【文章內(nèi)容簡介】 InputInputOutputABYLLHLHHHLHHHL 放大整形模塊原理圖此模塊原理圖：圖311 放大整形電路原理圖這是一個簡單而又實用的放大整形電路，雖然傳統(tǒng)卻很實用，前面部分是一個三極管放大電路，后面是一個比較電路，作用就是把經(jīng)過三極管放大的型號調(diào)整為方波，放大輸入進(jìn)來的模擬信號，這里的三極管放大倍數(shù)較高，因為后面是數(shù)字電路。后面的第一個與非門被當(dāng)做一個非門使用，后面是一個RS鎖存器（或者叫觸發(fā)器）。這里最吸引人的是那個二極管，非門電路工作也是要有供電電壓的，正常工作時與非門的每個輸入腳上都有一個高電平（5V），當(dāng)三極管輸出高時，二極管不導(dǎo)通，其正極也是高，此時RS鎖存器上端是低（前面有個非門），下端是高，電路輸出高電平1；再當(dāng)三極管輸出低時，二極管導(dǎo)通了，RS鎖存器的輸入就變成上端是1，下端是0（，邏輯電平為0），鎖存器輸出0。 分頻模塊設(shè)計本文采用12MHZ的時鐘，最大計數(shù)速率為500 kHz，因此需要外部分頻。分頻電路用于擴展單片機頻率測量范圍，并實現(xiàn)單片機頻率測量使用統(tǒng)一信號，可使單片機測頻更易于實現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差[4]。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。因此此模塊主要包括分頻器74LS16多路選擇器74LS15與非門74LS00。 分頻器74LS161芯片74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計數(shù)器。 表34 74161的功能表從表中可以知道，當(dāng)清零端RD=“0”，計數(shù)器輸出QQQQ0立即為全“0”，這個時候為異步復(fù)位功能。當(dāng)RD=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端QQQQ0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)RD=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)器的異步清零功能和同步計數(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。本文組成了十進(jìn)制的分頻器。 多路選擇器74LS151芯片數(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有互補輸出端（Y、W），Y輸出原碼，W輸出反碼。74LS151的功能如下表: 表35 74151功能表其中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。 分頻模塊原理圖分頻模塊設(shè)計原理圖：圖312 分頻模塊原理圖 顯示電路設(shè)計顯示模塊由頻率值顯示電路和量程轉(zhuǎn)換指示電路組成。頻率值顯示電路采用四位共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示頻率計被測數(shù)值，量程轉(zhuǎn)換指示電路由紅、黃、綠三個LED分別指示Hz、KHz及MHz頻率單位，使讀數(shù)簡單可觀。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。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[7]。根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是何種接口類型。圖313 兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖因為這里用的是共陽極數(shù)碼管，它的公共端為高電平，因此要讓其中各段（DP,A,B,C,D,E,F,G)的發(fā)光二極管發(fā)光，只要使它另一端置為低電平，即置0。 頻率數(shù)值顯示電路圖314 共陽極數(shù)碼管顯示電路圖引腳4分別控制數(shù)碼管第一位管子、第二位管子、第三位管子、第四位管子的點亮，ABCDEFG端口控制沒一位管子對于顯現(xiàn)管的點亮，DP端口控制小數(shù)點的點亮，單片機的P0~，~。 頻率數(shù)值單位顯示電路圖315 LED檔位指示電路這是頻率檔位顯示LED管，~，從上到下分別是MHZ檔、KHZ檔、HZ檔，哪個LED被點亮就是哪個檔位。 整機電路流程信號先進(jìn)入由三極管組成的放大電路，放大信號后通過一個比較電路對信號進(jìn)行整形，可以將正弦波、三角波整形為矩形波，然后進(jìn)入單片機，由單片機計算處理數(shù)據(jù)，如果波的頻率較大，那么在進(jìn)入單片機之前還需要通過分頻電路10分頻信號后再進(jìn)入單片機處理。當(dāng)單片機得到頻率數(shù)據(jù)以后信號通過數(shù)碼管顯示出來。在整個過程中的用電都有電源模塊提供，家用電先由變壓器將電壓降為9V然后通過橋式整流電路將電流變?yōu)橹绷麟?，再通過電容濾波最終得到穩(wěn)定的5V直流電源。 本章小結(jié)本設(shè)計的思路是用簡單的電路進(jìn)行精確的測量，電源模塊、放大整形模塊都是十分普遍卻又性能優(yōu)良的電路結(jié)構(gòu)，硬件部分不需要設(shè)計的太復(fù)雜，本文主要是通過編程來簡化硬件部分，這樣即能節(jié)約資源又能方便的更正設(shè)計。