)智能控制，結(jié)合外圍電子電路。頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)、易于傳輸 ,可以獲得較高的測(cè)量精度。 【關(guān)鍵字】 單片機(jī)（ AT89S52）、放大整形、 數(shù)據(jù)處理、 1602aLCD、 【 Abstract】 This design take at89S52 monolithic integrated circuit as the core full use hardware source design39。最后經(jīng)單片機(jī)處理送至 lcd液晶顯示屏顯示。傳統(tǒng)的頻率計(jì)通采用組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，產(chǎn)品不但體積較大，運(yùn)行速度慢，而且測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)不宜直接使用。此頻率計(jì)以 AT89S52 單片機(jī)為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點(diǎn)。以精確迅速的特點(diǎn)測(cè)量信號(hào)頻率，在本設(shè)計(jì)在實(shí)踐理論上鍛煉提高了自己的綜合運(yùn)用知識(shí)水平，為以后的開(kāi)發(fā)及科研工作打下基礎(chǔ)。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。它以測(cè)量的方法對(duì)正弦波、方波、三角波的頻率進(jìn)行自動(dòng)的測(cè)量。若其周期為1s，信號(hào)持續(xù)時(shí)間亦準(zhǔn)確地等于 1s。故輸入時(shí)鐘信號(hào)的最高頻率不得超過(guò)單片機(jī)晶振頻率的二十四分之一。根據(jù)頻率檢測(cè)的原理，很容易想到利用 51 單片機(jī)的 T0、 T1 兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè)用來(lái)定時(shí)，另一個(gè)用來(lái)計(jì)數(shù)，兩者均應(yīng)該工作在中斷方式，一個(gè)中斷用于 1s 時(shí)間的中斷處理，一個(gè)中斷用于對(duì)頻率脈沖的計(jì)數(shù)溢出處理， 對(duì)另一個(gè)計(jì)數(shù)單元加一 ，此方法可以彌補(bǔ)計(jì)數(shù)器最多只能計(jì)數(shù) 65536 的 不足。各模塊關(guān)系圖如圖 2 所示： 圖 2 系統(tǒng)工作原理圖 AT89S52 是一 種高性能低功耗的采用 CMOS 工藝制造的 8 位微控制器，它提供下列標(biāo)準(zhǔn)特征： 4K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)的 RAM,32 條 I/O 線， 2個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 , 一個(gè) 5 中斷源兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串行口 , 片上震蕩器和時(shí)鐘電路 引腳說(shuō)明： ??VCC：電源電壓 ??GND:地 ??P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路。 在 EPROM 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸出指令字節(jié)在程序校驗(yàn)時(shí)。當(dāng)對(duì) P1 口寫 1 時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。當(dāng)向 P2 口寫 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。當(dāng)利用 8 位地址線訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)（例 MOVX ＠R1） ,P2 口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)向 P3 口寫 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。 ??ALE/ :當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 ?? ：程序存儲(chǔ)允許時(shí)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。需要主要的是，如果加密位 1被編程，復(fù)位時(shí) EA 端會(huì)自動(dòng)內(nèi)部鎖存。放大整形系統(tǒng)包括衰減器、跟隨器、放大器、施密特觸發(fā)器。系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，整形后的方波送以便計(jì)數(shù)。 圖 5 轉(zhuǎn)換方波 . LF353 雙運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介 集成電路運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，圖 6表示集成運(yùn)放的內(nèi)部電路組成原理框圖。此外還有一些輔助環(huán)節(jié)，如電平移動(dòng)電路、過(guò)載保護(hù)電路以及高頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等。 題中用到的 LF353 放大器屬于用型集成運(yùn)算放大，該運(yùn)算放大器內(nèi)部有偏移電壓和 FET 輸入裝置（雙向場(chǎng)效應(yīng)管），有較大的反向擊穿電壓，因此，當(dāng)大差動(dòng)輸入電壓時(shí)，可以很容易容納增加的輸入電流。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選 擇指令寄存器。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。（說(shuō)明：1 為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 指令 4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，下表是 DM162 的內(nèi)部顯示地址 . 比如第二行第一個(gè)字符的地址是 40H，那么是否直接寫入 40H 就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位 D7 恒定為高電平 1 所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 01000000B（ 40H +10000000B 80H 11000000B C0H 3 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作流程圖 系統(tǒng)工作流程圖 圖 10 系統(tǒng)工作流程圖 . T0 的 1s 定時(shí) 本次設(shè)計(jì)選用定時(shí)器 T0 完成定時(shí)功能，選用方式 1 時(shí)最多也只能定時(shí) 顯然不能滿足定時(shí) 1 S 的要求，可以用下面這種方法解決：采用 T0 定時(shí) 50 ，連續(xù)循環(huán)定時(shí) 20 次即可完成 1 定時(shí)，用一個(gè)計(jì)數(shù)單元存放循環(huán)的次數(shù)，每一次循環(huán)單元自加 1，當(dāng)加到 20 次時(shí)則 1S 定時(shí)到時(shí)。 圖 11 圖 12 軟件工作原理 將整形后的波形送至單片機(jī)的 T1 計(jì)數(shù)器輸入口，打開(kāi)定時(shí)器 0，初始化定時(shí)器 0，將單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器 T0 定時(shí)為 1S，此時(shí) T1 輸入口在 1s 內(nèi)所計(jì)數(shù)到的脈沖個(gè)數(shù)即為該信號(hào)的頻率。在構(gòu)成為定時(shí)器時(shí) ,每個(gè)機(jī)器周期加 1 使用 12M Hz 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(lái)準(zhǔn)確定時(shí) 1S。當(dāng) TR 清 0 ,停止計(jì)數(shù) 。測(cè)量數(shù)據(jù)如下表 [7] E312B 頻率測(cè)試值 Hz 10 50 100 500 1000 5000 8000 10000 50000 本設(shè)計(jì)頻率計(jì)測(cè)量值（ Hz） 10 50 99 492 1001 5003 7995 9995 49973 相對(duì)誤差（ %） 0 0 1% % % % % % % 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 基于單片機(jī)直接計(jì)數(shù)脈沖，受單片機(jī)晶振頻率的影響，外圍電路與外部中斷口接觸良好問(wèn)題，外界環(huán)境干擾等因素，故本頻率存在一定客觀和主觀上的誤差。 結(jié) 束 語(yǔ) 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，不但加深我對(duì)在課程上所學(xué)到的單片機(jī)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，重新讓自己認(rèn)識(shí)到了這門學(xué)科的在應(yīng)用方面的廣闊前景，并且通過(guò)知識(shí)與應(yīng)用于實(shí)踐的結(jié)合更加豐富了自己的知識(shí)。 參考文獻(xiàn)