【文章內(nèi)容簡介】 成。單片機I/O引腳一線多功能的特點方便了用戶的設(shè)計，在組成系統(tǒng)時可自行選擇[11]。在實際的設(shè)計中，將AT89C52的P1口設(shè)置為接收數(shù)據(jù)端口，通過分頻器74LS393分頻后依次接到P1口的8個引腳。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；P2口的各引腳接到74LS06的輸入端，用于位驅(qū)動。單片機復位端（RST）可采用內(nèi)部軟件復位，也可采用外部手動復位，實際操作也很方便。這里采用外部手動復位，如圖46所示。 圖46 單片機復位電路 The monolithic integrated circuit repositions the electric circuit 測量數(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)顯示和動態(tài)顯示兩種。所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導通和截止。它的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，顯示亮度大；缺點是使用的數(shù)碼管數(shù)量少。正是因為它的這個缺點和本設(shè)計的要求，數(shù)字頻率計的顯示電路選擇了采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)顯示，就是LED顯示器一位一位地輪流電亮（掃描）。對于每一位LED顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。LED 顯示器的亮度既與導通電流有關(guān)，也與LED顯示器點亮時間和間隔時間的比例有關(guān)。通過調(diào)整LED顯示器的導通電流和時間比例參數(shù)，可以實現(xiàn)較高亮度且穩(wěn)定的顯示[11]。具體工作過程是：LED顯示器采用共陰極動態(tài)顯示形式，8位LED用兩塊四位集成的數(shù)碼管連接組成。頻率計數(shù)結(jié)果以BCD碼的形式存放在89C52的存儲單元中，通過P0口接到74LS245上，控制8位LED的段選碼；通過P2口接到74LS06上，控制8位LED的位選碼。74LS245是8位總線驅(qū)動器，由芯片上的T/引腳（1腳）控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。當T/=1時，數(shù)據(jù)從A端傳送到B端；當T/=0時，數(shù)據(jù)從B端傳送到A端。根據(jù)本設(shè)計的原理圖知，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單片機的P0口沒有上拉電阻，在將P0口設(shè)置為輸出端時，必須考慮在段驅(qū)動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，單片機的P1口掃描輸出時總有一位為高電平，如果沒有反相驅(qū)動器將這一位的高電平變成低電平，那在LED上顯示出來的將是亂碼。74LS06是六與非門反相驅(qū)動器，正好符合我們的設(shè)計要求。由于是8位LED顯示管，所以采用兩個74LS06來控制。圖47 測量數(shù)據(jù)顯示電路 Survey data display circuit 硬件電路工作過程首先討論一下定時器/計數(shù)器的工作原理。如圖48所示。振蕩器1/12T0/T1THX TLX加1計數(shù)器16位TFX中斷amp。TR0/TR1GATE 1 圖48 定時器/計數(shù)器T0、T1的邏輯結(jié)構(gòu) Timer/Counter T0、T1 logical organization當控制信號時，定時器工作在定時方式。加1計數(shù)器對脈沖f進行計數(shù)，每來一個脈沖計數(shù)器加1，直到計數(shù)器計滿溢出。由上圖可以看出，脈沖是振蕩器時鐘頻率的12分頻，即脈沖頻率為時鐘頻率的1/12。顯然，一個計數(shù)脈沖的周期為一個機器周期。計數(shù)器計數(shù)的是機器周期脈沖的個數(shù)，從而實現(xiàn)定時。可知，定時器的定時時間不僅與加1計數(shù)器的初值（計數(shù)器中的起始值,即計數(shù)長度）有關(guān)，而且還與系統(tǒng)振蕩器時鐘頻率有關(guān)[11]。 當控制信號時，定時器工作在計數(shù)方式。加1計數(shù)器對來自輸入引腳T0和T1的外部信號脈沖計數(shù)。在每一個機器周期的S5P2采樣引腳輸入電平，若前一個機器周期采樣值為“1”，后一個機器周期采樣值為“0”，則計數(shù)器加1。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生“1”到“0”的負跳變（下降邊沿）后，于下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器中的。由于它需要兩個機器周期（24個時鐘周期）來識別一個“1”到“0”的跳變信號，所以最高的計數(shù)頻率為時鐘頻率的1/24。對外部輸入信號脈沖的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號電平在它發(fā)生跳變前至少被采樣一次，因此輸入信號的電平至少應(yīng)在一個完整的機器周期中保持不變。 