【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 間選擇，即在高頻段時(shí)，閘門(mén)時(shí)間較短；低頻時(shí)閘門(mén)時(shí)間較長(zhǎng)。這樣閘門(mén)時(shí)間寬度 Tc 依據(jù)被測(cè)頻率的大小自動(dòng)調(diào)整測(cè)頻，從而實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，擴(kuò)大了測(cè)頻的量程范圍；實(shí)現(xiàn)了全范圍等精度測(cè)量，減少了低頻測(cè)量的誤差。 圖 中 BZ＿ Counter 和 DC＿ Counter 是 2 個(gè)可控的 32 b 高速計(jì)數(shù)器， BZ＿ ENA和 DC＿ ENA 分別是他們的計(jì)數(shù)允許信號(hào)端，高電平有效?；鶞?zhǔn)頻率信號(hào)從 BZ＿ Counter的時(shí)鐘輸入端 BZ＿ CLK 輸入，設(shè)其頻率為 Fs； 待測(cè)信號(hào)經(jīng)前端放大、限幅和整形后，從與 BZ＿ Counter 相似的 32 b 計(jì)數(shù)器 DC＿ Counter 的時(shí)鐘輸入端 DC＿ CLK 輸入，測(cè)量頻率為 Fx， STA 為計(jì)數(shù)結(jié)束標(biāo)志位，當(dāng) STA 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)束。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 MUX64_16 是一個(gè)可控?cái)?shù)據(jù)選擇器，當(dāng)輸入 (SS SS0)=0、 3 時(shí)分別輸出標(biāo)準(zhǔn)頻率計(jì)數(shù)器的低 8 位、高 8 位以及被 測(cè)頻率計(jì)數(shù)器的低 8 位、高 8 位。 圖 等精度頻率計(jì)數(shù)框圖 測(cè)量開(kāi)始 后 ，首 先 單片機(jī) 發(fā)出一個(gè)清零信號(hào) CLR，使 2 個(gè) 32 b 的計(jì)數(shù)器和 D 觸發(fā)器置 0，然后 單片機(jī) 再發(fā)出允許測(cè)頻命令，即使預(yù)置門(mén)控信號(hào) GATE 為高電平，這時(shí) D觸發(fā)器要一直等到被測(cè)信號(hào)的上升沿通過(guò)時(shí)， Q 端才被置 1，即使 BZ＿ ENA 和 DC＿ENA 同時(shí)為 1，將啟動(dòng)計(jì)算器 BZ＿ Counter 和 DC＿ Counter，系統(tǒng)進(jìn)入計(jì)算允許周期。這時(shí)，計(jì)數(shù)器 BZ＿ Counter 和 DC＿ Counter 分別對(duì)被測(cè) 信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)同時(shí)計(jì)數(shù)。當(dāng) Tpr 秒過(guò)后，預(yù)置門(mén)控信號(hào)被 單片機(jī) 置為低電平，但此時(shí) 2 個(gè) 32 b 的計(jì)數(shù)器仍然沒(méi)有停止計(jì)數(shù)，一直等到隨后而至的被測(cè)信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)，才通過(guò) D 觸發(fā)器將這 2 個(gè)計(jì)算器同時(shí)關(guān)閉。 設(shè)在某一次預(yù)置門(mén)控時(shí)間 Tpr 中對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)值為 Nx，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的計(jì)數(shù)值為 Nb，則根據(jù)閘門(mén)時(shí)間相等，可得出公式 ()： Fx/Nx=Fs/Ns （ ） 則： Fx=(Fs/Ns)*Nx Da_bus(15… 0) 清零信號(hào) 被測(cè)信號(hào) 門(mén)控信號(hào) GATE 40MHz 標(biāo)準(zhǔn) 頻率 BZ_Counter BZ_CLK BZ_ENA bz_count(31… 0) CLR DC_Counter DC_CLK DC_ENA dc_count(31… 0) CLR D Q D 觸發(fā)器 MUX 64_16 STA SS SS0 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 鍵控制模塊 圖 ， 因?yàn)榘存I數(shù)量較少 ， 所以采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu) : 圖 鍵盤(pán)控制電路 每個(gè)按鍵各接一根輸入線，從而使一根線上按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其它線上的工作狀態(tài)。 4 個(gè)按鍵通過(guò)一片并入串出的 74LS165 接入單片機(jī)，單片機(jī)的 P3. 0 口為串行數(shù)據(jù)輸入線， P3. 1 口提供 741LS165 移位所需的時(shí)鐘信號(hào)， P3. 2 口控制 74LS165 的并行置入和串行移位信號(hào)線。 P3. 5 為信號(hào)封所線，防止按鍵按下時(shí)的強(qiáng)電流對(duì)顯示造成影響。按鍵的消抖用軟件延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn)。 4 鍵分別為 開(kāi)始功能鍵和 秒、 1 秒、 10秒三個(gè)時(shí)間鍵。 74LS165 的 4 個(gè) I/O 口通過(guò) 3K的電阻接高電平，當(dāng)掃描到某一位為低電平時(shí)表示有按鍵按下。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 顯示模塊 測(cè)試結(jié)果輸出顯示模塊如圖 所示。 8 位 8 段 LED 采用共陽(yáng)極接法，顯示方式為靜態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式顯示亮度較高，而且顯示狀態(tài)穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)際亮度需求每段LED接 5K的限流電阻。 AT89C51的 P3. 0口為數(shù)據(jù)輸出線，數(shù)據(jù)經(jīng) 8片串入并出 74LS164以串行方式送入 LED(數(shù)據(jù)從最 左 端串行移入 )，每片 74LS164 驅(qū)動(dòng)一只 LED。 P3. 1 為串行移位時(shí)鐘線。 P3. 4 為數(shù)據(jù)封鎖線。 圖 顯示電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中 CPU的開(kāi)銷(xiāo)小。 AT89C51 單片機(jī)串行口方式 0 為移位寄存器方式，外接 8 片 74LS164 作為 8 位 LED顯示器的靜態(tài)顯示接口，把 AT89C51 的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸 出線， TXD 作為移位時(shí)鐘脈沖。 74LS164 為 TTL 單向 8 位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中 A、 B（第 2 腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端， 2 個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。 CLK（第 8 腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的 TXD 端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到 CLK 端時(shí)，移位寄存器移一位， 8 個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后， 8 位二進(jìn)制數(shù)全部移入 74LS164 中。 