【文章內(nèi)容簡介】 9C52 開發(fā)板原理圖 單片機(jī)開發(fā)板原理如 。 第三章 硬件電路設(shè)計 圖 AT89C52引腳圖 分頻設(shè)計模塊 分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測量范圍，并實現(xiàn)單片機(jī)頻率和周期測量使用統(tǒng)一信號，可使單片機(jī)測頻更易于實現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差 ?？捎?4LS161進(jìn)行分頻 。 分頻電路分析 本頻率計的設(shè)計以 AT89C52單片機(jī)為核心，利用內(nèi)部的定時／計數(shù)器完成待測信號周期／頻率的測量。單片機(jī) AT89C52 內(nèi)部具有 2個 16位定時／計數(shù)器，定時／計數(shù)器的工作可以由編程來實現(xiàn)定時、計數(shù)和產(chǎn)生計數(shù)溢出時中斷要求的功能。在定時器工作方式下，在被測時間間隔內(nèi)，每來一個機(jī)器周期，計數(shù)器自動加 1（使用 12 MHz 時鐘時，每 1μs 加 1），這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來測量時間間隔。在計數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測信號發(fā)生從 1 到 0 的跳變時計數(shù)器加 1，這樣在計數(shù)閘門的控制下可以用來測量待測信號的頻率。外部輸入在每個機(jī)器周期被采樣一次，這樣檢測一次從 1到 0的跳變至少需要 2 個機(jī)器周期（ 24 個振蕩周期），所以最大計數(shù)速率為時鐘頻率的 1／ 24（使 用 12 MHz時鐘時，最大計數(shù)速率為 500 kHz） ，因此采用 74LS161 進(jìn)行外部十分頻使測頻范圍達(dá)到 1MHz。為了測量提高精度，當(dāng)被測信號頻率值較低時，直接使用單片機(jī)計數(shù)器計數(shù)測得頻率值；當(dāng) 被測信號頻率值較高時采用外部十分頻后再計數(shù)測得頻率值。這兩種情況使用 74LS151 進(jìn)行通道選擇，由單片機(jī)先簡單測得被測信號是高頻信號還是低頻信號，然后根據(jù)信號頻率值的高低進(jìn)行通道的相應(yīng)導(dǎo)通，繼而測得相應(yīng)頻率值。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 74LS161 芯片介紹 74LS161 是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計數(shù)器，可以靈活的運用 在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能 。 74LS161 引腳如圖 所示。 圖 74LS161 引腳圖 時鐘 CP 和四個數(shù)據(jù)輸入端 P0~P3， 清零 /MR， 使能 CEP， CET， 置數(shù) PE， 數(shù)據(jù)輸出端 Q0~Q3， 以及進(jìn)位輸出 TC (TC=Q0Q1Q2Q3CET) 。表 74LS161的功能表。 表 74LS161的功能表 清零 RD 預(yù)置 LD 使能 EP ET 時鐘 CP 預(yù)置數(shù)據(jù)輸入 A B C D 輸出 Q0 Q1 Q2 Q3 L L L L L H L 上升沿 A B C D A B C D H H L 保 持 H H L 保 持 H H H H 上升沿 計 數(shù) 其中 RD 是異步清零端， LD 是預(yù)置數(shù)控制端， A、 B、 C、 D 是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端， EP 和 ET 是計數(shù)使能端， RCO(=)是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計數(shù)器的級聯(lián)提供了方便。計數(shù)過程中，首先加入一清零信號RD＝ 0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為 0，即計數(shù)器清零。 RD 變?yōu)?1 后，加入一置數(shù)信號 LD＝ 0，即信號需要維持到下一個時鐘脈沖的正跳變到來后。在這個置數(shù)信號和時鐘脈沖上升的共同作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置的輸入 數(shù)據(jù)相同，這第三章 硬件電路設(shè)計 就是預(yù)置操作。接著 EP=ET=1,在此期間 74LS161 一直處于計數(shù)狀態(tài)。一直到EP=0， ET＝ 1，計數(shù)器計數(shù)狀態(tài)結(jié)束。 從 74LS161 功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端 CR=“0”，計數(shù)器輸出 Q Q Q Q0 立即為全 “0”，這個時候為異步復(fù)位功能。當(dāng) CR=“1”且 LD=“0”時，在 CP 信號上升沿作用后， 74LS161 輸出端Q Q Q Q0 的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端 D3， D2， D1， D0 的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng) CR=LD=EP=ET=“1”、 CP 脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加 1 。 