【正文】 數字電路的設計、安裝、調試過程中，由于其使用十進制數顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經常要用到頻率計。全能提高個人系統開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應工作崗位上的工作打下了堅實的基礎。 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。 // 數據讀寫 AC 加 1。 // 顯示開。 ep 0。 _nop_ 。 _nop_ 。 rw 0。 ep 0。 _nop_ 。 _nop_ 。 _nop_ 。 lcd_wcmd BYTE cmd // 寫入指令數據到 LCD while lcd_bz 。 result BOOL P0 amp。 _nop_ 。 BOOL lcd_bz // 測試 LCD 忙碌狀態(tài) BOOL result。 i++ _nop_ 。 sbit ep P1^2。 typedef unsigned int WORD。擴展了知識面，不但掌握了本專業(yè)的相關知識，而且對其他專業(yè)的知識也有所了解，而且較系統的掌握單片機應用系統的開發(fā)過程，因而自身的綜合素質有了全面的提高。經實際多次測試頻率在小于 1000Hz 的時候最大相對誤差達到 1%，在1000Hz65536Hz 相對誤差小于 %。設計綜合考慮了頻率測量精度和測量反應時間的要求 。在構成為計數器時 ,在相應的 外部引腳發(fā)生從 1 到 0 的跳變時計數器加 1 ,這樣在計數閘門的控制下可以用來測量待測信號的頻率 。將該計數脈沖個數經單片機處理送至 LCD 顯示。其程序流程圖如圖 11 所示。 指令 8： DDRAM 地址設置。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H。 第 15～ 16 腳：空腳（圖中未畫出）。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 圖 7 典型接法 圖 8 內部結構 顯示模塊 . 1602ALCD 與單片機的接法 單片機與 1602ALCD 的連接如圖 9 所示 圖 9 單片機與 LCD 接法 1602ALCD 采用標準的 16 腳接口，本設計具體接法如下： 第 1 腳： VSS 為地電源（圖中未畫出）。 + 差分 電壓放大級 輸出級 Vid 輸入級 偏置電流 圖 6 集成電路運算放大器內部組成原理框圖 運算放大器分為通用型和專用型集成電路運算放大器， 741 型集成運算放大器即為通用型，其電路主要包括偏置電路（ 24 個 BJT、 10 個電阻和一個電容組成）、輸入級、中間級和輸出級四個部分，整個電路要求當輸入信號為零時輸出也為零。圖中輸入級一 般是由 BJT、 JFET 或MOSFET 組成的差分式放大電路，利用它的對稱性可以提高整個電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個輸入端構成整個電路的反相輸入端和同相輸入端[7]。 由于輸入的信號幅 度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對于輸入信號的測量就不方便了，過大可能會把器件燒毀，過小可能器件檢測不到，所以在設計中采用了這個信號調理電路對輸入的波形進行阻抗變換、放大限幅和整形，信號調理部分電路具體實現電路原理圖和參數如下圖 3 所示： 圖 3 信號處理 圖中 D1― D4 為肖特基二極管（ DIODE），本設計中選用 IN4148。它將正弦輸入信號 Vx 整形成同頻率方波 Vo,幅值過大的被測信號經過分壓器分壓送入后級放大器，以避免波形失真。 當執(zhí)行內部編程指 令時， 應該接到 VCC 端。當 AT89C52 執(zhí)行外部程序存儲器的指令時，每個機器周期 兩次有效，除了當訪問外部數據存儲器時， 將跳過兩個信號。當在 Flash 編程時還可以作為編程脈沖 輸出。作為輸入口，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（ IIL）。 當 EPROM 編程或校驗時， P2 口同時接收高 8 位地址和一些控制信號。作為輸入口，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（ IIL）。當作為輸入端使用時， P1 口因為內部存在上拉電阻，所以當外部被拉低時會輸出一個低電流（ IIL）。程序校驗時需要外接上拉電阻。當對 0 端口寫入 1 時，可以作為高阻抗輸入端使用。將計數中斷彌補計數器最高計數 65536 的不足作為本設計的擴展，故本設計最終選擇采用第一種方法并且只使用計數器的最多計數 65536。第二種方法的好處是輸入的時鐘信號頻率可以不受單片機晶振頻率的限制，可以對相 對較高頻率進行測量，但缺點是成本比第一種方法高，設計出來的系統結構和程序也比較復雜。 方案選擇 用單片機設計頻率計通常采用兩種辦法，第一種方法是使用單片機自帶的計數器對輸入脈沖進行計數；第二種方法是單片機外部使用計數器對脈沖信號進行計數，計數值再由 單片機讀取。所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間（ 1s）內變化的次數。 本數字頻率計將采用定時、計數的方法測量頻率，采用一個 1602A LCD 顯示器動態(tài)顯示 6 位數。 1 系統概述 數字頻率計概述 數字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可缺少的測量儀器。 以 AT89S52 單片機為控制器件的頻率測量方法， 并用 C 語言進行設計，采用單片機智能控制，結合外圍電子電路。頻率信號抗干擾性強、易于傳輸 ,可以獲得較高的測量精度。 【關鍵字】 單片機（ AT89S52）、放大整形、 數據處理、 1602aLCD、 【 Abstract】 This design take at89S52 monolithic integrated circuit as the core full use hardware source design39。最后經單片機處理送至 lcd液晶顯示屏顯示。傳統的頻率計通采用組合電路和時序電路等大量的硬件電路構成，產品不但體積較大，運行速度慢，而且測量低頻信號時不宜直接使用。此頻率計以 AT89S52 單片機為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點。