【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可以不使用外部上拉電阻。 當(dāng) P0 口用作普通 I/O 口 的時(shí)候，內(nèi)部上拉電阻斷開，外部必須連 接上拉電阻 （ ） [5]。 ： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。同時(shí) 也可以用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部輸入。 則可以用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 捕捉 /重裝方式的觸發(fā)控制 端。 ： P2 口也是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 當(dāng)使用了外部存儲(chǔ)器的時(shí)候 當(dāng)做高 8 位的地址總線使用。 ： P3 口也是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 可以當(dāng)做普通的 I/O 口使用。 為串口 1 是串口 1 數(shù)據(jù)接收端。 位串口 1 數(shù)據(jù)發(fā)送端。 位外部中斷 0 輸入端。而 則是外部中斷 1 輸入端。 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器0 的外部輸入。 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入 。 RST：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位腳。從 RST 引腳施加一個(gè) 10us 加 24 個(gè)時(shí)鐘周期的高電平，單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，將 RST 腳拉回低電平后，單片機(jī)結(jié)束復(fù)位狀態(tài)，并從用戶程序區(qū) 0000H 處開始工作。 ALE:地址鎖存允許信號(hào)輸出端 /編程脈沖輸入端，也可當(dāng)做普通 I/O 口使用。 XTAL XTAL2：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘輸入引腳。 單片機(jī)定時(shí)器介紹 STC89C52RC 單片機(jī)內(nèi)部具有 3 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0、 T1 與 T2， 它可以通過(guò)編程來(lái)獲得自己所需要的功能 。定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 還有 T2 的核心都是16 位 計(jì)數(shù)器 ， TH0 與 TL0 是定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的 高 8 位和低 8 位； TH1 與 TL1 是定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的高 8 位和低 8 位。 定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器的初值可以通過(guò)程序來(lái)設(shè)定 ， 這樣就可以得到所期望的計(jì)數(shù)值和定時(shí)時(shí)間。當(dāng)定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器用 作定時(shí)器時(shí)， 定時(shí)器的寄存器的值在每 個(gè)機(jī)器周期 自動(dòng) 加 1（ 如果使用 12MHz 的外部晶振 ， 每個(gè)機(jī)器周期是 12 個(gè)時(shí)鐘周期，所以定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器的脈沖頻率是 1MHz，也就是每 1 微秒定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器的寄存器自動(dòng)加 1）， 因?yàn)?外部 石英晶振的頻率非常穩(wěn)定，其波長(zhǎng)和頻率的波動(dòng)很 小，這樣就可以使用機(jī)器周期來(lái)測(cè)量時(shí)間 ， 當(dāng)定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器用作 計(jì)數(shù)器時(shí)， 每個(gè)定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器所對(duì)應(yīng)的 外部引腳 產(chǎn)生下降沿的時(shí)候，定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器的寄存器由硬件自動(dòng)加 1，換句話說(shuō)就是定時(shí)器 \計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘由外部信號(hào)提供 [6]。通過(guò)這個(gè)原理就可以對(duì)被12 基于單片機(jī)的頻率測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 外部輸入 信號(hào)在 每個(gè)機(jī)器周期 會(huì) 被采樣一次， 所以檢測(cè)一個(gè)脈沖就需要兩個(gè)機(jī)器周期，第一個(gè)機(jī)器周期和 第二個(gè)機(jī)器周期采樣到的值不同，就說(shuō)明電位發(fā)生了變化 ，所以最大計(jì)數(shù)速率 是外部晶振 頻率的 1/24。 