【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 成。單片機(jī)I/O引腳一線多功能的特點(diǎn)方便了用戶的設(shè)計(jì)，在組成系統(tǒng)時(shí)可自行選擇[11]。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，將AT89C52的P1口設(shè)置為接收數(shù)據(jù)端口，通過(guò)分頻器74LS393分頻后依次接到P1口的8個(gè)引腳。將P3口設(shè)置為第二功能。；；；。將P0口和P2口設(shè)置為發(fā)送數(shù)據(jù)端口。P0口的各引腳接到74LS245的輸入端，用于段驅(qū)動(dòng)；P2口的各引腳接到74LS06的輸入端，用于位驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)復(fù)位端（RST）可采用內(nèi)部軟件復(fù)位，也可采用外部手動(dòng)復(fù)位，實(shí)際操作也很方便。這里采用外部手動(dòng)復(fù)位，如圖46所示。 圖46 單片機(jī)復(fù)位電路 The monolithic integrated circuit repositions the electric circuit 測(cè)量數(shù)據(jù)顯示電路 如圖47所示。一般而言，數(shù)據(jù)顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通和截止。它的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，顯示亮度大；缺點(diǎn)是使用的數(shù)碼管數(shù)量少。正是因?yàn)樗倪@個(gè)缺點(diǎn)和本設(shè)計(jì)的要求，數(shù)字頻率計(jì)的顯示電路選擇了采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是LED顯示器一位一位地輪流電亮（掃描）。對(duì)于每一位LED顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。LED 顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與LED顯示器點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過(guò)調(diào)整LED顯示器的導(dǎo)通電流和時(shí)間比例參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)較高亮度且穩(wěn)定的顯示[11]。具體工作過(guò)程是：LED顯示器采用共陰極動(dòng)態(tài)顯示形式，8位LED用兩塊四位集成的數(shù)碼管連接組成。頻率計(jì)數(shù)結(jié)果以BCD碼的形式存放在89C52的存儲(chǔ)單元中，通過(guò)P0口接到74LS245上，控制8位LED的段選碼；通過(guò)P2口接到74LS06上，控制8位LED的位選碼。74LS245是8位總線驅(qū)動(dòng)器，由芯片上的T/引腳（1腳）控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。當(dāng)T/=1時(shí)，數(shù)據(jù)從A端傳送到B端；當(dāng)T/=0時(shí)，數(shù)據(jù)從B端傳送到A端。根據(jù)本設(shè)計(jì)的原理圖知，數(shù)據(jù)是從A端傳送到B端，因此設(shè)T/=1，即是高電平有效。另外，由于51單片機(jī)的P0口沒(méi)有上拉電阻，在將P0口設(shè)置為輸出端時(shí)，必須考慮在段驅(qū)動(dòng)的每一段位上接入上拉電阻，使LED顯示管能夠工作。我們知道，單片機(jī)的P1口掃描輸出時(shí)總有一位為高電平，如果沒(méi)有反相驅(qū)動(dòng)器將這一位的高電平變成低電平，那在LED上顯示出來(lái)的將是亂碼。74LS06是六與非門(mén)反相驅(qū)動(dòng)器，正好符合我們的設(shè)計(jì)要求。由于是8位LED顯示管，所以采用兩個(gè)74LS06來(lái)控制。圖47 測(cè)量數(shù)據(jù)顯示電路 Survey data display circuit 硬件電路工作過(guò)程首先討論一下定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理。如圖48所示。振蕩器1/12T0/T1THX TLX加1計(jì)數(shù)器16位TFX中斷amp。TR0/TR1GATE 1 圖48 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的邏輯結(jié)構(gòu) Timer/Counter T0、T1 logical organization當(dāng)控制信號(hào)時(shí)，定時(shí)器工作在定時(shí)方式。加1計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖f進(jìn)行計(jì)數(shù)，每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，直到計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出。由上圖可以看出，脈沖是振蕩器時(shí)鐘頻率的12分頻，即脈沖頻率為時(shí)鐘頻率的1/12。顯然，一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的周期為一個(gè)機(jī)器周期。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的是機(jī)器周期脈沖的個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)?？