【正文】 T89C51 控制電路 模塊、分頻 電路 模塊、放大整形 電路 模塊、顯示 電路 模塊、 驅(qū)動(dòng)電路 模塊。 測(cè)量頻率范圍： 10Hz－ 2MHz。能精確的顯示所給脈沖頻率，達(dá)到測(cè)量頻率的目的。單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip MicroComputer,SCMC）簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī) [1]。 鑒于傳統(tǒng)頻率計(jì)可以用鍵盤(pán)上的“ k0”到“ k16”鍵來(lái)讀出所測(cè)信號(hào)的頻率可以用來(lái)測(cè)非常廣泛的頻率范圍。 在我們接觸的頻率計(jì)的領(lǐng)城中，從 20世紀(jì)末數(shù)字化電子器件推出和逐步規(guī)范化以后，社會(huì)上各種數(shù)字化的測(cè)量?jī)x器已逐漸成為一種潮流。 本論文中 結(jié)合 EDA 技術(shù)， NIOSⅡ技術(shù)、 C 語(yǔ)言、 計(jì)算機(jī)技術(shù) 、 PCB 制 板 等多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 本論文 設(shè)計(jì)是 基于 NIOSⅡ 技術(shù)的流水燈 LED 顯示系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 與制作 。因此我們開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們帶來(lái)一點(diǎn) 生活上的 樂(lè) 趣。 并且可以進(jìn)行一定的功能 方面的 擴(kuò)展。單片機(jī)只需要與適當(dāng)?shù)能浖斑m當(dāng)?shù)耐獠吭O(shè)備相結(jié)合，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的有效的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 頻率計(jì) 設(shè)計(jì) 目標(biāo) 本次設(shè)計(jì)目標(biāo)主要包括 :系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的準(zhǔn)確性 、系統(tǒng)的精度 。關(guān)于秒脈沖產(chǎn)生，利用單片機(jī)的中斷定時(shí)功能產(chǎn)生秒脈沖，利用定時(shí)器來(lái)控制頻率，而計(jì)數(shù)功能則利用單片機(jī)的 T0 來(lái)對(duì)所測(cè)的脈沖信號(hào)來(lái)計(jì)數(shù)， 具體要求如下： 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 被測(cè)信號(hào)波形：正弦波、三角波和矩形波。其設(shè)計(jì)的原理方框圖如圖 所示。例如， 若 1秒 鐘 記數(shù)器總共 記 N 個(gè)脈沖，則該信號(hào)的頻率為 NHz。 其 硬件電路簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、成本低、功能強(qiáng)大 。由于單片機(jī)計(jì)數(shù)器只計(jì)矩形波，又加上我們所測(cè)信號(hào)可以是多種信號(hào)如正弦波、三角波、三角波，所以我們使用了整形電路模塊，將正弦波、方波、三角波等波形換為矩形波。矩形波產(chǎn)生原理方式來(lái)看，通過(guò)放大整形電路來(lái)產(chǎn)生矩形波脈沖。 現(xiàn)在，越來(lái)越多的電子產(chǎn)品都采用數(shù)字化，用單片機(jī)來(lái)控制。通過(guò) 數(shù)字 頻率計(jì) 這個(gè)選題， 使我 更深層次的了解了單片機(jī)技術(shù)，以前只是 純 理論，實(shí)踐的機(jī)會(huì)不是很多，在作單片機(jī) 頻率計(jì) 這個(gè)選題的過(guò)程中，更加熟練的掌握了一些單片機(jī)芯片的應(yīng)用，也解決了很多以前理論和實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，可謂對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)小的飛躍。 