【正文】 ................... 38 附錄一 頻率計源程序 .................................................... 38 附錄二 硬件電路圖 ...................................................... 43 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 緒論 頻 率計設計 背景 隨著我們現(xiàn)代信息化以及電子科技的飛快發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品的設計要求也相應得到提高，電子科學技術(shù)現(xiàn)在正逐漸改善著人們的學習、生活、工作等等，頻率計作為我們廣泛應用的電子測 量的儀器，已經(jīng)廣泛被應用于航空航天技術(shù)、醫(yī)療儀器，電子和測控、學校和家庭等不同的場合。電子產(chǎn)品不斷的向體積小， 高速 ， 高 集成度，低成本， 低功耗，多 功能的方向發(fā)展。第二步 通過 NiosⅡ系統(tǒng) 設置 實現(xiàn) 8*8 點陣的音樂流水燈效果 ，使其成功進行 編譯。本人在開發(fā)基于 1秒鐘對脈沖進行計數(shù)的工作過程中，設計了用單片機內(nèi)部 2個 16位的定時 /計數(shù) 功能來控制每秒鐘脈沖所計的數(shù)量也即信號的頻率。隨著大規(guī)模專用 IC（集成電路）出現(xiàn)，如 ICM7216， ICM7226 頻率計專用 IC，使得頻率計開發(fā)設計變得非常簡單，但由于價格比較高，因此利用 IC 設計數(shù)字頻率計的較少。檔次的高低是由 測量的精度是否高、穩(wěn)定度是否強、模塊化設計的是否豐富決定的。本次設計只是簡單的對脈沖進行計數(shù)，頻率變化的越高，所計的數(shù)值誤 差越大，具體的設計 特點如下。 小結(jié) 頻率測量是電子測量儀器中最為基本的測量，本文通過對頻率計的設計背景，頻率計的設計意義，頻率計的設計目標，頻率計的設計內(nèi)容得出，它的用途十分廣泛，常應用于航空 、電子、計算機、醫(yī)療、自動控制及嵌入式系統(tǒng)等領域。 微 控 制 器A T 8 9 C 5 1放 大 整 形電 路分 頻 電 路驅(qū) 動 電 路數(shù) 碼 管 顯 示信 號 輸 入 圖 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 方案 選擇 方案一 ： 采用模擬電路和數(shù)子電路來設計測頻方法，該設計要求很強的工作環(huán)境，在選擇電子元器方面要很高的精確度， 且需要大量的電子器件。 綜上述兩種方案分析，結(jié)果表明本設計采用方案二來測信號的頻率。因此，要想測量頻率，我們必須先產(chǎn)生一個標準的秒脈沖，而單片機計數(shù)器只能對 矩形波進行計數(shù)，我們就要設計一個整形電路，將所輸入的波形整形為矩形波，將矩形波送入單片機中斷口進行定時、記數(shù)，具體測量頻率原理如下： 由于我們不知道所測信號的微弱強度，我們就先將待測信號送入放大電路進行放大處理。我們先由單片機的中斷功能，每 100ms產(chǎn)生一次中斷，中斷 10次便得到了我們所要測的標準秒脈沖；接著我們使用單片機的計數(shù)功能，對每一個秒鐘脈沖進行計數(shù)，所計的數(shù)據(jù)即為該測信號的頻率 。 單片機概述 AT89C51 介紹 AT89C51集成了計算機的所有基本功能部件，包括中央處理器（ CPU）、存儲器（ RAM和 ROM） I/O口 、中斷 定時 系統(tǒng)、定時 、 計數(shù)器和串行通信接口電路等。軟件實現(xiàn)的功能越來越強大，人們只需修改相應的程序便能代替從前的硬件電路。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 所以 它可 作為 脈沖 輸出使用 或 作為外部 定時。 它的使用電壓接 +12V電源 。 AT89C51 存儲器 （ 1）程序存儲器：程序存儲器用于存放用戶的目標程序和 表格常數(shù)，它以程序計數(shù)器 PC作為地址指針， 89C51單片機 的 程序存儲器，當 /EA為高電平 時，低 4KB地址(0000H0FFFH)指向片內(nèi)程序存儲器，當 /EA為低電平時，指向片外程序存儲器空間。片內(nèi) RAM地址范圍是 00H～ FFH，用 MOV指令訪問。