芍〞r(shí)器的定時(shí)時(shí)間不僅與加1計(jì)數(shù)器的初值（計(jì)數(shù)器中的起始值,即計(jì)數(shù)長(zhǎng)度）有關(guān)，而且還與系統(tǒng)振蕩器時(shí)鐘頻率有關(guān)[11]。 當(dāng)控制信號(hào)時(shí)，定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)方式。加1計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自輸入引腳T0和T1的外部信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)。在每一個(gè)機(jī)器周期的S5P2采樣引腳輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為“1”，后一個(gè)機(jī)器周期采樣值為“0”，則計(jì)數(shù)器加1。新的計(jì)數(shù)值是在檢測(cè)到輸入引腳電平發(fā)生“1”到“0”的負(fù)跳變（下降邊沿）后，于下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器中的。由于它需要兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）來(lái)識(shí)別一個(gè)“1”到“0”的跳變信號(hào)，所以最高的計(jì)數(shù)頻率為時(shí)鐘頻率的1/24。對(duì)外部輸入信號(hào)脈沖的占空比沒(méi)有特別的限制，但必須保證輸入信號(hào)電平在它發(fā)生跳變前至少被采樣一次，因此輸入信號(hào)的電平至少應(yīng)在一個(gè)完整的機(jī)器周期中保持不變。 直接測(cè)頻法的工作流程 Q3MR MRT074HC0074LS0874LS393AT89C52CP141110IN顯示圖49 直接測(cè)頻法流程 Direct frequency measurement law flow 如圖49所示。前置放大器完成信號(hào)放大、電平平移的任務(wù)，被測(cè)的交流信號(hào)被放大、平移成脈沖直流信號(hào)，再經(jīng)74HC00反相器整形成矩形脈沖。與門(mén)74LS08作為計(jì)數(shù)閘門(mén)，方波信號(hào)被送到與門(mén)的一個(gè)輸入端，與門(mén)的另一個(gè)輸入端連接1s門(mén)控信號(hào)，實(shí)際制作中連接AT89C52的11腳（）。當(dāng)11腳為高電平時(shí)閘門(mén)打開(kāi)，低電平時(shí)閘門(mén)關(guān)閉。11腳電平的高低可通過(guò)指令加以控制。閘門(mén)打開(kāi)，矩形脈沖送到74LS393進(jìn)行計(jì)數(shù)和分頻，AT89C52外接晶振24MHz，該晶振的頻率穩(wěn)定性很重要，因?yàn)樗彩情T(mén)控信號(hào)的時(shí)間基準(zhǔn)。內(nèi)置計(jì)數(shù)器可通過(guò)軟件設(shè)置對(duì)振蕩頻率的l2分頻進(jìn)行計(jì)數(shù)/定時(shí)，這里將T0置為方式1計(jì)數(shù)狀態(tài)，GATE=0，即D3D2D1D0=0101（如圖4表4表42所示），待測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)T0引腳輸入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。T1置為方式1定時(shí)狀態(tài)，GATE=0，即D7D6D5D4=1001（如圖4表4表42所示），并將其初值置為T(mén)H1=D8H，TL1=EFH，這樣每產(chǎn)生一次定時(shí)器T1溢出中斷，在T1中斷的入口處（001BH）對(duì)中斷次數(shù)進(jìn)行軟件計(jì)數(shù)。當(dāng)中斷次數(shù)為次時(shí)，歷時(shí)1s。在計(jì)數(shù)開(kāi)始時(shí)使用SETB （74LS08），經(jīng)74HC00整形后的脈沖信號(hào)通過(guò)74LS08的一個(gè)與門(mén)至74LS393進(jìn)行計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)值作為頻率計(jì)頻率值的低8位（DO～D7），1s后關(guān)閉閘門(mén)，其計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)P1口讀入，D7位（74LS393的其中一個(gè)Q3）與AT89C52的T0引腳連接，T0計(jì)數(shù)值作為頻率計(jì)的D8～D23位。關(guān)閉閘門(mén)后，CPU將計(jì)數(shù)結(jié)果送至20H～22H單元，其中20H單元存放低位字節(jié)（從Pl口讀入的數(shù)據(jù)，即74LS393的值），21H和22H單元分別存放TL0和TH0的值，然后調(diào)用二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制子程序，把二進(jìn)制的計(jì)數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)為十進(jìn)制，送至30H至33H（壓縮的BCD碼）單元，顯示子程序則將BCD碼經(jīng)查表指令譯為7段LED字形碼，然后進(jìn)行顯示。