CRL （第 9 腳）為復(fù)位端，當(dāng) CRL =0 時(shí)，移位寄存器各位復(fù) 0，只有當(dāng) CRL =1 時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。 QA…Q H 并行輸出端分別接 LED 顯示器的 dga 各段對(duì)應(yīng)的引腳上。在給出了 8 個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入 74LS164 的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來(lái)一個(gè)脈沖會(huì)有什么發(fā)生呢？再來(lái)一個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出，搞清了這一點(diǎn)，下面讓我們來(lái)看電路， 8 片 7LS164 首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入 8 個(gè)脈沖時(shí)，從單片機(jī) RXD 端輸出的數(shù)據(jù)就進(jìn)入到了第一片 74LS164 中了，而當(dāng)?shù)诙€(gè) 8 個(gè)脈沖到來(lái)后，這個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第二片 74LS164，而新的數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第一片 74LS164，這樣，當(dāng)?shù)?八 個(gè) 8 個(gè)脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最 右 面的74LS164 中，其他數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第一、二、三、四、五 、六、七、八 片 74LS164 中 。 電源模塊 整個(gè)電路的供電電源如圖 所示， 220V 交流電經(jīng)變壓、整流、濾波后，由一片7805 三端穩(wěn)壓器向系統(tǒng)提供 +5V電壓信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用 5V電源電壓供電，直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路所組成。 電源變壓器時(shí)將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰弥担缓蠼?jīng)過(guò)整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須經(jīng)過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨時(shí)電網(wǎng)波動(dòng)（一般由 10%左右的波動(dòng)）負(fù)載和溫度的變化變化。因而再整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 選用輸出電壓固定為 +5V 的三端集成穩(wěn)壓器 7805。變壓器將電網(wǎng) 220V 電壓變?yōu)?9V 電壓，經(jīng)二極管橋式整流后，為 7~8V 的電壓送入 7805 的輸入端，電容 C5 和 C6用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器 7805 產(chǎn)生高頻自激 和抑制電路引入的高頻干擾， C4 和C7 是電解電容，以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入得低頻干擾。 D1 為大電流保護(hù)二極管，防止在輸入端偶然短路到地時(shí)，輸出端大電容上存儲(chǔ)的電壓反極性加到輸出、輸入端之間而損壞芯片。 圖中用一個(gè)發(fā)光二極管來(lái)檢測(cè)電源電路是否通電，同時(shí)還可作為電源電路是否出現(xiàn)故障的標(biāo)志，當(dāng) LED 亮則完好，否則電源電路可能未上電或出現(xiàn)錯(cuò)誤，起到一個(gè)很好的自動(dòng)電源檢測(cè)功能。 圖 電源 電路 輸入信號(hào)整形模塊 圖 為輸入信號(hào)整形電路。放大整形電路由 9018 和 74F14 等組成，其中 9018 組成放大電路將輸入為 FX 得周期信號(hào)如正 弦波、三角波等進(jìn)行放大。 74F14 施密特觸發(fā)器對(duì)放大器得輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之稱(chēng)為矩形脈沖。其連線如圖所示。 待測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)，由 D D4 兩個(gè)二極管進(jìn)行限幅，以免電壓過(guò)大而燒毀，信號(hào)經(jīng)過(guò) 9018 進(jìn)行放大，由 74F14 對(duì)其進(jìn)行整形，產(chǎn)生出得波形為標(biāo)準(zhǔn)方波，方便 CPLD 進(jìn)行計(jì)數(shù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 圖 被測(cè)信號(hào)整形電路 單片機(jī)主控模塊 AT89C51 單片機(jī)性能 單片機(jī)簡(jiǎn)介 圖 的引腳排列圖 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 俗稱(chēng) 單 片機(jī) 。 AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖 所示 。 2． 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0HZ24HZ 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 3． 管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被 內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì) 外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） 0INT （外部中斷 0） 1INT （外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些 控制信號(hào)。 單片機(jī)控制電路 單片機(jī)測(cè)頻控制電路如圖 所示，由單片機(jī)完成整個(gè)測(cè)量電路的測(cè)試控制、數(shù)據(jù)處理和顯示輸出， CPLD 完成各種測(cè)試功能。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 由于 CPLD 在對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，采用 32 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 8 位數(shù)據(jù)總線的單片機(jī)分四次將 32 位數(shù)據(jù)全部讀出。利用 AT89C51 的 P0 口讀計(jì)數(shù)器 COUNT 輸出 B [7...0]標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的值， P2 口讀計(jì)數(shù)器 COUNT 輸出 B[15...8]被測(cè)信號(hào)的值。被讀出的四組8 位數(shù)據(jù)通過(guò) AT89C51 的 SS0, SS1 地址編碼選擇。由 P1 口輸出控制。 圖 單片機(jī)測(cè)頻控制電路 CLR：系統(tǒng)全清