【正文】 機簡單的測得頻率的大小是高頻還是低頻。 軟件 仿真結果調試 頻率計功 能調試 當待測 時變信號 頻率小于 1000Hz 時，發(fā)光二極管綠 色燈亮。在調測的過程中發(fā)現測量頻率時，檔位在 10Hz－ 2MHz，最終得到的結果的誤差稍微大了點，其他的測量結果非常接近測量值。 KEIL 是編寫程序常用的軟件， Protues 是一個虛擬平臺，對所繪制的硬件電路在計算機上給予仿真，利用 KEIL 和 Protues 聯(lián)調，虛擬仿真實驗室 且熟悉 KEIL 和 Protues的使用方法，對 Protues 原理圖繪制給予說明，讓讀者對于 Protues、 KEIL、 Protel 有更深刻的了解，便于對計算機軟件的認識。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化計 算 脈 沖 個 數檔 位 轉 換顯 示 定 時 器 中 斷是 否 溢 出否是 圖 整體程序流程圖 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 定時 /計數 子程序 該設計為了產生標準的秒脈沖信號 并對其進行計數 ,故要設計中斷定時 /計數 程序 ,本設計中 采用定時器 T0定時工作方式 ,每 100mS中斷一次 ,中斷 10次 ,剛好產生 1S的秒脈沖。使能輸入端是低電平有效，當 E=1 時，所有與門都封鎖，無論地址碼是什么， Y 總是等于 0，當 E=0 時，封鎖解除，由地址碼決定哪一個與門打開。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 18 放大整形電路 分頻電 路 單片機 AT89C51 具有 2 個 16 位 內部 定時／計數器， 編寫相應程序便能夠實現相應的功能， 本次測頻電路采用的是以單片機為核心實現頻率計的測量，單片機測量頻率的范圍能力限，最大計數只能為 500K,超過 500K 后便不能進行計數，因此，我們設計分頻電路，將高的頻率值進行分頻處理，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，對于低頻信號，單片機可以直接計數，對于高頻信號，先進行分頻處 理，再送給單片機內部的定時、計數器處理，從而測得時變信號的頻 率，經分析可得，分頻電路的原理圖如圖 所示 。為了減小寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，晶振和電容應盡可能地安裝得與單片機引腳 XTAL1 和 XTAL2 靠近 [10]。采用分立元件設計直流穩(wěn)壓電源，制件和調試都比較復雜，所以不準備采用這種方案 [8]。數據存儲器分片內 RAM和片外 RAM兩種。當 /PSEN由外部程序存儲器取 指令時 ，每 來二 個機器周期 ， /PSEN工作才 有效。 表 MCS51系列單片機分類表 分 類 芯片 型號 存儲器類型及容量 片內其他功能單元數量 ROM RAM 并行口 串行口 定時器 中斷源 51子系列 8031/80C31 無 256B 4個 1個 2個 5個 8051/80C51 4KB 256B 4個 1個 2個 5個 8751/87C51 4KB EPROM 256B 4個 1個 2個 5個 89C51/89S51 4KB Flash 256B 4個 1個 2個 5個 52子系列 8032/80C32 無 256B 4個 1個 3個 6個 8052/80C52 8KB 256B 4個 1個 3個 6個 8752/87C52 8KB EPROM 256B 4個 1個 3個 6個 89C52/89S52 8KB Flash 256B 4個 1個 3個 6個 AT89C51 測頻應用中的管腳分配 （ 1） VCC：供電 5V電壓。 現在，越來越多的電子產品都采用數字化，用單片機來控制。由于單片機計數器只計矩形波，又加上我們所測信號可以是多種信號如正弦波、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。例如， 若 1秒 鐘 記數器總共 記 N 個脈沖，則該信號的頻率為 NHz。關于秒脈沖產生，利用單片機的中斷定時功能產生秒脈沖，利用定時器來控制頻率，而計數功能則利用單片機的 T0 來對所測的脈沖信號來計數， 具體要求如下： 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 3 被測信號波形：正弦波、三角波和矩形波。單片機只需要與適當的軟件及適當的外部設備相結合，就可以構成一個完整的有效的計算機應用系統(tǒng)。因此我們開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們帶來一點 生活上的 樂 趣。 本論文中 結合 EDA 技術， NIOSⅡ技術、 C 語言、 計算機技術 、 PCB 制 板 等多種技術實現。 鑒于傳統(tǒng)頻率計可以用鍵盤上的“ k0”到“ k16”鍵來讀出所測信號的頻率可以用來測非常廣泛的頻率范圍。能精確的顯示所給脈沖頻率，達到測量頻率的目的。 圖 原理方框圖 方案二 ：采用單片機 AT89C51 內部的定時、計數功能來對標準的秒脈沖進行計數，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 AT89C51 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、 驅動電路 模塊。 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頻率計的設計。經分頻電路分頻后實現了量程的選擇。 AT89C51是一種低電壓，高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。 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。當采用外部時鐘時該引腳懸空。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。 