表41 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器TMOD Timer/Counter way control register TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATE M1M0 GATE M1M0定 時(shí) 器 T1定 時(shí) 器 T0表42 M1和M2方式選擇位對(duì)應(yīng)關(guān)系 M1 and M2 way choice position correspondence relationsM1 M0工作方式 功 能 說(shuō) 明0 1 方式0 13位計(jì)數(shù)器0 1 方式1 16位計(jì)數(shù)器1 0 方式2 自動(dòng)再裝入計(jì)數(shù)初值，8位計(jì)數(shù)器1 1 方式3定時(shí)器T0：分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器；定時(shí)器T1：停止計(jì)數(shù) 測(cè)周期法的工作流程 Q0 MR MR74HC0074LS0874LS393AT89C52CP1110IN顯示13圖410 測(cè)周期法流程 Measures the cyclical law flow 如圖410所示。它與直接測(cè)頻率法在信號(hào)預(yù)處理部分，數(shù)據(jù)顯示部分都是一樣的，主要區(qū)別在于：待測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)預(yù)處理后，變成正、負(fù)電平交替出現(xiàn)的周期信號(hào)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能檢測(cè)到高電平的存在，所以在脈沖信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)之前，先通過(guò)74LS393的二分頻電路，將脈沖信號(hào)變成全是高電平的信號(hào)，（），在高電平出現(xiàn)時(shí)T1開(kāi)始計(jì)數(shù)，在低電平出現(xiàn)時(shí)停止計(jì)數(shù)。這時(shí)記錄的脈沖個(gè)數(shù)即為待測(cè)脈沖信號(hào)的周期。需要注意的是：第一，定時(shí)器T1的工作方式寄存器TMOD需要重新初始化。根據(jù)本設(shè)計(jì)的思想和原理，將定時(shí)器T1設(shè)置為方式1，C/T=0，GATE=1（如圖48，表41所示）。第二，單片機(jī)寄存器內(nèi)存放的是基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，即就是待測(cè)脈沖信號(hào)的周期。因此還需要通過(guò)浮點(diǎn)數(shù)格式化子程序?qū)⒅芷谥缔D(zhuǎn)換成頻率值，然后通過(guò)浮點(diǎn)數(shù)到BCD碼的轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)LED顯示器動(dòng)態(tài)掃描顯示出來(lái)。 軟件部分設(shè)計(jì)軟件編程部分是設(shè)計(jì)的電路能否成功的關(guān)鍵。因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有編程和自動(dòng)運(yùn)算的功能，所以產(chǎn)品中有很多的功能都是通過(guò)軟件的形式實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。如圖411所示。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊、信號(hào)頻率測(cè)量模塊、信號(hào)周期測(cè)量模塊、定時(shí)器中斷服務(wù)模塊、浮點(diǎn)數(shù)格式化模塊、浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算模塊、浮點(diǎn)數(shù)到BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊和測(cè)量數(shù)據(jù)顯示模塊等各種功能模塊組成。系統(tǒng)初始化頻率測(cè)量周期測(cè)量中斷服務(wù)程序浮點(diǎn)數(shù)到BCD碼測(cè)量數(shù)據(jù)顯示浮點(diǎn)數(shù)格式化YN二進(jìn)制轉(zhuǎn)BCD碼開(kāi)始圖411 系統(tǒng)軟件流程圖 System software flow chart下面分別介紹各個(gè)功能模塊的作用。 直接頻率測(cè)量模塊這是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)模塊中最重要的一部分。首先對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1進(jìn)行初始化，T0設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式1，T1設(shè)置為定時(shí)器方式1；，軟件設(shè)置EA=1，運(yùn)行控制位TR=1，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作；再運(yùn)行軟件延時(shí)程序，同時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器對(duì)外部的待測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，延時(shí)結(jié)束時(shí)TR 清0，停止計(jì)數(shù)；最后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù)，在完成數(shù)據(jù)處理后，由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果。其流程框圖如圖412所示。T0/TI初始化啟動(dòng)定時(shí)器T1關(guān)閉計(jì)數(shù)器讀入計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)值修正結(jié)果轉(zhuǎn)換成BCD碼送動(dòng)態(tài)顯示輔助計(jì)數(shù)器加1定時(shí)時(shí)間到？