【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)數(shù)器將溢出,程序進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)程序,中斷服務(wù)程序?qū)σ绯龃螖?shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。待測(cè)信號(hào)的周期由3 個(gè)字節(jié)組成:定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器溢出次數(shù)、定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的高8 位和低8 位。信號(hào)的頻率f 與信號(hào)的周期T 之間的關(guān)系為:f = 1/ T完成信號(hào)的周期測(cè)量后,需要做一次倒數(shù)運(yùn)算才能獲得信號(hào)的頻率。為提高運(yùn)算精度,這里采用浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算。浮點(diǎn)數(shù)用3 個(gè)字節(jié)組成,第一字節(jié)最高位為數(shù)符,其余7 位為階碼。第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié)。第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié)。待測(cè)信號(hào)周期的3 個(gè)字節(jié)定點(diǎn)數(shù)首先通過截取高16 位、設(shè)置數(shù)符和計(jì)算階碼轉(zhuǎn)換為上述格式的浮點(diǎn)數(shù)。然后浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算對(duì)其進(jìn)行處理,獲得用浮點(diǎn)數(shù)格式表達(dá)的信號(hào)頻率值。浮點(diǎn)數(shù)到BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊把用浮點(diǎn)數(shù)格式表達(dá)的信號(hào)頻率值變換成本頻率計(jì)的顯示格式,送到顯示模塊顯示待測(cè)信號(hào)的頻率值。無論從哪一種方式進(jìn)入顯示模塊,完成顯示后,頻率計(jì)都開始下一次信號(hào)的頻率測(cè)量。系統(tǒng)軟件框圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊、顯示模塊和信號(hào)頻率測(cè)量模塊等各種功能模塊組成() 。上電后,進(jìn)入系統(tǒng)初始化模塊,系統(tǒng)件開始運(yùn)行。在執(zhí)行過程中,根據(jù)運(yùn)行流程分別調(diào)用各個(gè)功能模塊完成頻率測(cè)量、量程自動(dòng)切換、周期測(cè)量和測(cè)量結(jié)果顯示。　 系統(tǒng)軟件流程圖軟件處理方法 本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以 AT89S52 單片機(jī)為核心 ,利用它內(nèi)部的定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量 。單片機(jī) AT89S52 內(nèi)部具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 ,定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來實(shí)現(xiàn)定時(shí) 、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出中斷要求的功能 。在構(gòu)成為定時(shí)器時(shí) ,每個(gè)機(jī)器周期加 1 (使用 12M Hz 時(shí)鐘時(shí) ,每 1us 加 1) ,這樣以機(jī)器周期為基準(zhǔn)可以用來準(zhǔn)確定時(shí)1S。在構(gòu)成為計(jì)數(shù)器時(shí) ,在相應(yīng)的外部引腳發(fā)生從 1 到 0 的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加 1 ,這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以用來測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率 。外部輸入每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次 ,這樣檢測(cè)一次從1 到 0 的跳變至少需要 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期) ,所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的 1/ 24 ( 使用12M Hz 時(shí)鐘時(shí) ,最大計(jì)數(shù)速率為 500 KHz) 。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由相應(yīng)的運(yùn)行控制位 TR 控制 ,當(dāng) TR置 1 ,定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù) 。當(dāng) TR 清 0 ,停止計(jì)數(shù) 。設(shè)計(jì)綜合考慮了頻率測(cè)量精度和測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的要求 。