以精確迅速的特點測量信號頻率，在本設計在實踐理論上鍛煉提高了自己的綜合運用知識水平，為以后的開發(fā)及科研工作打下基礎。在進行模擬、數字電路的設計、安裝、調試過程中，由于其使用十進制數顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經常要用到頻率計。它以測量的方法對正弦波、方波、三角波的頻率進行自動的測量。若其周期為1s，信號持續(xù)時間亦準確地等于 1s。故輸入時鐘信號的最高頻率不得超過單片機晶振頻率的二十四分之一。根據頻率檢測的原理，很容易想到利用 51 單片機的 T0、 T1 兩個定時 /計數器，一個用來定時，另一個用來計數，兩者均應該工作在中斷方式，一個中斷用于 1s 時間的中斷處理，一個中斷用于對頻率脈沖的計數溢出處理， 對另一個計數單元加一 ，此方法可以彌補計數器最多只能計數 65536 的 不足。各模塊關系圖如圖 2 所示： 圖 2 系統工作原理圖 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，它提供下列標準特征： 4K 字節(jié)的程序存儲器， 128 字節(jié)的 RAM,32 條 I/O 線， 2個 16 位定時器 /計數器 , 一個 5 中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結構，一個雙工的串行口 , 片上震蕩器和時鐘電路 引腳說明： ??VCC：電源電壓 ??GND:地 ??P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，作為輸出口用時，每個引腳能驅動 8 個 TTL 邏輯門電路。 在 EPROM 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，同時輸出指令字節(jié)在程序校驗時。當對 P1 口寫 1 時，它們被內部的上拉電阻拉升為高電平，此時可以作為輸入端使用。當向 P2 口寫 1 時，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。當利用 8 位地址線訪問外部數據存儲器時（例 MOVX ＠R1） ,P2 口輸出特殊功能寄存器的內容。當向 P3 口寫 1 時，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。 ??ALE/ :當訪問外部存儲器時，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)。 ?? ：程序存儲允許時外部程序存儲器的讀選通信號。需要主要的是，如果加密位 1被編程，復位時 EA 端會自動內部鎖存。放大整形系統包括衰減器、跟隨器、放大器、施密特觸發(fā)器。系統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數。 圖 5 轉換方波 . LF353 雙運算放大器簡介 集成電路運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直接耦合放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結構具有共同之處，圖 6表示集成運放的內部電路組成原理框圖。此外還有一些輔助環(huán)節(jié)，如電平移動電路、過載保護電路以及高頻補償環(huán)節(jié)等。 題中用到的 LF353 放大器屬于用型集成運算放大，該運算放大器內部有偏移電壓和 FET 輸入裝置（雙向場效應管），有較大的反向擊穿電壓，因此，當大差動輸入電壓時，可以很容易容納增加的輸入電流。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選 擇指令寄存器。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數據線。（說明：1 為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復位到地址 00H 位置。 指令 4：顯示開關控制。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設置。要顯示字符時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 的內部顯示地址 . 比如第二行第一個字符的地址是 40H，那么是否直接寫入 40H 就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位 D7 恒定為高電平 1 所以實際寫入的數據應該是 01000000B（ 40H +10000000B 80H 11000000B C0H 3 軟件設計 系統工作流程圖 系統工作流程圖 圖 10 系統工作流程圖 . T0 的 1s 定時 本次設計選用定時器 T0 完成定時功能，選用方式 1 時最多也只能定時 顯然不能滿足定時 1 S 的要求，可以用下面這種方法解決：采用 T0 定時 50 ，連續(xù)循環(huán)定時 20 次即可完成 1 定時，用一個計數單元存放循環(huán)的次數，每一次循環(huán)單元自加 1，當加到 20 次時則 1S 定時到時。 圖 11 圖 12 軟件工作原理 將整形后的波形送至單片機的 T1 計數器輸入口，打開定時器 0，初始化定時器 0，將單片機的內部定時器 T0 定時為 1S，此時 T1 輸入口在 1s 內所計數到的脈沖個數即為該信號的頻率。在構成為定時器時 ,每個機器周期加 1 使用 12M Hz 時鐘時 ,每 1us 加 1 ,這樣以機器周期為基準可以用來準確定時 1S。當 TR 清 0 ,停止計數 。測量數據如下表 [7] E312B 頻率測試值 Hz 10 50 100 500 1000 5000 8000 10000 50000 本設計頻率計測量值（ Hz） 10 50 99 492 1001 5003 7995 9995 49973 相對誤差（ %） 0 0 1% % % % % % % 實驗結果分析 基于單片機直接計數脈沖，受單片機晶振頻率的影響，外圍電路與外部中斷口接觸良好問題，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 束 語 通過本次設計，不但加深我對在課程上所學到的單片機理論知識的認識和理解，重新讓自己認識到了這門學科的在應用方面的廣闊前景，并且通過知識與應用于實踐的結合更加豐富了自己的知識。 參考文獻