【文章內(nèi)容簡介】 能直接進(jìn)行硬件仿真，必須掛接類似TKS系列仿真器的硬件才可以進(jìn)行仿真。 一個程序在編程以前，功能的分析和總結(jié)非常重要。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自上而下的模塊化劃分，這樣可以縮短程序的編制周期，而且維護(hù)方便。還可以做成數(shù)據(jù)和操作分離的面向?qū)ο蟮哪Ｊ?，這樣更加增強(qiáng)了程序的靈活性。通過對軟件功能的分析，基于單片機(jī)控制測量的恒精度頻率計可以用4個模塊來實現(xiàn)，如圖41所示，它們分別是：定時中斷模塊，計數(shù)模塊，測量模塊，顯示模塊。這些模塊的具體功能如下：主程序 定時中斷模塊計數(shù)模塊測量模塊顯示模塊 圖41軟件模塊圖定時中斷模塊對預(yù)置門控制信號進(jìn)行啟動中斷。在系統(tǒng)時鐘頻率f=12MHZ時，f0=f/12=1MHZ。對被測信號和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的測量的時間進(jìn)行開啟和關(guān)閉，對預(yù)置門信號定時中斷。 在閘門信號開啟時對被測信號計數(shù)，閘門信號開啟時間為1s，所以計數(shù)值即為被測信號的頻率，計數(shù)值從0~999999，計數(shù)模塊要求的輸出為6位10進(jìn)制數(shù)。計數(shù)模塊的復(fù)位信號也是閘門信號，其復(fù)位電平與其它模塊相反，低電平復(fù)位，所以在閘門閉合時，計數(shù)模塊復(fù)位，準(zhǔn)備下一次計數(shù)。當(dāng)計數(shù)超過999999時給出溢出標(biāo)志，計數(shù)模塊輸出111111111111111111111111。 對計數(shù)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量計算。通過對被測信號和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的周期測量，根據(jù)公式：f1/N1=f2/N2得到：f1= f2﹡N1/N2測得被測信號的實際頻率。通過顯示電路顯示出來。顯示模塊先將輸入的6位十進(jìn)制數(shù)的個位譯碼，加在七段數(shù)碼管的段控制線上，在顯示掃描時鐘的作用下，選通個位上的數(shù)碼管，個位上的數(shù)碼管亮，其它數(shù)碼管滅。然后輸出十位上數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容，選通十位上的數(shù)碼管。這樣依次輸出各位上的譯碼值，逐個選通數(shù)碼管。由于掃描頻率為1kHz，看起來不會有閃爍的感覺。 系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要是保證和硬件電路相結(jié)合，正確地實現(xiàn)等精度測量。整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計采用了自頂向下的模塊化的結(jié)構(gòu)方式，將各個功能分成獨立模塊，由系統(tǒng)的監(jiān)控程序統(tǒng)一管理執(zhí)行。系統(tǒng)的軟件程序框圖如圖42所示：開始開中斷初始化定時/計數(shù)器啟動定時/計數(shù)器等待Gate變低計數(shù)停止數(shù)據(jù)處理計算顯示等待Gate變高42軟件程序框圖5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 Proteus軟件簡介 Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。資源豐富： 1．Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。 2．Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。 3．除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。 4．Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。編輯本段電路仿真： 在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。 PROTEUS 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 PROTEUS不僅可將許多單片機(jī)實例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實例運行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實驗硬件高度對應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實驗教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。 課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺隨著科技的發(fā)展，“計算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計部門重要的前期設(shè)計手段。它具有設(shè)計靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點?？墒乖O(shè)計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險。相信在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中PROTEUS也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。