實(shí)測(cè)結(jié)果和誤差分析為了衡量這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)的工作情況和測(cè)量精度,我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)。以南京電訊儀器廠制造的E312B 型通用計(jì)數(shù)器為基準(zhǔn),用這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)對(duì)信號(hào)源進(jìn)行了測(cè)量,測(cè)量數(shù)據(jù)如表所示。表頻率測(cè)量對(duì)比表如圖信號(hào)予處理電路所示,待測(cè)信號(hào)在進(jìn)入單片機(jī)之前經(jīng)過了10 2 次分頻。頻率計(jì)以進(jìn)入單片機(jī)時(shí)的信號(hào)頻率等于100Hz 為基準(zhǔn),既待測(cè)信號(hào)頻率等于2 KHz 為基準(zhǔn),大于此頻率采用頻率測(cè)量,小于此頻率采用周期測(cè)量。由表1 頻率測(cè)量對(duì)比表可以看出,頻率測(cè)量的測(cè)量精度大于周期測(cè)量的測(cè)量精度。采用計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量,誤差來源主要有計(jì)數(shù)誤差和閘門誤差兩部分。誤差表達(dá)式為d f / f = | dN/ N| + | dt/ t|這里N 為計(jì)數(shù)值,t 為閘門時(shí)間。閘門時(shí)間相對(duì)誤差dt/ t 主要取決于晶振的頻率穩(wěn)定度,選擇合適的石英晶體和振蕩電路,誤差一般可小于10 6 。當(dāng)僅顯示3 位有效數(shù)字時(shí),該項(xiàng)誤差可以忽略。對(duì)于dN/ N 部分,無論閘門時(shí)間長(zhǎng)短,計(jì)數(shù)法測(cè)頻總存在1 個(gè)單位的量化誤差。在表1 中,待測(cè)信號(hào)頻率大于2 KHz 時(shí)的誤差就來源于計(jì)數(shù)誤差。增加顯示的有效數(shù)字位數(shù)可降低該項(xiàng)誤差的影響。當(dāng)待測(cè)信號(hào)頻率小于2 KHz 時(shí),直接測(cè)量的是信號(hào)的周期。周期測(cè)量的誤差表達(dá)式為:dT/ T = | dN/ N| + | dτ0/τ0|這里dN/ N 為量化誤差,dτ0/τ0 為晶振的頻率穩(wěn)定度。在進(jìn)行周期測(cè)量時(shí)進(jìn)入單片機(jī)的信號(hào)頻率小于100Hz ,使用12MHz 時(shí)鐘這時(shí)的最小計(jì)數(shù)值為10000 。當(dāng)僅顯示3 位有效數(shù)字時(shí),該項(xiàng)誤差現(xiàn)在也可以忽略。待測(cè)信號(hào)的周期測(cè)量值通過浮點(diǎn)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算變換成頻率值,這時(shí)的誤差來源于浮點(diǎn)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換所帶來的誤差。數(shù)字頻率計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)信號(hào)處理在頻率計(jì)開始工作，或者完成一次頻率測(cè)量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)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(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0后，置運(yùn)行控制位TR為1，啟動(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門的最小值開始，也就是從測(cè)量頻率的高量程開始。計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時(shí)TR清0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的值通過16進(jìn)制數(shù)道10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制數(shù)。對(duì)10進(jìn)制數(shù)的最高位進(jìn)行判別，若該位不為0，滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測(cè)量值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為0，將計(jì)數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大10倍，重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的技術(shù)，直到滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。待測(cè)信號(hào)經(jīng)預(yù)處理電路分頻后變成較寬的方波信號(hào)，為單片機(jī)測(cè)信號(hào)頻率提供有效的輸入信號(hào)。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)則等待，知道該引腳出現(xiàn)低電平時(shí)才開始測(cè)周期。首先將零賦給TH0、TL0兩個(gè)寄存器，將定時(shí)器T0的運(yùn)行控制位TR0置位，同時(shí)也將ET0置位以允許定時(shí)器T0終端，當(dāng)不是低電平時(shí)則等待。