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 表 SFR的名稱幾地址對照表 特殊功能寄存器符號 名稱 字節(jié)地址 位地址 B B寄存器 F0H F7H～ F0H A(ACC) 累加器 E0H E7H～ E0H PSW 持續(xù)狀態(tài)字寄存器 D0H D7H～ D0H IP 中斷優(yōu)先級控制寄存器 B8H BFH～ B8H P3 P3口 B0H B7H～ B0H IE 中斷允許控制寄存器 A8H AFH～ A8H P2 P2口 A0H A7H～ A0H SBUF 串行數(shù)據(jù)緩沖器 99H SCON 串行控制寄存器 98H 9FH～ 98H P1 P1口 90H 97H～ 90H TH1 定 時器 /計數(shù)器 T1高字節(jié) 8DH TH0 定時器 /計數(shù)器 T0高字節(jié) 8CH TL1 定時器 /計數(shù)器 T1低字節(jié) 8BH TL0 定時器 /計數(shù)器 T0低字節(jié) 8AH TMOD 定時器 /計數(shù)器工作方式控制寄存器 89H TCON 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 88H 8FH～ 8FH PCON 電源控制寄存器 87H DPH 數(shù)據(jù)指針高字節(jié) 83H DPL 數(shù)據(jù)指針低字節(jié) 82H SP 堆棧指針 81H P0 P0口 80H 87H～ 80H 片外 RAM 89C51 的數(shù)據(jù)存儲器與程 序存儲器全部 64KB 地址重疊，且數(shù)據(jù)存儲器的片內(nèi)、片外的低 128 字節(jié)地址也重疊 。三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的，是預先調(diào)好的，在使用中不能進行調(diào)整。本次設計采用 7805，輸出直流5V 電壓 ，具體的電路圖如圖 所示。外部時鐘方式常用于多片 89C51 單片機芯片之間的同步工作。將 555 定時器的閾值輸入端和觸發(fā)輸入端相接，即構(gòu)成了施密特觸發(fā)器。當PE=0 時為并行數(shù)據(jù)預置操作，每個數(shù)據(jù)選擇器在左邊的與 門打開，于是， D3D0 到達相應觸發(fā)器的輸入端，當 CP脈沖沿到達后，該數(shù)據(jù)進入觸發(fā)器而實現(xiàn)同頻預置；當 PE=1時，右邊的與門打開，各 D 觸發(fā)器與相應的同或門實現(xiàn) T觸發(fā)器功能，接 收 同頻計數(shù)的控制信號，其工作原理與表 類似， 74LVC161 引腳如圖 所示。 （ 2） 74HC151 芯片 簡 介 74HC151 是 一種典型的 CMOS 集成電路數(shù)據(jù)選擇器 [15]， 它有三個 地 址輸入端 S2S1S0，可選擇 D0D7 八 個 數(shù)據(jù)源，具有兩個互補輸出端， 同相輸出端 Y，其功能如表 所示。 所謂靜態(tài)顯示，一個數(shù)碼管要單獨接單片機的 I/O 接口，它所占用的 I/O 口資源比較大，每個數(shù)碼管的段選必需接一個 8位數(shù)據(jù)線來保持顯示字形數(shù)碼，當送入一次字形碼后，顯示字形一直 保持。 555 定時器可組成施密特觸發(fā)器 、 多諧振蕩 器 ，常用于脈沖的產(chǎn)和 、 波形的整形及定時等，在數(shù)字電路中，施密特觸發(fā)器無記憶功能 [18]。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 開 始判 斷 檔 位計 算 數(shù) 碼 管 數(shù) 值短 暫 延 時 動 態(tài) 掃 描送 數(shù) 據(jù) 顯 示結(jié) 束 圖 數(shù)據(jù)顯示子程序 轉(zhuǎn)換量程子程序 。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 30 圖 導入 hex文件 8． 對所仿真 的電路圖進行下一 步功能 步仿真。 正弦波整形波形 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 32 三角波整形波形 方波整形波形圖 結(jié)果分析：輸入 時變信號 得到很好的放大整形處理，電路的設計是沒有錯誤的，具體的調(diào)試還 得 接實際電路才能得到結(jié)果驗證。 小結(jié) 仿真調(diào)試模塊采用示波器和 Protues 軟件完成，放大整形電路仿真：將整形后的信號接至示波器，調(diào)試相應的按鈕，測出標準的矩形波。 在設計多諧振蕩器輸出的方波信號，由于電路里面使用的電容元件，在實驗的時候，隨著實驗室里面溫度的變化，輸出信號的頻率也會發(fā)生變化，這是造成誤差的一個原因，為了在驗收的時。例如輸入頻率 時，仿真結(jié)果如圖 所示。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 31 第五章 系統(tǒng)的仿真和調(diào)試 硬件仿真結(jié)果調(diào)試 放大 整形 電路 調(diào)試 以下是仿真結(jié)果，右上角的長方形部分為信號發(fā)生器的設置，示波器中的紅色波形是輸入波形，藍色波形是輸出波形 。 