直接測頻法的工作流程 Q3MR MRT074HC0074LS0874LS393AT89C52CP141110IN顯示圖49 直接測頻法流程 Direct frequency measurement law flow 如圖49所示。前置放大器完成信號放大、電平平移的任務(wù)，被測的交流信號被放大、平移成脈沖直流信號，再經(jīng)74HC00反相器整形成矩形脈沖。與門74LS08作為計數(shù)閘門，方波信號被送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入端連接1s門控信號，實際制作中連接AT89C52的11腳（）。當11腳為高電平時閘門打開，低電平時閘門關(guān)閉。11腳電平的高低可通過指令加以控制。閘門打開，矩形脈沖送到74LS393進行計數(shù)和分頻，AT89C52外接晶振24MHz，該晶振的頻率穩(wěn)定性很重要，因為它也是門控信號的時間基準。內(nèi)置計數(shù)器可通過軟件設(shè)置對振蕩頻率的l2分頻進行計數(shù)/定時，這里將T0置為方式1計數(shù)狀態(tài)，GATE=0，即D3D2D1D0=0101（如圖4表4表42所示），待測脈沖信號通過T0引腳輸入單片機進行計數(shù)。T1置為方式1定時狀態(tài)，GATE=0，即D7D6D5D4=1001（如圖4表4表42所示），并將其初值置為TH1=D8H，TL1=EFH，這樣每產(chǎn)生一次定時器T1溢出中斷，在T1中斷的入口處（001BH）對中斷次數(shù)進行軟件計數(shù)。當中斷次數(shù)為次時，歷時1s。在計數(shù)開始時使用SETB （74LS08），經(jīng)74HC00整形后的脈沖信號通過74LS08的一個與門至74LS393進行計數(shù)，其計數(shù)值作為頻率計頻率值的低8位（DO～D7），1s后關(guān)閉閘門，其計數(shù)結(jié)果通過P1口讀入，D7位（74LS393的其中一個Q3）與AT89C52的T0引腳連接，T0計數(shù)值作為頻率計的D8～D23位。關(guān)閉閘門后，CPU將計數(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)用二進制轉(zhuǎn)十進制子程序，把二進制的計數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)為十進制，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，然后進行顯示。表41 定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD Timer/Counter way control register TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATE M1M0 GATE M1M0定 時 器 T1定 時 器 T0表42 M1和M2方式選擇位對應(yīng)關(guān)系 M1 and M2 way choice position correspondence relationsM1 M0工作方式 功 能 說 明0 1 方式0 13位計數(shù)器0 1 方式1 16位計數(shù)器1 0 方式2 自動再裝入計數(shù)初值，8位計數(shù)器1 1 方式3定時器T0：分成兩個8位計數(shù)器；定時器T1：停止計數(shù) 測周期法的工作流程 Q0 MR MR74HC0074LS0874LS393AT89C52CP1110IN顯示13圖410 測周期法流程 Measures the cyclical law flow 如圖410所示。它與直接測頻率法在信號預處理部分，數(shù)據(jù)顯示部分都是一樣的，主要區(qū)別在于：待測脈沖信號通過預處理后，變成正、負電平交替出現(xiàn)的周期信號。因為單片機只能檢測到高電平的存在，所以在脈沖信號進入單片機之前，先通過74LS393的二分頻電路，將脈沖信號變成全是高電平的信號，（），在高電平出現(xiàn)時T1開始計數(shù)，在低電平出現(xiàn)時停止計數(shù)。這時記錄的脈沖個數(shù)即為待測脈沖信號的周期。需要注意的是：第一，定時器T1的工作方式寄存器TMOD需要重新初始化。根據(jù)本設(shè)計的思想和原理，將定時器T1設(shè)置為方式1，C/T=0，GATE=1（如圖48，表41所示）。第二，單片機寄存器內(nèi)存放的是基準時鐘脈沖信號的個數(shù)，即就是待測脈沖信號的周期。因此還需要通過浮點數(shù)格式化子程序?qū)⒅芷谥缔D(zhuǎn)換成頻率值，然后通過浮點數(shù)到BCD碼的轉(zhuǎn)換，最后通過LED顯示器動態(tài)掃描顯示出來。 軟件部分設(shè)計軟件編程部分是設(shè)計的電路能否成功的關(guān)鍵。因為單片機具有編程和自動運算的功能，所以產(chǎn)品中有很多的功能都是通過軟件的形式實現(xiàn)的。數(shù)字頻率計的系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法。如圖411所示。整個系統(tǒng)由初始化模塊、信號頻率測量模塊、信號周期測量模塊、定時器中斷服務(wù)模塊、浮點數(shù)格式化模塊、浮點數(shù)算術(shù)運算模塊、浮點數(shù)到BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊和測量數(shù)據(jù)顯示模塊等各種功能模塊組成。