STC89C52RC單片機(jī)的時(shí)鐘頻率可以在 0Hz~40MHz 內(nèi)自行 選擇 ，當(dāng)使用 12MHz 時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率約為 12MHz247。 24=500KHz。該設(shè)計(jì)中使用 74LS161 構(gòu)成了一個(gè) 256 分頻的分頻器，所示所能測(cè)量的頻率 在不考慮器件響應(yīng) 時(shí)間 的情況下理論 應(yīng) 為 500KHz 256=128MHz。 由此可知 完全能夠滿足測(cè)量 ~15MHz 頻率的 要求 。 單片機(jī)部分電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)要正常工作，需要兩部分基本電路，它們分別是晶振電路和復(fù)位電路 [7]。其電路如圖 所示。 圖 MCU 電路的設(shè)計(jì) 首先單片機(jī)上電之后需要復(fù)位才能正常運(yùn)行。單片機(jī)的復(fù)位方法是在 RST 引腳施加一個(gè) 24 個(gè) 時(shí)鐘 周期加 10us 的高電平，單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 當(dāng)單片機(jī)引腳RST 變成低電平，單片機(jī) 會(huì) 自動(dòng) 結(jié)束復(fù)位狀態(tài) ，然后 并從 頭開始執(zhí)行用戶的程序 。所以使用了一個(gè) C4 和 R14，當(dāng)系統(tǒng)得電之后， C4 通過(guò) R14 進(jìn)行充電，此時(shí) RST處于高電平，當(dāng) C4 充電過(guò)程結(jié)束時(shí)， RST 變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)單片機(jī)開始正常工作。C2,C3,X1 構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，給單片機(jī)提供工作所需要的時(shí)鐘， C2,C3 為負(fù)載電容，需要小于 47pF，這里選用了 22pF。 第三章 硬件設(shè)計(jì)原理 13 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 高頻濾波 一般被測(cè)信號(hào)都帶有一定高頻雜波，這會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，所以首先需要對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波，這里可以使用低通濾波器，把被測(cè)信號(hào)的高頻雜波濾去，以減少對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，所以使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的 RC 網(wǎng)絡(luò)組成的低通濾波器。如圖 所示 。當(dāng)頻率信號(hào)比較高的時(shí)候，對(duì)于低頻信號(hào)來(lái)說(shuō)， C1 相當(dāng)于開路，對(duì)信號(hào)沒有影響，但是對(duì)于高頻信號(hào)來(lái)說(shuō)， C1 則相當(dāng)于短路，這樣就可以濾去高頻的雜波了。 過(guò)零比較電路 由于 頻率測(cè)量?jī)x 用途較廣，經(jīng)常會(huì)碰到小信號(hào)的測(cè)量。所以這里遇到的問題是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和整形。 下面有 兩個(gè)方案。 方案一：如圖 所示。這個(gè)方案使用兩個(gè)三極管互補(bǔ) ，以增大 放大 倍數(shù)，使三極管工作在飽和區(qū)而得到方波 ，由于兩個(gè)三極管互補(bǔ)放大倍數(shù)是兩個(gè)三極管放大倍數(shù) β 的乘積，所以三極管 Q2 會(huì)趨于飽和狀態(tài)，當(dāng)做開關(guān)管使用 。 當(dāng) INPUT為高電平的時(shí)候， Q1， Q2 導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)兩個(gè)非門進(jìn)行整形之后， OUTPUT 輸出低電平。反之，當(dāng) INPUT 為低電平的時(shí)候 Q1， Q2 截止，這時(shí)候 OUTPUT 輸出為低電平。這樣就 完成了輸入信號(hào)的放大和整形?？梢詫⑿⌒盘?hào)的三角波，鋸齒波， 正弦波 等轉(zhuǎn)換成 5V 幅度的標(biāo)準(zhǔn)的方波。 圖 三極管搭建放大整形電路 圖 低通濾波器 14 基于單片機(jī)的頻率測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 方案二：方案二是用了電壓比較器 MAX9012 來(lái)進(jìn)行波形的放大和整形。其電路如圖 所示。 美信的 MAX9012 是一個(gè)響應(yīng)時(shí)間為 5ns 高速度的電壓比較器，它 可以看作 是 放大倍數(shù) 為 “無(wú)窮大 ”的運(yùn)算放大器，它的功能是比較兩個(gè)電壓的大小，比較結(jié)果用輸出電壓的高低電平來(lái)表示 [8]。當(dāng)正相端的電壓 比 負(fù)相端的電壓 高 ，輸出高電平，當(dāng)正相端的電壓低于負(fù) 相端 的 電壓 時(shí) ，電壓比較器輸出低電平。