【文章內(nèi)容簡介】 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 P3 口亦作為 AT89C51 特殊功能（第二功能）使用， P3 口功能如表2所示。在 flash 編程和校驗時， P3口也接收一些控制信號。 表 2 P3 口的第二種功能說明表 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD (串行輸出 ) INT0 （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0(定時器 0外部輸入 ) T1(定時器 1外部輸入 ) WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RST:復(fù)位輸入。晶振工作時， RST 腳持續(xù) 2個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 單片機(jī)引腳分配 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計及各模塊的分析得出，單片機(jī)的引腳分配如表 3所示。 表 3 單片機(jī)端口分配表 模 塊 端口 功能 顯示模塊 、 數(shù)碼管頻率值顯示 LED 單位顯示 分頻模塊 通道選擇 清零 電源模塊 直流穩(wěn)壓電源的基本原理 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器 T、整流、濾波及穩(wěn)壓電路所組成 [8]，基本框圖如圖 7 所示。 圖 7 直流穩(wěn)壓電源框圖及波形 (1)電源變壓器 T的作用是將 220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓 Ui。變壓器副邊與原邊的功率比為 P2/P1=n，式中 n是變壓器的效率。 (2)整流電路：整流電路將交流電壓 Ui變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓 U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。 圖 8 整流電路 （ 3）濾波電路：各濾波電路 C滿足 RLC=（ 3~5） T/2，式中 T為輸入交流信號周期， RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。 圖 9 濾波電路 (4)穩(wěn)壓電路 :常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。二者的工作原理有所不同。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。它一般適用于負(fù)載電流變化較小的場合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負(fù)反饋的原理來調(diào)節(jié)輸出電壓的。集成穩(wěn)壓電源事實上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。 電源電路設(shè)計 根據(jù)上述介紹設(shè)計，電源電路包括變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等模塊組成，使用 LED 進(jìn)行電源工作狀態(tài)指 示。 LM78XX 系列三端穩(wěn)壓 IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少 [9]，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜 ，因此 使用 LM7805 穩(wěn)壓芯片進(jìn)行 5V 的電源電路設(shè)計 。 具體的 5V 電源電路如下圖 10 所示。 圖 10 5V 直流電源電路 T1TransD1Bridge2200uFC2100uFC4C3C5D2S1SWSPST220R1IN12OUT3GNDU2 LM7805~220V5V 放大整形模塊 由于輸入的信號可以是正弦波，三角波。而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計一個整形電路則在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測信號的強(qiáng)弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當(dāng)輸入信號電壓幅度較大時，通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號電壓幅度較小時，前級輸入衰減為零時若不能驅(qū)動后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時被測信號得以放大 [10]。 根據(jù)上述分析，放大電路放大整形電路采用高頻晶體管 3DG100 與 74LS00等組成。其中 3DG100 為 NPN 型高頻小功率三極管，組成放大器將輸入頻率為 fx的周期信號如正弦波、三角波及方波等波形進(jìn)行放大。與非門 74LS00 構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對放大器的輸出波形信號進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖 [11]。具體放大整形電路如圖 11 所示。 圖 11 放大整形電路 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?4161進(jìn)行分頻 。 5VQ103DG1001KR2410R2247KR2010KR1939KR23111213U7D74LS00123U15A74LS00564U15B74LS0047uFC17100uFC1847KR21D6F1Vx 分頻電路分析 本頻率計的設(shè)計以 AT89S51 單片機(jī)為核心，利用他內(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) AT89S51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 2MHz。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。 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 [12]，可以靈活的運(yùn)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 12所示。 圖 12 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 4 為 74161的功能表。 表 4 74161 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，這就是預(yù)置操作。接著 EP=ET=1,在此期間 74161一直處于計數(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 QQ 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= Q0Q1Q2Q3CE T。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 [13]。 74LS151 引腳如圖 13所示。 圖 13 74151 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 。 表 5 74151 功能表 分頻電路 根據(jù)以上分析，采用 74LS161 和 74LS151 設(shè)計分頻電路如圖 14 所示。