【正文】 2022 年 6 月于重慶目 錄第 1 節(jié) 引言 ……………………………………………………………2 數(shù)字頻率計概述…………………………………………………………………………2 頻率測量儀的設(shè)計思路與頻率的計算…………………………………………………2 基本設(shè)計原理……………………………………………………………………………3第 2 節(jié) 數(shù)字頻率計（低頻）的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………4 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成…………………………………………………………………………4 系統(tǒng)工作原理圖…………………………………………………………………………4 單片機(jī)及其引腳說明 …………………………………………………………5 信號調(diào)理及放大整形模塊………………………………………………………………7 時基信號產(chǎn)生電路………………………………………………………………………7 顯示模塊…………………………………………………………………………………8第 3 節(jié) 軟件設(shè)計………………………………………………………12 定時計數(shù) ………………………………………………………………………………12 量程轉(zhuǎn)換 ………………………………………………………………………………12 BCD 轉(zhuǎn)換…………………………………………………………………………………12 LCD 顯示…………………………………………………………………………………12第 4 節(jié) 結(jié)束語 ……………………………………………………… 13參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………14附錄 匯編源程序代碼…………………………………………………15 基于 51 單片機(jī)的數(shù)字頻率計第 1 節(jié) 引言本應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的目的是通過在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識，以及查閱資料，培養(yǎng)一種自學(xué)的能力。發(fā)跳過 ROM 命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束發(fā) DS18B20 復(fù)位命令圖 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖發(fā) DS18B20 復(fù)位命令發(fā)跳過 ROM 命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC 校驗(yàn)9 字節(jié)完？CRC 校驗(yàn)正確？移入溫度暫存器結(jié)束NYYN　開始溫度零下？溫度值取補(bǔ)碼置“—”標(biāo)志 置“+”標(biāo)志結(jié)束計算小數(shù)位 BCD 值計算整數(shù)位 BCD 值NY溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù) 0？百位數(shù) 0？十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號）結(jié)束NNYY圖 計算溫度子程序流程圖　　　　　　　　　　圖 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖６ 調(diào)試及性能分析 調(diào)試步驟系統(tǒng)的調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。在調(diào)整時間過程中，要調(diào)整的位與別的位應(yīng)該有區(qū)別。MR 腳（第 9 腳）為復(fù)位端，當(dāng)該腳為低電平時，移位寄存器各位復(fù) 0；只有當(dāng)它高電平時，時鐘脈沖才起作用。另一種是寄生電源供電方式。若 TTH 或TTL，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。該字節(jié)各位的定義如圖 所示。在此方式下，位 5 是 AM/PM 位，此位是高電平時表示 PM 低電平表示AM?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出。DS1302 有主電源/后備電源雙電源引腳：Vcc1 在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電池備份；Vcc2 在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中，Vcc1 連接到備份電，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。主要性能特點(diǎn)有： 8KB Flash ROM，可以檫寫 1000 次以上，數(shù)據(jù)保存 10 年。 測溫部分的方案選擇，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。可采用 ALTERA 公司的 FLEX10K 系列 PLD 器件。主控模塊用 AT89C5時鐘電路用時鐘芯片DS130顯示模塊用 LED 數(shù)碼管、溫度檢測采用 DS18B20 溫度傳感器、鍵盤接口電路用普通按鍵接上拉電阻完成；軟件利用 C 語言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序控制。為此設(shè)計了一種功能全面、計時準(zhǔn)確、成本低廉的基于 51 單片機(jī)的萬年歷。但是，在控制與顯示的結(jié)合上有些復(fù)雜，顯示模組資源相對有限，而且單片機(jī)的穩(wěn)定性不是很高。所以最后選擇 LED 數(shù)碼管顯示方案。它經(jīng)過一個簡單的串行接口與微處理器通信。DS1302 的控制字如圖 所示。當(dāng)它為 1 時，DS1302 停止震蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式。DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個調(diào)整暫存 RAM 和一個易失性的可電擦除的EERAM。溫度值格式如圖 所示。圖 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值。74LS164 為 TTl 單向 8 位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。 鍵盤接口的設(shè)計由于按鍵只有 5 個，用普通按鈕接 10K 上拉電阻，用查詢法完成讀鍵功能。 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為 750ms，在本程序設(shè)計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。參考文獻(xiàn)[1] AT89C51， ，廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司[2] DS1302 Trickle Charge Timekeeping Chip，[3] 劉嘉新 李明 于明淳 DS18B20 在林學(xué)氣象測量中的應(yīng)用，2022 年 7 月第 30 卷第 4 期[4] 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14IC174LS1412J1CON212J2CON2C1105R1RES1R2RES1R3RES1R4RES1R5RES1R6RES1D5ZENER1VC15VVCC15VGNDVC15VVCC15VGNDGNDGND5VGNDVCGND32 184U1ALF353 56 7U1BLF353 圖 6 CD4060 芯片引腳用功能圖時基信號的產(chǎn)生原理：本電路采用 32768HZ 晶體震蕩器，利用 CD4060 芯片經(jīng)過 14 級分頻得到 2HZ 的信號（32768/2 14） ，在經(jīng)過 CD4013 雙 D 觸發(fā)器經(jīng)過二分頻得到 的方波，即輸出秒脈沖信號使單片機(jī)進(jìn)行計數(shù)。