使用電壓比較器的這個(gè)特性就可以把正弦波、三角波、鋸齒波等波形轉(zhuǎn)換成頻率相同的方波，便于單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量。其中 R11 和 R12 組成一個(gè)分壓電路，得到一個(gè) 的參考電壓，當(dāng)輸入信號(hào)低于 的時(shí)候，電壓比較器輸出高電平，當(dāng)輸入信號(hào)高于 的時(shí)候，電壓比較器輸出低電平。 R16 組成了一個(gè)正反饋，也就是所謂的遲 滯比較器，用來(lái)消除被測(cè)信號(hào)在參考電壓附近抖動(dòng)所造成的誤差，并 縮短 高低電平轉(zhuǎn)換的時(shí)間。 圖 比較器構(gòu)成的放大整形電路 方案一雖然沒有使用集成芯片，但是它的響應(yīng)速度非常快，準(zhǔn)確度也很高，抗干擾能力也比較強(qiáng)，但是它有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，因?yàn)槭怯萌?jí)管做放大整形，所以要求被測(cè)信號(hào)必須大于 ，這樣測(cè)量信號(hào)的幅度就無(wú)法滿足要求。方案二使用了美信的高速電壓比較器，成本上有一定的上升，抗干擾也沒有方案一好，但是它響應(yīng)范圍寬，失調(diào)電壓小于 2mv，能較好的滿足使用要求，經(jīng)過(guò)權(quán)衡選擇了方案二作為本設(shè)計(jì)的信號(hào)放大和整形電路。 分頻電路設(shè)計(jì) 第三章 硬件設(shè)計(jì)原理 15 74LS161 芯片介紹 74LS161 芯片管腳如圖 所示。 74LS161 是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器 。 他可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路中，以及單片機(jī)系統(tǒng) 中 實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。 D0D3 是預(yù)置數(shù)輸入端，在 LOAD 為低電平、 CLK 的上升沿的時(shí)候 輸出端 Q0Q3 等于 D0D3，這樣就可以構(gòu)成任意進(jìn)制的分頻器。當(dāng) ENP為低電平的時(shí)候，輸出保持不變 。 MR 為清 0 端，當(dāng) MR 為 0 的時(shí)候輸出和 RCO都清 0。當(dāng) ENP,ENT,LOAD,MR都等于 1，在 CLK 的上升沿計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)，當(dāng)溢出的時(shí)候進(jìn)位 位 從 RCO 輸出，以方便級(jí)聯(lián)。 分頻電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用兩 片 74LS161 進(jìn)行級(jí)聯(lián) [9]，構(gòu)成一個(gè) 256 分頻的分頻 器 。被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波整形之后，施加到第一片 74LS161（ U2）的 CLK 腳進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng) U2溢出，也就是計(jì)數(shù)到 “1111”的時(shí)候，它的進(jìn)位位 RCO 就輸出一個(gè)脈沖給第二片74LS161（ U3）的 CLK 腳。由于 74LS161 的時(shí)鐘腳是反相端，所以級(jí)聯(lián)的時(shí)候需要加一個(gè)反相器。 U3 負(fù)責(zé)對(duì) U2 的 RCO 脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng) U3 也計(jì)數(shù)到 “1111”的時(shí)候，同樣的也會(huì)在其進(jìn)位端輸出一個(gè)脈沖信號(hào)給單片機(jī)的 。單片機(jī)的 是計(jì)數(shù)器 0 的外部脈沖輸入端， U3 的溢出次數(shù)就被計(jì)數(shù)器 0 記錄了下來(lái)。假設(shè) T0的溢出次數(shù)為 H，則最后的脈沖總數(shù) N 就為 N=H 256 65536+（ TH0 256+TL0) 256+P0。這樣兩片 74LS161 級(jí)聯(lián)就構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單穩(wěn)定的 256 分頻的分頻器。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是是不但能進(jìn)行 256 分頻，還能對(duì)沒有到 256 的頻率進(jìn)行測(cè)量，誤差小 ， 使用方便。假設(shè)單片機(jī)使用的晶振是 12M，它的計(jì)數(shù)器能測(cè)的頻率上限大約為 500KHz 左右，而進(jìn)過(guò) 256 分頻之后，如果不考慮器件的頻率特性，則其理論可測(cè)頻率達(dá)到了 128Mhz 左右，完全能滿足本次 畢業(yè)設(shè)計(jì) 要求的 ~15MHz 的性能指標(biāo) 。 其 74LS161 記錄的分頻電路圖如圖 所示。 圖 74LS161 管腳圖 16 基于單片機(jī)的頻率測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 圖 74LS161 分頻電路 測(cè)量結(jié)果顯示電路設(shè)計(jì) LCD1602 液晶介紹 這里使用了 LCD1602 液晶來(lái)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行顯示輸出。 