74LS161 還 有 一 個 進(jìn) 位 輸 出 端 CO ， 其 邏 輯 關(guān) 系 是 CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片 74LS161 可以組成 16 進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。 74LS151 芯片介紹 數(shù)據(jù)選擇端（ ABC）按二進(jìn)制譯碼，以從 8個數(shù)據(jù)（ D0D7）中選取 1個所需的數(shù)據(jù)。只有在選通端 STROBE 為低電平時才可選擇數(shù)據(jù)。 74LS151 有互補(bǔ)輸出端（ Y、 W）， Y輸出原碼， W輸出反碼。 74LS151 引腳如圖 。 圖 74LS151管腳圖 74LS151 的功能如 下表 所示。其中 A、 B、 C 為 選擇輸入端 ， D0D7 為 數(shù)據(jù)輸入端 ， STROBE 為 選通輸 入 端（低電平有效 ）， W 為 反碼數(shù)據(jù)輸出端 ， Y為 數(shù)據(jù)輸出端 。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 表 74LS151功能表 分頻電路設(shè)計 根據(jù)以上分析，采用 74LS161 和 74LS151 設(shè)計分頻電路如圖 所示。 A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1GND8VCC16RCO15Q311Q212Q113Q014U1674161X04X13X22X31X415X514X613X712A11B10C9E7GND8VCC16Y5Y6U1474151I111I122O13I214I225O26GND7O38I319I3210O411I4112I4213VCC14U1374005VCLEAR5VP355V5VCLEARADDR0ADDR1ADDR2F1 圖 分頻電路原理圖 第三章 硬件電路設(shè)計 顯示模塊 頻率值顯示電路采用八位共陰極數(shù)碼管動態(tài)顯示頻率計被測數(shù)值。頻率、周期、脈寬由獨立按鍵控制轉(zhuǎn)換。 數(shù)碼管介紹 常見的數(shù)碼管由七個條狀和一個點狀發(fā)光二極管管 芯制成，叫七段數(shù)碼管 ，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是何 種 接口類型 .兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理如圖 。 圖 兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖 顯示模塊電路圖 據(jù)以上分析，顯示模塊電路圖如圖 所示 。 圖 顯示模塊電路圖桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系 統(tǒng)軟件設(shè)計主要采用模塊化設(shè)計，敘述了各個模塊的程序流程圖，并介紹了軟件 keil 的使用方法、調(diào)試及仿真。 軟件模塊設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊，信號頻率測量模塊和顯示模塊等模塊組成。系統(tǒng)軟件流程如圖 所示。 頻率計開始工作或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測量初始化。測量初始化模塊設(shè)置堆棧指針（ SP）、工作寄存器、中斷控制和定時／計數(shù)器的工作方式。定時／計數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計數(shù)器方式，即用來測量信號頻率。 圖 系統(tǒng)軟件流程總圖 首先定時／計數(shù)器的計數(shù)寄 存器清 0，運行控制位 TR 置 1，啟動對待測信號的計數(shù)。計數(shù)閘門由軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)，從計數(shù)閘門的最小值（即測量頻率的高第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 量程）開始測量，計數(shù)閘門結(jié)束時 TR 清 0，停止計數(shù)。計數(shù)寄存器中的數(shù)值經(jīng)過數(shù)制轉(zhuǎn)換程序從十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。判斷該數(shù)的最高位，若該位不為0，滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測量值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為 0，將計數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大 10 倍，重新對待測信號的計數(shù)，直到滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。定時／計數(shù)器的工作被設(shè)置為定時器方式，定時／計數(shù)器的計數(shù)寄存器清 0，在判斷待測信號的上跳沿到來后， 運行控制位 TR 置為 1，以單片機(jī)工作周期為單位進(jìn)行計數(shù)，直至信號的下跳沿到來，運行控制位 TR清 0，停止計數(shù)。 16 位定時／計數(shù)器的最高計數(shù)值為 65535，當(dāng)待測信號的頻率較低時，定時／計數(shù)器可以對被測信號直接計數(shù)，當(dāng)被測信號的頻率較高時，先由硬件十分頻后再有定時／計數(shù)器對被測信號計數(shù)，加大測量的精度和范圍。 