表 MCS51系列單片機(jī)分類(lèi)表 分 類(lèi) 芯片 型號(hào) 存儲(chǔ)器類(lèi)型及容量 片內(nèi)其他功能單元數(shù)量 ROM RAM 并行口 串行口 定時(shí)器 中斷源 51子系列 8031/80C31 無(wú) 256B 4個(gè) 1個(gè) 2個(gè) 5個(gè) 8051/80C51 4KB 256B 4個(gè) 1個(gè) 2個(gè) 5個(gè) 8751/87C51 4KB EPROM 256B 4個(gè) 1個(gè) 2個(gè) 5個(gè) 89C51/89S51 4KB Flash 256B 4個(gè) 1個(gè) 2個(gè) 5個(gè) 52子系列 8032/80C32 無(wú) 256B 4個(gè) 1個(gè) 3個(gè) 6個(gè) 8052/80C52 8KB 256B 4個(gè) 1個(gè) 3個(gè) 6個(gè) 8752/87C52 8KB EPROM 256B 4個(gè) 1個(gè) 3個(gè) 6個(gè) 89C52/89S52 8KB Flash 256B 4個(gè) 1個(gè) 3個(gè) 6個(gè) AT89C51 測(cè)頻應(yīng)用中的管腳分配 （ 1） VCC：供電 5V電壓。 可接收輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流 ， 當(dāng) P3口寫(xiě)入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入 ， P3的基本功能表如表 。當(dāng) /PSEN由外部程序存儲(chǔ)器取 指令時(shí) ，每 來(lái)二 個(gè)機(jī)器周期 ， /PSEN工作才 有效。在單片機(jī)內(nèi)部它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶振的固有頻率。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分片內(nèi) RAM和片外 RAM兩種。特殊功能寄存器的字節(jié)地址映射在片內(nèi)的高 128 字節(jié)（ 80H～ FFH）區(qū)域中，共有 21 個(gè)。采用分立元件設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，制件和調(diào)試都比較復(fù)雜，所以不準(zhǔn)備采用這種方案 [8]。經(jīng)過(guò)綜合分析，本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)電源 [9]。為了減小寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，晶振和電容應(yīng)盡可能地安裝得與單片機(jī)引腳 XTAL1 和 XTAL2 靠近 [10]。其中 9013 為 NPN 三極管，輸入頻率為 Vi 的時(shí)變信號(hào)如正弦波、三角波、方波送到晶體三極管 進(jìn)行放大。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 放大整形電路 分頻電 路 單片機(jī) AT89C51 具有 2 個(gè) 16 位 內(nèi)部 定時(shí)／計(jì)數(shù)器， 編寫(xiě)相應(yīng)程序便能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能， 本次測(cè)頻電路采用的是以單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)的測(cè)量，單片機(jī)測(cè)量頻率的范圍能力限，最大計(jì)數(shù)只能為 500K,超過(guò) 500K 后便不能進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)分頻電路，將高的頻率值進(jìn)行分頻處理，本次分頻電路采用的是 74LVC161 和 74VC151，常用的分頻有十分頻，百分頻，千分頻，本次電路采用的是外部十分頻，對(duì)于低頻信號(hào)，單片機(jī)可以直接計(jì)數(shù)，對(duì)于高頻信號(hào)，先進(jìn)行分頻處 理，再送給單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)、計(jì)數(shù)器處理，從而測(cè)得時(shí)變信號(hào)的頻 率，經(jīng)分析可得，分頻電路的原理圖如圖 所示 。CET) 。使能輸入端是低電平有效，當(dāng) E=1 時(shí)，所有與門(mén)都封鎖，無(wú)論地址碼是什么， Y 總是等于 0，當(dāng) E=0 時(shí)，封鎖解除，由地址碼決定哪一個(gè)與門(mén)打開(kāi)。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 a1b2c3d4e5f6g7db8co9D S 1S H U M Aa1b2c3d4e5f6g7db8co9D S 2S H U M Aa1b2c3d4e5f6g7db8co9D S 3S H U M Aa1b2c3d4e5f6g7db8co9D S 4S H U M AP 2. 0 P 2. 1 P 2. 2 P 2. 3 圖 數(shù)碼管的顯示電路 小結(jié) 本章首先介紹了單片機(jī) AT89C51 的功能 、基本組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電路引腳圖，使讀者對(duì)單片機(jī)有更深刻的認(rèn)識(shí)。 