一旦出現(xiàn)低電平則使TR0復(fù)位以終止定時(shí)器，測(cè)周期程序結(jié)束。在測(cè)周期過程中，會(huì)發(fā)生定時(shí)器T0的中斷，每發(fā)生一次中斷則將R0寄存器加一，因此R0實(shí)際上是周期值的高字節(jié)。測(cè)出的周期值存儲(chǔ)在R0、TH0、TL0三個(gè)寄存器中，然后將其轉(zhuǎn)換成頻率。由于所測(cè)周期的單位是181。s，再相除轉(zhuǎn)換時(shí)要將被除數(shù)擴(kuò)大10倍，這樣才能保證得出正確的頻率。得出的頻率放到RRR3三個(gè)寄存器后調(diào)用轉(zhuǎn)換BCD代碼模塊。調(diào)用顯示消除多余零和顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，將要顯示的頻率值通過查表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)據(jù)8段碼放到現(xiàn)實(shí)緩沖區(qū)以備顯示。由于在程序設(shè)計(jì)中用到中斷[9]方式，所以我們?cè)诖藢?duì)單片機(jī)中斷系統(tǒng)中的中斷控制作一下介紹。中斷是工業(yè)過程控制及智能化儀器用微型機(jī)或單片機(jī)應(yīng)用最多的一種數(shù)據(jù)傳送方式。在通常情況下，單片機(jī)執(zhí)行主程序，只有當(dāng)正常狀態(tài)出現(xiàn)故障，或發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，單片機(jī)才暫停執(zhí)行主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行或處理中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，再返回到主程序繼續(xù)運(yùn)行。單片機(jī)的這一種工作過程稱為中斷方式?；谫Y源共享原理上的中斷技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。中斷技術(shù)能實(shí)現(xiàn)CPU與外部設(shè)備的并行工作，提高CPU的利用率以及數(shù)據(jù)的輸入/輸出效率；中斷技術(shù)也能對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中突然發(fā)生的故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行自動(dòng)處理如：硬件故障、運(yùn)算錯(cuò)誤及程序故障等；中斷技術(shù)還能使我們通過鍵盤發(fā)出請(qǐng)求，隨時(shí)對(duì)運(yùn)行中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行干預(yù)，而不用先停機(jī)處理，然后再重新開機(jī)等。在單片機(jī)中，中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)控制。所謂實(shí)時(shí)控制，就是要求計(jì)算機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)被控對(duì)象提出的分析、計(jì)算和控制等請(qǐng)求，使被控對(duì)象保持在最佳工作狀態(tài)，以達(dá)到預(yù)定的控制效果。由于這些控制參量的請(qǐng)求都是隨機(jī)發(fā)出的，而且要求單片機(jī)必須做出快速響應(yīng)并及時(shí)處理，對(duì)此，只有靠中斷技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。（1）定時(shí)器控制寄存器（TCON）[10]TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時(shí)控制。現(xiàn)對(duì)其定時(shí)功能加以介紹。其中有關(guān)定時(shí)的控制位共有4位：F0和TF1——計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出（計(jì)滿）時(shí)，該位置“1”；使用查詢方式時(shí)，此位作狀態(tài)位供查詢，但應(yīng)注意查詢有效后應(yīng)以軟件方法及時(shí)將該位清“0”；使用中斷方式時(shí)，此位作中斷標(biāo)志位，在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)由硬件自動(dòng)清“0”。R0和TR1——定時(shí)器運(yùn)行控制位TRO（TR1）=0　　　　　　停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作TRO（TR1）=1　　　　　　啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作（2）工作方式控制寄存器（TMOD）[11]TMOD寄存器是一個(gè)專用寄存器，用于設(shè)定兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式。但TMOD寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容。（3）中斷允許控制寄存器（IE）[12]EA——中斷允許總控制位ET0和ET1——定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷定時(shí)器/計(jì)數(shù)器提供給用戶使用的有：8位計(jì)數(shù)器TH和TL，以及有關(guān)的控制位。這些內(nèi)容只能以軟件方法使用。