系統(tǒng)初始化頻率測量周期測量中斷服務(wù)程序浮點數(shù)到BCD碼測量數(shù)據(jù)顯示浮點數(shù)格式化YN二進制轉(zhuǎn)BCD碼開始圖411 系統(tǒng)軟件流程圖 System software flow chart下面分別介紹各個功能模塊的作用。 直接頻率測量模塊這是整個軟件設(shè)計模塊中最重要的一部分。首先對定時器/計數(shù)器T0、T1進行初始化，T0設(shè)置為計數(shù)器方式1，T1設(shè)置為定時器方式1；，軟件設(shè)置EA=1，運行控制位TR=1，啟動定時/計數(shù)器開始工作；再運行軟件延時程序，同時定時/計數(shù)器對外部的待測信號進行計數(shù)，延時結(jié)束時TR 清0，停止計數(shù)；最后從計數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù)，在完成數(shù)據(jù)處理后，由顯示電路顯示測量結(jié)果。其流程框圖如圖412所示。T0/TI初始化啟動定時器T1關(guān)閉計數(shù)器讀入計數(shù)值計數(shù)值修正結(jié)果轉(zhuǎn)換成BCD碼送動態(tài)顯示輔助計數(shù)器加1定時時間到？YYNN計數(shù)器T0溢出？延時100μs開始圖412 直接測頻法流程框圖 Flow diagram of frequency measurement law directly 信號周期測量模塊 在低頻率段，為了保證比較高的測量精度和較小的測量誤差，在數(shù)字頻率計低頻段的設(shè)計中，往往不是直接測量輸入脈沖信號的頻率，而是去轉(zhuǎn)測它的周期。利用測周期法實現(xiàn)頻率測量時，外部的待測信號通過頻率計的預處理電路變成寬度等于待測信號周期的方波，該方波同樣加至定時/計數(shù)器的輸入腳[12]。首先定時/計數(shù)器的計數(shù)寄存器清0，然后檢測方波高電平是否加至定時/計數(shù)器的輸入腳；當判定高電平加至定時/計數(shù)器的輸入腳，運行控制位TR 置1，啟動定時/計數(shù)器對單片機的機器周期的計數(shù)，同時檢測方波高電平是否結(jié)束；當判定高電平結(jié)束時TR 清0，停止計數(shù)，然后從計數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù)，在完成數(shù)據(jù)處理后，由顯示電路顯示測量結(jié)果。其流程框圖如圖413所示。T1初始化?T1計數(shù)并將值保存到TL1寄存單元?T1計數(shù)并將值保存到TH1寄存單元等待等待YYNN結(jié) 束圖413 測周期法流程框圖 Flow diagram of measures the cyclical method 定時器中斷服務(wù)模塊 定時器中斷應(yīng)用在軟件中實現(xiàn)某功能時顯得非常方便和簡單。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，當閘門時間到時，響應(yīng)中斷，單片機的定時/計數(shù)器對計數(shù)脈沖進行計數(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 多進制二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼模塊 這是針對于直接測頻法時計數(shù)脈沖而言的。因為單片機AT89C52內(nèi)置計數(shù)器只能進行二進制計數(shù)，而顯示部分不能識別二進制數(shù)，所以計數(shù)的結(jié)果必須先進行二進制轉(zhuǎn)十進制運算，變成輸出顯示能夠識別的BCD碼，然后再將結(jié)果送到顯示緩沖區(qū)進行顯示。其流程框圖如圖415所示。清BCD單元設(shè)二進制計數(shù)器二進制左移BCD數(shù)2247。進位十進制調(diào)整BCD碼字節(jié)數(shù)到二進制位數(shù)到NYYN開 始結(jié) 束圖415 多進制二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼流程圖 The multiple system binary number transformation is the BCD code flow chart 浮點數(shù)格式化模塊、浮點數(shù)算術(shù)運算模塊、浮點數(shù)到BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊在完成信號的周期測量后，需要做一次倒數(shù)運算才能獲得信號的頻率。為提高運算精度，這里采用浮點數(shù)算術(shù)運算。浮點數(shù)用3個字節(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)。待測信號周期的3個字節(jié)定點數(shù)首先通過截取高16位、設(shè)置數(shù)符和計算階碼轉(zhuǎn)換為上述格式的浮點數(shù)[12]。然后浮點數(shù)算術(shù)運算對其進行處理，獲得用浮點數(shù)格式表達的信號頻率值。浮點數(shù)到BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊把用浮點數(shù)格式表達的信號頻率值變換成本頻率計的顯示格式，送到顯示模塊顯示待測信號的頻率值。無論從哪一種方式進入顯示模塊，完成顯示后，頻率計都開始下一次信號的頻率測量。 LED動態(tài)顯示模塊其流程框圖如圖416所示