使用Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計，是虛擬仿真技術(shù)和計算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力及仿真軟件的操作能力；在單片機(jī)課程設(shè)計和全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價值。 Proteus的電路仿真電路圖完成后，首先在KEIL軟件中調(diào)程序，經(jīng)過多次調(diào)試將程序中的錯誤和警告全部改正，再運行程序，程序正確無誤后開始做設(shè)計的仿真，首先在仿真軟件proteus中畫好電路圖。等精度頻率計的調(diào)試比較簡單，在電平轉(zhuǎn)換前的輸入端輸入標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號，把編譯好的程序指定到Proteus中的單片機(jī)中。運行Proteus即可在顯示器中觀測到顯示結(jié)果。課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺 使用Proteus軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)仿真設(shè)計，是虛擬仿真技術(shù)和計算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力及仿真軟件的操作能力；在單片機(jī)課程設(shè)計和全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，我們使用 Proteus開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價值。當(dāng)在proteus中的信號源處加10Hz時，仿真結(jié)果如下圖所示： 仿真結(jié)果演示圖當(dāng)在proteus中的信號源處加500KHz時，仿真結(jié)果如下圖所示： 仿真結(jié)果演示圖 經(jīng)軟件的調(diào)試—修改—再調(diào)試，如此反復(fù)，排除各種故障最終基本完成了設(shè)計所要求的任務(wù)。由單片機(jī)內(nèi)部定時器／計數(shù)器構(gòu)成基本測量電路，外加整形和分頻電路，由系統(tǒng)軟件設(shè)計可以測出1HZ500KHZ的量程范圍，可以實現(xiàn)量程檔的自動轉(zhuǎn)換，使用的動態(tài)顯示測量時會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，但顯示數(shù)值準(zhǔn)確，穩(wěn)定時顯示不閃爍。 。：待測10Hz50Hz100Hz500Hz1kHz50kHz實測10HZ100HZ501HZ 待測100kHz200kHz300kHz400kHz500kHz實測 經(jīng)過分析，本次設(shè)計的頻率計的誤差來源主要有兩部分，分頻所帶來的誤差和單片機(jī)定時計數(shù)帶來的誤差。 分頻誤差：由于采用74HC164來作為分頻電路，74HC164通過計數(shù)，將會把一部分信號脈沖給省略掉，所以因為分頻必然會帶來誤差和精度降低。因此，在編寫程序的，過程中，我盡可能的選擇用分頻少和沒分頻的信號來計數(shù)，實現(xiàn)頻率的測量。定時計數(shù)誤差：因為定時和計數(shù)都是由單片機(jī)本身來完成的，在計數(shù)的時候會產(chǎn)生誤差。這個誤差的大小是用單片機(jī)的內(nèi)部時鐘決定的，采用高頻率的晶振來為單片機(jī)提供內(nèi)部時鐘，則能減少此誤差。本次設(shè)計我們用的是12MHz的晶振，而測頻的范圍是1Hz~500kHz。所以定時計數(shù)的誤差在本系統(tǒng)基本可以忽略不計。23西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）總結(jié)37總 結(jié) 本設(shè)計所設(shè)計的頻率計有有較高的精度，頻率范圍較高，有較強(qiáng)的實用價值。當(dāng)然本設(shè)計只是基于各種理想的實驗條件下得出的結(jié)論，設(shè)計當(dāng)中不可避免的存在一些問題。例如在信號轉(zhuǎn)換的電路中只是粗略的將正弦信號轉(zhuǎn)換成方波信號，而沒有對輸出信號進(jìn)行進(jìn)一步的處理；在信號經(jīng)過分頻后也沒有對信號進(jìn)行處理，這將降低測量的精度。如果在以上兩個地方加入相關(guān)的處理電路，系統(tǒng)的精度將得到進(jìn)一步的提高。畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，通過這次設(shè)計，我受益匪淺。畢業(yè)設(shè)計是一次綜合性的實踐，它將各種知識結(jié)合到一起綜合運用到實踐上來擴(kuò)展、彌補、串聯(lián)所學(xué)的知識。通過本次畢業(yè)設(shè)計我得到了很多收獲。首先，了解了單片機(jī)的基本知識和在控制領(lǐng)域的作用和地位。其次掌握了C語言的編寫程序，學(xué)會了使用PROTUTES和KEIL的仿真來實現(xiàn)，同時掌握了如何收集、查閱、應(yīng)用文獻(xiàn)資料，如何根據(jù)實際需要有選擇的閱讀書籍和正確確定系統(tǒng)所要使用的元器件的類型。再次，在精神方面鍛煉了思想、磨練了意志。面對存在的困難首先分析問題根據(jù)目的要求確定可實現(xiàn)的部分，定出那不準(zhǔn)的方面找同學(xué)和老師討論研究，再完善、再修改、再發(fā)現(xiàn)問題、再解決培養(yǎng)了自己的耐心、恒心及遇事不亂的精神。總之，我明白了理論和實踐之間存在的距離只有靠不斷的思考不斷的動手才能將所學(xué)的知識真正運用到實踐上來。在畢業(yè)設(shè)計中我的很多方面的能力都得到了提高，尤其在單片機(jī)軟件編程方面讓我感觸頗深。我個人認(rèn)為軟件設(shè)計是個即靈活又細(xì)膩的工作，它要求耐心和細(xì)心去不斷完善，同時還需要有良好的邏輯思維能力。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我分析問題和解決問題的能力有所提高，也鞏固了所學(xué)的知識，加深了對理論知識的理解，更重要的是鍛煉自己的獨立性，為我今后的工作和學(xué)習(xí)打下