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化計(jì) 算 脈 沖 個(gè) 數(shù)檔 位 轉(zhuǎn) 換顯 示 定 時(shí) 器 中 斷是 否 溢 出否是 圖 整體程序流程圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 定時(shí) /計(jì)數(shù) 子程序 該設(shè)計(jì)為了產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號(hào) 并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù) ,故要設(shè)計(jì)中斷定時(shí) /計(jì)數(shù) 程序 ,本設(shè)計(jì)中 采用定時(shí)器 T0定時(shí)工作方式 ,每 100mS中斷一次 ,中斷 10次 ,剛好產(chǎn)生 1S的秒脈沖。 選擇 Atmel 界面 然后出現(xiàn) 如 下界面，一般點(diǎn)擊是就可以了， 工程建立完成 。 KEIL 是編寫(xiě)程序常用的軟件， Protues 是一個(gè)虛擬平臺(tái)，對(duì)所繪制的硬件電路在計(jì)算機(jī)上給予仿真，利用 KEIL 和 Protues 聯(lián)調(diào)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室 且熟悉 KEIL 和 Protues的使用方法，對(duì) Protues 原理圖繪制給予說(shuō)明，讓讀者對(duì)于 Protues、 KEIL、 Protel 有更深刻的了解，便于對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的認(rèn)識(shí)。 圖 KHz檔 當(dāng)待測(cè)頻率 大于 1MHz并 比 2MHz小 時(shí)，發(fā)光二極管 紅 色燈亮。在調(diào)測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)測(cè)量頻率時(shí)，檔位在 10Hz－ 2MHz，最終得到的結(jié)果的誤差稍微大了點(diǎn)，其他的測(cè)量結(jié)果非常接近測(cè)量值。 頻率計(jì)的功能調(diào)試?yán)?Protues 虛擬平臺(tái)，輸入時(shí)變信號(hào)相應(yīng)的頻率，在數(shù)碼管上顯示所輸入的頻率，同時(shí)發(fā)光二極管根據(jù)相應(yīng)檔位變換二極管色彩， 當(dāng)輸入信號(hào)頻率增加時(shí)，輸 出的實(shí)際頻率值會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，這是由于硬件電路的延時(shí)、單片機(jī)中斷定時(shí)、計(jì)數(shù)及工作環(huán)境的變化等因素，總的來(lái)講，該設(shè)計(jì)調(diào)試成功，達(dá)到了理想效果。 軟件 仿真結(jié)果調(diào)試 頻率計(jì)功 能調(diào)試 當(dāng)待測(cè) 時(shí)變信號(hào) 頻率小于 1000Hz 時(shí)，發(fā)光二極管綠 色燈亮。 具體如下一章調(diào)試所試。 開(kāi) 始測(cè) 頻 率 值 X顯 示判 斷 XX 1 K H zX 1 M H z調(diào) 用 H z 檔調(diào) 用 M H z 檔結(jié) 束NYYN調(diào) 用 K H z 檔 圖 檔位轉(zhuǎn)換程序 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 對(duì)被測(cè)信號(hào)先初始化，然后通過(guò)單片機(jī)簡(jiǎn)單的測(cè)得頻率的大小是高頻還是低頻。 74LVC161 是同頻二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它為邊沿觸發(fā)，每來(lái)一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器加 1，74HC151 是八選一的數(shù)據(jù)選擇器， 74LS00 是反向器，三者組合一起構(gòu)成分頻電路。 該電路能在同一時(shí)間顯示不同的數(shù)字；但它占用 I/0 端口資源較多。 表 74HC151的功能表 輸入 輸出 使能 E S2 S1 S0 Y H L L L L L D0 L L L H D1 L L H L D2 L L H H D3 L H L L D4 L H L H D5 L H H L D6 L H H H D7 數(shù)據(jù)選擇器 是指經(jīng)過(guò)選擇，把多路數(shù)據(jù)中的某一路數(shù)據(jù)傳送到公共數(shù)據(jù)線上，實(shí)現(xiàn)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 數(shù)據(jù)選擇功能的邏輯電路稱(chēng)為數(shù)據(jù)選擇器。 