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計本文中系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)分為初始化模塊、頻率測量模塊、量程自動切換模塊和顯示模塊等。整個系統(tǒng)軟件設(shè)計的程序由C語言編寫，通俗易懂。流程圖分析：當(dāng)電源開啟后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，系統(tǒng)開始運行，單片機內(nèi)部開始判斷輸入信號頻率的高低，按從低到高的順序進(jìn)行分頻測算從而得到合適的分頻系數(shù)來控制數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)對信號進(jìn)行分頻處理，根據(jù)頻率的高低范圍來確定點亮相應(yīng)的量程指示燈以及確定要顯示小數(shù)的位數(shù)，并且啟用相應(yīng)檔位的頻率測量程序，最后將倍頻后的結(jié)果通過動態(tài)掃描的顯示方式在四位數(shù)碼管上顯示出相應(yīng)的測量結(jié)果。系統(tǒng)軟件設(shè)計模塊框圖： 開始初始化頻率測量模塊量程自動切換模塊分頻模塊顯示模塊圖41 系統(tǒng)軟件設(shè)計模塊框圖 系統(tǒng)流程圖中斷入口定時滿1s關(guān)閉T1保存測量的值部分位置清零regCnt1000Gear=1Gear=2傳送值顯示Gear賦值2開分頻器分頻信號調(diào)整定時器T1定時1sregCnt1M傳值顯示Gear賦值3Gear=3regCnt2M傳值顯示Gear賦值4開T1中斷出口T0初始值否否否否否否T0中斷流程圖開始初始化Gears=1計算每位數(shù)碼管顯示動態(tài)顯示數(shù)碼管點亮紅燈Gears=2動態(tài)顯示數(shù)碼管點亮黃燈計算每位數(shù)碼管顯示Gears=3計算每位數(shù)碼管顯示計算每位數(shù)碼管顯示動態(tài)顯示數(shù)碼管點亮綠燈動態(tài)顯示數(shù)碼管點亮所有燈Gears=4結(jié)束否否否主程序流程圖fCnt自加1中斷入口中斷出口開始初始化顯示圖42 主函數(shù)框圖 初始化初始化模塊初始化分頻器、量程檔位、LED顯示、工作寄存器、中斷控制和定時／計數(shù)器的工作方式等。 頻率測量模塊和量程自動切換模塊設(shè)計經(jīng)過初始化計數(shù)器1，每一次下降沿觸發(fā)一次計數(shù)器1中斷，每次中斷執(zhí)行中斷處理程序則fCnt加1，因此fCnt為信號下降沿次數(shù)；經(jīng)過初始化定時器0，每50ms觸發(fā)一次定時器0中斷，每次中斷執(zhí)行中斷處理程序則對數(shù)據(jù)下降沿次數(shù)fCnt進(jìn)行處理，通過對數(shù)據(jù)的大小判斷實現(xiàn)量程自動切換等,從而計算出信號的頻率，然后調(diào)用顯示模塊把頻率值顯示出來。其中，16位定時／計數(shù)器的最高計數(shù)值為65535，因此，還需要先由硬件十分頻后，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。計數(shù)器1和定時器0的中斷處理框圖：fCnt自加1中斷入口中斷出口 圖43 計數(shù)器1中斷處理 圖44 定時器0中斷處理計時器用于統(tǒng)計所測頻率下降沿的次數(shù)，通過統(tǒng)計定時器T0制定的時間內(nèi)下降沿的個數(shù)來實現(xiàn)測量頻率的功能，定時器的時間會根據(jù)所測信號頻率的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同的頻率，增加測頻的精確性。量程自動切換模塊框圖：圖45 量程自動切換程序流程圖圖46 T0中斷引出的頻率測量和檔位選擇流程圖本設(shè)計分為3個測量頻段，這樣既保證了測量的精確性又能使顯示更容易實現(xiàn)，當(dāng)檢測的頻率值小于1KHZ的時候，調(diào)用0~1KHZ頻率檢測程序?qū)崿F(xiàn)測量，當(dāng)檢測的頻率值在1KHZ~1MHZ之間的時候調(diào)用1KHZ~1MHEZ頻率檢測程序?qū)崿F(xiàn)測量功能，當(dāng)檢測的頻率值在大于1MHZ的時候，調(diào)用1MHZ頻率檢測程序?qū)崿F(xiàn)測量功能，大于2MHZ時將不能測量頻率。程序的具體操作流程：首先計算定時1秒內(nèi)計數(shù)器T1里累加的下降沿，然后取出數(shù)據(jù)放入regCnt中對比，如果小于1000，那么直接讀出數(shù)據(jù)；如果大于等于1000程序返回采用分頻器將信號頻率降低10被，再測量1秒內(nèi)計數(shù)器T1累加的數(shù)量，如果小于1M就將測得的結(jié)果顯示出來；如果大于等于1M程序返回采用10分頻得到信號，。 顯示模塊設(shè)計顯示程序?qū)㈩l率值和量程檔位在數(shù)碼管和LED管顯示出來。由于所有4位數(shù)碼管的8 根段選線由單片機的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,由逐位輪流點亮各個數(shù)碼管,在此瞬間, 段選控制口P2輸出相應(yīng)字符[6]。，通過光顏色的不同表示量程檔位的不同。，2，3，4；,B,C,D,E,F,G,DP；：綠色(MHZ檔)，黃色(