YYNN計(jì)數(shù)器T0溢出？延時(shí)100μs開(kāi)始圖412 直接測(cè)頻法流程框圖 Flow diagram of frequency measurement law directly 信號(hào)周期測(cè)量模塊 在低頻率段，為了保證比較高的測(cè)量精度和較小的測(cè)量誤差，在數(shù)字頻率計(jì)低頻段的設(shè)計(jì)中，往往不是直接測(cè)量輸入脈沖信號(hào)的頻率，而是去轉(zhuǎn)測(cè)它的周期。利用測(cè)周期法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量時(shí)，外部的待測(cè)信號(hào)通過(guò)頻率計(jì)的預(yù)處理電路變成寬度等于待測(cè)信號(hào)周期的方波，該方波同樣加至定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入腳[12]。首先定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0，然后檢測(cè)方波高電平是否加至定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入腳；當(dāng)判定高電平加至定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入腳，運(yùn)行控制位TR 置1，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器對(duì)單片機(jī)的機(jī)器周期的計(jì)數(shù)，同時(shí)檢測(cè)方波高電平是否結(jié)束；當(dāng)判定高電平結(jié)束時(shí)TR 清0，停止計(jì)數(shù)，然后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù)，在完成數(shù)據(jù)處理后，由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果。其流程框圖如圖413所示。T1初始化?T1計(jì)數(shù)并將值保存到TL1寄存單元?T1計(jì)數(shù)并將值保存到TH1寄存單元等待等待YYNN結(jié) 束圖413 測(cè)周期法流程框圖 Flow diagram of measures the cyclical method 定時(shí)器中斷服務(wù)模塊 定時(shí)器中斷應(yīng)用在軟件中實(shí)現(xiàn)某功能時(shí)顯得非常方便和簡(jiǎn)單。它解決了快速的CPU和慢速的外設(shè)之間的矛盾，使它們能夠同步工作，大大提高了CPU資源的利用率。首先找到INT1的中斷入口地址，并初始化，當(dāng)閘門(mén)時(shí)間到時(shí)，響應(yīng)中斷，單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后調(diào)BCD碼程序，送LED數(shù)碼管顯示。其中斷流程框圖如圖414所示。INT1中斷入口初始化保存計(jì)數(shù)值TR0,TH0,TL0清零BCD轉(zhuǎn)換軟件譯碼調(diào)顯示子程序返回圖414 INT1中斷程序流程圖 INT1 interrupt routine flow chart 多進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼模塊 這是針對(duì)于直接測(cè)頻法時(shí)計(jì)數(shù)脈沖而言的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)AT89C52內(nèi)置計(jì)數(shù)器只能進(jìn)行二進(jìn)制計(jì)數(shù)，而顯示部分不能識(shí)別二進(jìn)制數(shù)，所以計(jì)數(shù)的結(jié)果必須先進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制運(yùn)算，變成輸出顯示能夠識(shí)別的BCD碼，然后再將結(jié)果送到顯示緩沖區(qū)進(jìn)行顯示。其流程框圖如圖415所示。清BCD單元設(shè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器二進(jìn)制左移BCD數(shù)2247。進(jìn)位十進(jìn)制調(diào)整BCD碼字節(jié)數(shù)到二進(jìn)制位數(shù)到NYYN開(kāi) 始結(jié) 束圖415 多進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼流程圖 The multiple system binary number transformation is the BCD code flow chart 浮點(diǎn)數(shù)格式化模塊、浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算模塊、浮點(diǎn)數(shù)到BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊在完成信號(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(guò)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)[12]。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(wú)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(kāi)始下一次信號(hào)的頻率測(cè)量。 LED動(dòng)態(tài)顯示模塊其流程框圖如圖416所示