添加代碼界 面 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 建立 Keil軟件工作環(huán)境，并保存 .C的工作模式，具體如圖 保存界面 設置 Target 中的 產(chǎn)生 HEX 文件如圖 所示 Target 界面 進行 Keil C 語言編譯，編譯成功進行 Protues 聯(lián)調(diào)，如圖 所示。具體流程如下：當中斷開始后 ,應該相應關閉外部計數(shù)器 ,同時測得此時計數(shù)是否為 1S，若為 1S 則 處理數(shù)據(jù)保存 ， 再開外部計數(shù)器，由于定時 /計數(shù)器 T0 沒有自動重裝初值的功能，此時得重新賦初值， 對此脈沖進行計數(shù)，并選擇對 應的頻率檔位，計數(shù)的結(jié)果便是該信號的頻率， 而且相應的檔位量程通過數(shù)碼管顯示出來； 若 不為 1S，則中斷返回，具體的流程如圖 所示。 AT89C51 集成了計算機所有的基本元器件的芯片包括 CPU、存儲器、 I/O 口、中斷系統(tǒng)、定時 /計數(shù)器、串行口通信接口，該設計是利用單片機與適當?shù)耐鈬娐穪硗瓿傻? AT89C51 時鐘信號 有外部時鐘和內(nèi)部時鐘兩種方式；復位方式也有上電復位和手動復位兩種方式 ，復位為高電平復位；并且內(nèi)部有 4 個 I/O 口 [17]。 74HC151 是一種典型的 CMOS 集成電路數(shù)據(jù)選擇器，其引腳如圖 所示。表 為 74 LVC161的功能表。 T R IG2Q3R4C V ol t5T H R6D I S7VCC8GND1U5 555VoV C CC 080. 01uFVxQ 1 9013N P NR747KR91KR647KC 0947uFV C CC 100. 1uF4. 7KR E S 2ViViU67400c l k湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 19 分頻電路原理圖 （ 1） 74 LVC161 芯片 簡介 74LVC161 是 一種典型的高性能、低功耗 CMOS 4 位 同步 二進制 加計數(shù)器 [14]， 它 可 在－ 電源電壓范圍內(nèi)工作，其所有邏輯輸入端都可耐受高達 電壓，因此，在電源電壓為 時可直接與 5V 供電的 TTL 邏輯電路接口。 顯然放大電路中的電壓 V 和電流 I 既含 有交流成分，又含有直流成分，稱為交直共存 [12]。時鐘產(chǎn)生電路連接如圖 所示。 直流 穩(wěn)壓 電源 的 設計 本設計采用直流穩(wěn)壓電源設計，電源模塊包括：變壓器，整流，濾波，穩(wěn)壓。 （ 2）采用集成穩(wěn)壓器設計直流電壓源 由于集成穩(wěn)壓管具有體積小，外接線路簡單，使用方便，工作可靠和通用性強等優(yōu)點，所以在各種設備中應用十分廣泛，基本取代了由分立元件構(gòu)成的 穩(wěn)壓電路。離散的分布在該區(qū)域中，在 21 個 SFR 中，字節(jié)地址能被 8 整除的 SFR 事可以位尋址的，其位地址已在表中最后一列標出。二者的 地址空間相互獨立，各自有不同的訪問指令。當采用外部時鐘時該引腳懸空。 （ 10） /EA/VPP： /EA為片外程序存儲器訪問允許控制信號輸入端， 當其為 低電平 時，/EA才 有效 ，且 只 接收 訪問片外程序存儲器。 P3口的基本功能表 引腳號 第二功能 RXD（接收） TXD (發(fā)送 ) INT0 INT1 T0 T1 WR RD （ 7） RST： 手動復位和上電復位兩種， AT89C51是高電平復位；當 AT89C51為低電平時， 復位 退出，單片機從初試狀態(tài)開始工作。 （ 2） GND：接地。 AT89C51是一種低電壓，高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。微控制器的應用有眾 多功能如 智能化的幫助，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，工作環(huán)境的改善，降低能源和材料消耗，安全的確保。經(jīng)分頻電路分頻后實現(xiàn)了量程的選擇。分頻電路模塊我們采用 74LVC161和 74HC151組成的外部分頻電路，將我們所測的信號給予分頻，因為我使用的單片機 AT89C51的晶振是 12MHz,它的最大計數(shù)數(shù)率為 500K，而我所測的信號頻率范圍到了 2MHz，所以我們只能通過分頻 電路來將我們所測的頻率范圍變得更為寬廣，便于我們所測多種數(shù)字頻率的大小，達到本次設計的頻率設計要求。 綜上所述分析，采用后一種方案即利用單片機為核心及相關外圍電路實現(xiàn)頻率計的設計。 方案 二：采用單片機 AT89C51 及外圍電路來測信號頻率， 外圍電路包括電源電路、晶振時鐘 產(chǎn)生電路、復位電路、放大電路、整形電路、分頻電路、驅(qū)動電路及數(shù)碼管顯示電路。 圖 原理方框圖 方案二 ：采用單片機 AT89C51 內(nèi)部的定時、計數(shù)功能來對標準的秒脈沖進行計數(shù)，測量待測信號的頻率，該方案主要分為如下六個模塊： 單片機 A