能夠產(chǎn)生中斷申請(qǐng)的部件被稱為中斷源。8051型單片機(jī)提供了五個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷源和三個(gè)內(nèi)部中斷源。每一個(gè)中斷源都有一個(gè)中斷申請(qǐng)標(biāo)志位，但是串行口占有兩個(gè)中斷標(biāo)志位。一共有六個(gè)中斷標(biāo)志位。（4）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的兩個(gè)作用是用來精確的確定某一段時(shí)間間隔[13]（作定時(shí)器用）或累計(jì)外部輸入的脈沖個(gè)數(shù)（作計(jì)數(shù)器用）。當(dāng)用作定時(shí)器時(shí)，在其輸入端輸入周期固定的脈沖，根據(jù)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中累計(jì)（或事先設(shè)置）的脈沖個(gè)數(shù)，即可計(jì)算出所定時(shí)間的長(zhǎng)度。當(dāng)89C51內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選擇為定時(shí)器工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增1。因此，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的輸入脈沖周期與機(jī)器周期一樣，為振蕩頻率的1/12。當(dāng)采用12MHz頻率的晶體時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為1MHz，輸入脈沖的周期間隔為1μs[14]。由于定時(shí)的精度決定于脈沖的周期，因此，當(dāng)需要高精度的定時(shí)器時(shí)，應(yīng)盡量選擇頻率較高的晶體。方式0是13位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式[15]，其計(jì)數(shù)器由TH0高8位和TL0的低五位構(gòu)成。TL0的高3位棄之不用。當(dāng)C/=0時(shí)，多中開關(guān)接通振蕩脈沖的12分頻輸出，13位計(jì)數(shù)器以此進(jìn)行計(jì)數(shù)，這就是所謂定時(shí)器工作方式。當(dāng)C/=1[16]時(shí)，多路開關(guān)接通計(jì)數(shù)引腳（T0），外部計(jì)數(shù)脈沖由引腳T0輸入。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，這就是所謂計(jì)數(shù)工作方式。不管是哪種工作方式，當(dāng)TL0的低五位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，向TH0進(jìn)位，而全部13位計(jì)數(shù)溢出時(shí)，則向計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位TF0進(jìn)位。第四章 程序流程圖設(shè)計(jì)主程序流程頻率放大讀取當(dāng)前計(jì)數(shù)值重新啟動(dòng)T0、T1中斷，重新進(jìn)行測(cè)量結(jié)果顯示YNKey=1開始中斷流程。 T1中斷流程圖。中斷程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)與計(jì)數(shù)的功能。T1進(jìn)行定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為1S。T0進(jìn)行計(jì)數(shù)，TO中斷溢出一次，T0count加1。當(dāng)定時(shí)達(dá)到1S時(shí)，停止T0，T1。最后計(jì)算相應(yīng)的頻率值?？? 結(jié)通過此次4位數(shù)字頻率計(jì)的分析和設(shè)計(jì)，我深深感到學(xué)好單片機(jī)的重要性。這一次設(shè)計(jì)對(duì)我來說，感觸最深的就是要想做好一個(gè)設(shè)計(jì)課題首先要對(duì)每一部分所涉及的知識(shí)點(diǎn)掌握好，只有這樣才能對(duì)設(shè)計(jì)做的得心應(yīng)手。通過此次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)使我對(duì)單片機(jī)程序弄得一清二楚，動(dòng)手能力也有了進(jìn)一步的提高，它鍛煉了我的分析、設(shè)計(jì)動(dòng)手的能力，培養(yǎng)我思考問題的全面性。在整個(gè)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的過程中我學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學(xué)問要一絲不茍，對(duì)于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學(xué)會(huì)與人合作的態(tài)度，認(rèn)真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事倍功半。參考文獻(xiàn)［1］鄒大挺．頻率計(jì)的設(shè)計(jì)[J]. 《電子產(chǎn)品世界》出版社. 2006. 第193期. ［2］李華．單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M]. 航空航天大學(xué)出版社. 2006.［3］張鵬．王雪梅. 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