中斷服務(wù)子程序 T0中斷服務(wù)子程序流程如圖 。測頻時 ,定時器 T0工作在定時方式 ,每次定時 50ms,則 T0中斷 20次正好為 1秒 ,即 T0用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號 ,定時器 T0用作計數(shù)器 ,對待測信號計數(shù) ,每 秒鐘的開始啟動 T0 ,每秒鐘的結(jié)束關(guān)閉 T0 ,則定時器T0之值乘以分頻系數(shù)就為待測信號的頻率。 圖 T0中斷服務(wù)子程序 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 定時／ 計數(shù)器 T1工作在計數(shù)方式 , 對信號進(jìn)行計數(shù) ,計數(shù)器 1中斷流程圖如圖 。 圖 計數(shù)器 1中斷服務(wù)子程序 顯示子程序 顯示子程序?qū)⒋娣旁陲@示緩沖區(qū)的頻率或周期值送往數(shù)碼管上顯示出來 ,由于所有 4 位數(shù)碼管的 8 根段選線并聯(lián)在一起由單片機(jī)的 P2口 控制 ,因此 ,在每一瞬間 4位數(shù)碼管會顯示相同的字符 ,要想每位顯示不同的字符就必須采用掃描方法輪流點亮各位數(shù)碼管 ,即 在每一瞬間只點亮某一位顯示字符 ,在此瞬間 ,段選控制口 P2輸出相應(yīng)字符。由 , 每位保持 1mS ,在 10mS～ 20mS 之內(nèi)再點亮一次 ,重復(fù)不止 ,利用人的視角暫留 ,好像 4 位數(shù)碼管同時點亮。數(shù)碼管顯示子程序流程如圖 。 圖 顯示子程序流程圖 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 量程檔自動轉(zhuǎn)換子程序 使用定時方法實現(xiàn)頻率測量時，外部的待測信號通過頻率計的預(yù)處理電路變成寬度等于待測信號周期的方波，該方波同樣加至定時／計數(shù)器的輸入腳（ ）。工作高電平是否加至定時／計數(shù)器的輸入腳；當(dāng)判 定高電平加至定時／計數(shù)器的輸入腳，運行控制位 TR置 1，啟動定時／計數(shù)器對單片機(jī)的機(jī)器周期的計數(shù)，同時檢測方波高電平是否結(jié)束；當(dāng)判定高電平結(jié)束時 TR清 0，停止計數(shù)，然后從計數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù)。由顯示電路顯示測量結(jié)果，根據(jù)測量結(jié)果判斷，進(jìn)行頻率計比較后，進(jìn)行檔位的自動切換，具體檔位自動切換流程圖如圖 示。 圖 量程檔自動轉(zhuǎn)換子程序 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 應(yīng)用軟件簡介 此設(shè)計需要在 Keil軟件平臺上完成程序的調(diào)試 ,在 Proteus軟件平臺上完成仿真顯示。由于工作的地方無法進(jìn)行 Proteus 軟件的仿真，所以 只做了 Keil 的調(diào)試。 Keil 簡介 Keil 軟件是目前最流行開發(fā)系列單片機(jī)的軟件， Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。而 Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機(jī)寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電 路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。 調(diào)試步驟 （ 1）建立工程文件 點擊“ ProjectNew project”菜單，出現(xiàn)一個對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，你可以在編緝框中輸入一個名字 ,點擊“保存”按鈕，出現(xiàn)第二個對話框，按要求選擇目標(biāo)器件片。建立新文件并增加到組。分別設(shè)置“ target1”中的“ Target,output,debug”各項，使程序匯編后產(chǎn)生 HEX 文件。 （ 2）匯編，調(diào)試系統(tǒng)程序 Keil 單片機(jī)模擬調(diào)試軟 件內(nèi)集成了一個文本編輯器，用該文本編輯器可以編輯源程序。在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“ File → New...”、單擊對應(yīng)的工具按鈕或者快捷鍵 Ctrl +N 將打開一個新的文本編輯窗口，完成匯編語言源文件的輸入，并且完成源程序向當(dāng)前工程的添加。 然后在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“ File→ Save As...”可以完成文件的第一次存儲。注意，匯編語言源文件的擴(kuò)展名應(yīng)該是“ ASM”，它應(yīng)該與工程文件存儲在同一文件夾之內(nèi)。在完成文件的第一次存儲以后，當(dāng)對匯編語言源文件又進(jìn)行了修改，再次存儲文件則應(yīng)該選擇菜單“ File→ Save”、單擊對應(yīng)的工具按鈕或者快捷鍵 Ctrl +S 實現(xiàn)文件的保存。 接著的工作需要把匯編語言源文件加入工程之中。選擇工程管理器窗口的子目“ Source Group 1”，再單擊鼠標(biāo)右鍵打開快捷菜單。在快捷菜單中選擇“ Add 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 File to Group ‘ Source Group