圖 74 LVC161引腳 圖 P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15C E P7C E T10C L K2PE9MR1U37 4 L V C 1 6 1I04I13I22I31I415I514I613I712A11B10C9E7Z5Z6U47 4 H C 1 5 1CLEARVCCGNDCLKCLK123U 4 A7 4 L S 0 0CLEAR AR2AR1AR0GND湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 時(shí)鐘 脈沖 CP 和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端 D3D0， 異步 清零 /CR， 計(jì)數(shù) 使能 CEP， CET， 置數(shù) PE，數(shù)據(jù)輸出 Q3Q0， 以及進(jìn)位 信號(hào) TC (TC=Q3 如果 Vi 由 0 開(kāi)始增加，當(dāng) Vi Vcc/3 時(shí)，根據(jù)定時(shí)器的功能表可以查知，輸出 Vo為高電平； Vi 持續(xù)增加，當(dāng) Vcc/3Vi2*Vcc/3,輸出 Vo 維持高電平不變， Vi 再增加，當(dāng) Vi2Vcc/3，輸出 Vo 便由高電平跳轉(zhuǎn)為低電平，之后 Vi 再增加，仍是 Vi2Vcc/3，輸出端保持低電平不變 [13]。外部時(shí)鐘信號(hào)接到 XTAL1 端，而 XTAL2 端則懸空 [11]。 圖 5V電源電路設(shè)計(jì) 復(fù)位電路 89C51 的復(fù)位輸入引腳 RST 提供了初始化的手段，只要在 RST 得高電平，就能確保單片機(jī)可靠復(fù)位。為了使用本系統(tǒng)的電源靈活可調(diào)，所有直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)都采用三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的典型指令如下： MOVX A, DPTR MOVX DPTR, A MOVX A, Ri MOVX Ri, A 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 數(shù)字頻率計(jì)硬件部分以 AT89C51 芯片為核心，包括晶振時(shí)鐘產(chǎn)生電路、復(fù)位電路、晶體管放大電路、上拉電阻電路、整形電路、分頻電路、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼管顯示電路。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 片內(nèi) RAM 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以劃分為兩塊： 00H～ 7FH 為內(nèi)部低 128 字節(jié)； 80H～ FFH 為特殊功能寄存器（ SFR， Special Function Register）。在程序存儲(chǔ)器的開(kāi)始部分，定義了一段具有特殊功能的地址，用程序起始和中斷的入口 [6]，如表 。 （ 11） XTAL1： （ 19腳） 接晶振和電容的一端。 當(dāng)然也必須意識(shí)到 ： 當(dāng)它用作 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器時(shí)， 便不經(jīng)過(guò) ALE脈沖。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器 ， 它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。該器件采用 Atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容 [3]， 外形及引腳排列如圖 ?？上攵?，在軟件的幫 助下，電子器件越來(lái)越先進(jìn)，由軟件來(lái)代替相應(yīng)的硬件電路 便成為一種潮流，軟件控制技術(shù) 是 一種 新形的設(shè)計(jì)方法 ，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。因此單片機(jī)只需要與適當(dāng)?shù)能浖斑m當(dāng)?shù)耐獠吭O(shè)備相結(jié)合，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip MicroComputer,SCMC）簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。 從系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)上來(lái)看，主要使用到 AT89C51單片機(jī)、 74LVC16 74HC15 74LVC04,數(shù)碼管、 發(fā)光二極管