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。 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]。表 為 74 LVC161的功能表。 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 /計數器、串行口通信接口，該設計是利用單片機與適當的外圍電路來完成的 AT89C51 時鐘信號 有外部時鐘和內部時鐘兩種方式；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；并且內部有 4 個 I/O 口 [17]。 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，如圖 所示。例如輸入頻率 時，仿真結果如圖 所示。 小結 仿真調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，調試相應的按鈕，測出標準的矩形波。 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。 555 定時器可組成施密特觸發(fā)器 、 多諧振蕩 器 ，常用于脈沖的產和 、 波形的整形及定時等，在數字電路中，施密特觸發(fā)器無記憶功能 [18]。 （ 2） 74HC151 芯片 簡 介 74HC151 是 一種典型的 CMOS 集成電路數據選擇器 [15]， 它有三個 地 址輸入端 S2S1S0，可選擇 D0D7 八 個 數據源，具有兩個互補輸出端， 同相輸出端 Y，其功能如表 所示。將 555 定時器的閾值輸入端和觸發(fā)輸入端相接，即構成了施密特觸發(fā)器。本次設計采用 7805，輸出直流5V 電壓 ，具體的電路圖如圖 所示。 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 串行數據緩沖器 99H SCON 串行控制寄存器 98H 9FH～ 98H P1 P1口 90H 97H～ 90H TH1 定 時器 /計數器 T1高字節(jié) 8DH TH0 定時器 /計數器 T0高字節(jié) 8CH TL1 定時器 /計數器 T1低字節(jié) 8BH TL0 定時器 /計數器 T0低字節(jié) 8AH TMOD 定時器 /計數器工作方式控制寄存器 89H TCON 定時器 /計數器控制寄存器 88H 8FH～ 8FH PCON 電源控制寄存器 87H DPH 數據指針高字節(jié) 83H DPL 數據指針低字節(jié) 82H SP 堆棧指針 81H P0 P0口 80H 87H～ 80H 片外 RAM 89C51 的數據存儲器與程 序存儲器全部 64KB 地址重疊，且數據存儲器的片內、片外的低 128 字節(jié)地址也重疊 。 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，它以程序計數器 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)指向片內程序存儲器，當 /EA為低電平時，指向片外程序存儲器空間。 所以 它可 作為 脈沖 輸出使用 或 作為外部 定時。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。 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 、 計數器和串行通信接口電路等。因此，要想測量頻率，我們必須先產生一個標準的秒脈沖，而單片機計數器只能對 矩形波進行計數，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，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。 微 控 制 器A T 8 9 C 5 1放 大 整 形電 路分 頻 電 路驅 動 電 路數 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。本次設計只是簡單的對脈沖進行計數，頻率變化的越高，所計的數值誤 差越大，具體的設計 特點如下。隨著大規(guī)模專用 IC（集成電路）出現，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 設計數字頻率計的較少。第二步 通過 NiosⅡ系統(tǒng) 設置 實現 8*8 點陣的音樂流水燈效果 ，使其成功進行 編譯。 目 錄 ................................................................. IV 第一章 緒論 ............................................................ 1 頻率計設計背景 ...................................................... 1 頻率計設計意義 ...................................................... 1 頻率計設計目標 ...................................................... 2 頻率計設計內容 ...................................................... 2 小結 ................................................................ 3 第二章 總體方案 ....................................................... 4 方案設計 ............................................................ 4 方案 選擇 ...............................................