(1)清屏(DISPLAY CLEAR)。結(jié) 束 語數(shù)字頻率計是計算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。TRO=1時接通控制開關(guān)，計數(shù)脈沖加到計數(shù)器上，每來一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器加1，只有當(dāng)TRO=0時，控制開關(guān)斷開，計數(shù)器停止計數(shù)。10%3 VEE 液晶驅(qū)動電壓 保證 VDDVEE=∽5V 電壓差4 RS 寄存器選擇信號 H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器5 R/W 讀/寫信號 H:讀 L:寫6 E 片選信號 下降沿觸發(fā),鎖存數(shù)據(jù)7|14DB0|DB7數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)傳輸）寄存器選擇功能表RS R/W 操 作0 0 指令寄存器(IR)寫入0 1 忙標(biāo)志和地址計數(shù)器讀出1 0 數(shù)據(jù)寄存器(DR)寫入1 1 數(shù)據(jù)寄存器讀出（注:忙標(biāo)志為1時,表明正在進(jìn)行內(nèi)部操作,此時不能輸入指令或數(shù)據(jù),要等內(nèi)部操作結(jié)束,即忙標(biāo)志為0時。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在 D 輸入端的邏輯電平傳送到 Q 輸出端。需要主要的是，如果加密位 1 被編程，EA復(fù)位時 EA 端會自動內(nèi)部鎖存。當(dāng)向 P3 口寫 1 時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。P1 口：P1 口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。閘門電路由標(biāo)準(zhǔn)秒信號進(jìn)行控制，當(dāng)秒信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計。電子萬年歷中 DS1302 上最好使用專用的晶振。 主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理 DS18B20 的測量溫度值，溫度測量每1s 進(jìn)行一次。在方式 0 狀態(tài)下，串行口為同步移位寄存器方式，其波特率是固定的，為 fosc/12。第一排 8 個數(shù)碼管分別為千年、百年、十年、年、十月、月、十日、日，第二排 7 個數(shù)碼管分別為十時、時、十分、分、十秒、秒，第三排 3 個數(shù)碼管分別為星期、溫度（兩位）顯示。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55176。當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。DS18B20 采用 3 腳 PR—35 封裝或８腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。不管是否寫了全部 31 字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至 RAM。如果在傳送過程中置 RST 腳為低電平，則會終止本次數(shù)據(jù)傳送，并且 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 3 個 16 位定時/計數(shù)器，T0、T1（標(biāo)準(zhǔn) 80C51）和增加的 T2（捕獲和比較） 。液晶顯示效果出眾，可以運(yùn)用菜單項(xiàng)來方便操作，但是在顯示時，特別是使用秒表功能時掃描速度跟不上，屏幕會有明顯的閃爍。I/O 口功能也比較強(qiáng)大，方便使用。電子萬年歷是一種應(yīng)用非常廣泛的日常計時工具，數(shù)字顯示的日歷鐘已經(jīng)越來越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等使用。 temperature sensor。 2. 用凌陽 16 位單片機(jī)設(shè)計。Ｃ。4 個中斷優(yōu)先級。無論是讀周期還是寫周期，開始 8 位指定 40 個寄存器中哪個將被訪問到。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?0 的位 0開始。其設(shè)計原理圖如附件一所示。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。DS18B20 的測溫原理如圖 所示。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。3 片 74LS164 首尾相串，而時鐘端則接在一起。此時送正常顯示值給該位，再進(jìn)入下一位調(diào)整閃爍程序。接下來可進(jìn)行軟件調(diào)試，可以編寫只含DS1302 的計時和讀寫程序、顯示程序，測試 DS1302 是否正常工作。 數(shù)字頻率計概述數(shù)字頻率計是計算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。若在一定時間間隔 T 內(nèi)測得這個周期性信號的重復(fù)變化次數(shù) N，則其頻率可表示為 f=N/T。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(yàn)時。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(shè)計中采用了這個信號調(diào)理電路對輸入的波形進(jìn)行阻抗變換、放大限幅和整形，信號調(diào)理部分電路具體實(shí)現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如下圖 4 所示： 圖 4 時基信號產(chǎn)生電路：CD4013雙上升沿 D 觸發(fā)器 ，引腳及功能見如下圖 5：CD4013 由兩個相同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。C Ta = 25176。由于確認(rèn)一次由1至0的跳變要用24個振蕩器周期，所以計數(shù)器的計數(shù)頻率為單片機(jī)內(nèi)部計數(shù)器頻率的1/24。擴(kuò)展了知識面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識，而且對其他專業(yè)的知識也有所了解，而且較系統(tǒng)的掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，因而自身的綜合素質(zhì)有了全面的提高 。N = 0: 1 行顯示。C、 輸入/輸出信號:輸出,能產(chǎn)生 202 個 LCD 驅(qū)動波形。下面還將詳細(xì)說明。當(dāng)在 Flash 編程時還可以作為編程脈沖輸出（ ） 。當(dāng)向 P2 口寫 1 時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。VCC：電源電壓若被測量信號的周期為，分頻數(shù)m 1，分頻后信號的周期為T，則：T=m 1Tx 。讓我不僅系統(tǒng)的掌握了專業(yè)知識體系，也讓我有了正確的態(tài)度和堅定的信心去面對