LCD1602 不像數(shù)碼管那樣需要不停的刷新顯示，具有占用 MCU 資源較少的優(yōu)點(diǎn)。它是一個(gè)工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x2 即 32 個(gè)字符。是專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。 LCD1602 由若干個(gè) 5 7 或者 5 11 等點(diǎn)陣字符 組成， 每個(gè)位上都能顯示一個(gè)單獨(dú)的字符，每個(gè)字符中間都會(huì)有一定的間隔。 LCD1602 液晶具有顯示美觀 、 內(nèi)容豐富、超薄輕巧的特點(diǎn)， 可以被用在很多的電子產(chǎn)品當(dāng)中。 芯片主要參數(shù)介紹 或 5V 工作電壓，對(duì)比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路。提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM。 8 個(gè)可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM。器芯片管腳如圖 所示。 圖 LCD1602 液晶模塊管腳 第三章 硬件設(shè)計(jì)原理 17 芯片管腳功能 第 1 腳： VSS 為 電源地 。 第 2 腳： VCC 為電源正極 ，有 和 5V 兩種產(chǎn)品 。 第 3 腳： V0 是 LCD1602 液晶 對(duì)比度調(diào)整 輸入引腳 ， 在此引腳輸入一個(gè)電壓信號(hào)來(lái)調(diào)整對(duì)比度， 0V 的時(shí)候?qū)Ρ榷茸罡?，隨著電壓的升高，對(duì)比度下降。 （對(duì)比度過(guò)高 會(huì)造成顯示不清晰，并會(huì)大幅度縮短使用壽命 ， 實(shí)際使用的時(shí)候，可以在 這個(gè)引腳接 10K 的電位器，根據(jù)需要自行調(diào)整對(duì)比度 ）。 第 4 腳： RS 是 寄存器選擇 使能端 ， 被置“ 1”的時(shí)候操作的是數(shù)據(jù)寄存器，被清 0 的時(shí)候，則 操作液晶內(nèi)部的指令寄存器。 第 5 腳： RW 是 讀寫信號(hào) 端 ， 被置 1 的時(shí)候，讀數(shù)據(jù)或者讀命令，同理當(dāng)這個(gè)位被清 0 的時(shí)候，表示寫命令或者寫數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端 ,高電平時(shí)讀取 指令或者數(shù)據(jù) ， 下降沿的 時(shí) 候 執(zhí)行指令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 是 LCD1602 液晶的數(shù)據(jù)接口，可以雙向使用 。 第 15～ 16 腳： 背光電源輸入。 15 腳是 5V 或者 ， 16 腳接地。 LCD1602 使用方法和常用命令 LCD1602 共 16 個(gè)管腳， 操作 LCD1602 最重要的管腳有三個(gè) ，它們分別為：RS(數(shù)據(jù)命令選擇端 ),R/W（讀寫選擇端） ,E（使能信號(hào)）； 程序的編寫主要就是操作這三個(gè)管腳 。 RS 為寄存器選擇 端 ，高電平選擇 操作 數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。 R/W 為讀寫選擇，高電平 表示 進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作。 E 端為使能端 。 而 D0~D7 則 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 LCD1602 的操作分為四個(gè)部分。它們分別是讀狀態(tài)、寫指令、讀數(shù)據(jù)、寫指令。首先，讀狀態(tài)的時(shí)候需要將數(shù)據(jù)命令選擇端 RS 置低，以表示對(duì) LCD1602 的命令寄存器進(jìn)行操作，然后將讀寫選擇端置 1，表示將要進(jìn)行的操作是讀取操作，接下來(lái)讓使能信號(hào) E 產(chǎn)生一個(gè)上升沿，此時(shí)所要讀取的狀態(tài)就從 LCD1602 的數(shù)據(jù)段 D0D7 進(jìn)行輸出。當(dāng)使用 LCD1602 之前需要對(duì)其進(jìn)行初始化，而初始化液晶屏就必須得發(fā)送相應(yīng)的指令，這就涉及到了寫指令操作。同理，寫指令的時(shí)候需要先將數(shù)據(jù)選擇端置 0，表示接下來(lái)還是對(duì)命令寄存器進(jìn)行操作，然后把讀寫選擇信號(hào)置 0，表示寫操作，此時(shí)在 LCD1602 的 D0D7 端上加上所需要寫的指令，在使18 基于單片機(jī)的頻率測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì) 能信號(hào)的上升沿寫入到 LCD1602 內(nèi)部。接下來(lái)的讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)依次類推，這里就不進(jìn)行贅述了。 LCD1602 常用指令的介紹。下面介紹幾個(gè)常用的命令。 0x01：清除顯示指令。這個(gè)指令將空位字符碼 0x