【文章內(nèi)容簡介】 顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應位置的亮暗對應。一個字符由 68 或 88點陣組成，即要找到和屏上某幾個位置對應的顯示 RAM區(qū)的 8 個字節(jié)，并且要使每個字節(jié)的不同的位為‘1’，其它的為‘0’，為‘1’的點亮，為‘0’的點暗，這樣一來就組成某個字符。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。LCD1602液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*， CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM，LCD1602液晶模塊的引腳圖如圖34所示。圖34 LCD1602引腳圖液晶寄存器選擇控制如表31。表31寄存器選擇控制RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7），以及讀取位址計數(shù)器（DB0~DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 如圖35所示。用STC89C52的P0口作為數(shù)據(jù)線，、R/W、RS。其中EN是下降沿觸發(fā)的片選信號，R/W是讀寫信號，RS是寄存器選擇信號本模塊設計要點如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設置接口數(shù)據(jù)位為8位，顯示行數(shù)為1行，字型為57點陣，然后設置為整體顯示，取消光標和字體閃爍,最后設置為正向增量方式且不移位。向LCD的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用2個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應的數(shù)組中，,判斷是否夠顯示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。圖35 LCD1602與STC89C52的接口圖36 三極管放大電路 由于單片機只能讀取數(shù)字信號，當輸入的信號比較小的時候單片機不能直接讀取，因此這里使用了一級三極管放大電路對輸入的信號進行放大，其中電路中的R4和R5給三極管的基極提供和合適偏置。基極電壓可以由以下公式求得。Vb=VCC*R5R4+R5≈ ，因此發(fā)射機的電壓可以由以下公式求得:Ve== 由于IC≈IE,IE=Ve/R6≈,因此Vc=VCCIe*R3=。 因為本設計只處理信號，因此三極管放大電路的輸入端采用的大電容進行交流耦合進而隔絕交流成分，為了使整個頻率計能測量更小幅值的周期信號，這個電路用旁路電容對發(fā)射極電阻進行旁路從而提高其交流放大倍數(shù)，放大倍數(shù)A可以由以下公式求得。A≈R3/(R6//RC4//RC5) 其中RC4為C4交流等效阻抗，RC5為C4交流等效阻抗。但是放大倍數(shù)最終會受限于三極管的β（三極管的電流放大系數(shù)）。因此最終放大倍數(shù)會限制在數(shù)百倍，由于這里只需要把輸入的周期信號放大到足夠大就可以通過整形電路整形成方波，因此這里放大倍數(shù)不需要很精確，放大后的波形出現(xiàn)截止失真也不會對測量結果造成。施密特觸發(fā)器也有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號電位維持；對于負向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，施密特觸發(fā)器有不同的閾值電壓。門電路有一個閾值電壓，當輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓。正向閾值電壓與負向閾值電壓之差稱為回差電壓。原理示意圖如圖37所示。圖37 施密特觸發(fā)器原理示意圖74HC14是一款高速CMOS器件，74HC14引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC14實現(xiàn)了6路施密特觸發(fā)反相器，可將緩慢變化的輸入信號轉換成清晰、無抖動的輸出信號。其芯片引腳圖如圖38所示，芯片真值表如圖39所示。圖38 74HC14芯片引腳圖Input輸入output輸出AYLHHL圖39 74HC14真值表 74HC14電路設計 由于三極管放大電路輸出的信號不是標準的方波信號，存在著上升沿不夠陡峭，波形類似于正弦波等問題，為了使單片機對信號更好的采集，這里使用了施密特觸發(fā)器74HC14對三極管放大電路輸出的信號進行整形。電路圖如圖310所示。圖310施密特觸發(fā)器電路原理圖 其中輸入信號從芯片的1號腳輸入，74HC14本身是一個芯片內(nèi)部帶有6個施密特觸發(fā)器，我這里為了充分利用芯片使用了其中三個，實際上可以只使用一個。整形后的信號從芯片的6號腳輸出。 74HC390芯片介紹分頻電路一般采用十進制計數(shù)器如74HC290、74HC390等來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。本次設計中選擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖(如圖3)可知，其為雙2510異步計數(shù)器，并每一計數(shù)器均有一個異步清零端（高電平有效）。由于我們要設計的是100分頻電路，因此74HC390內(nèi)部兩個計數(shù)器都用上，分別都設置成10計數(shù)器。圖311 74HC390內(nèi)部邏輯框圖 74HC390分頻電路設計由于單片機運行速度有限，單片機運行一條基礎指令需要1個機器周期即12個是時鐘周期，換算成時間為1us。因此當頻率過高的時候單片機就不能很精確的換算出頻率。為了解決這個問題，這設計加入了一個100分頻的計數(shù)器。當頻率高于200KHZ的時候單片機計算分頻后的信號，當頻率低于200KHZ的時候計算分頻前的信號。這樣高低搭配可以擴大單片機的測量頻率。最終換算出其真實對應的頻率并在液晶上顯示。其中電路圖如圖312所示。圖312 74HC390分頻電路原理圖41系統(tǒng)主流程圖 單片機上電后會先進行一個初始化把設置的變量的值清0，然后開啟定時器首先對100分頻后的輸入信號進行1S內(nèi)計數(shù)，當測量到頻率大于200KHZ的時候，單片機會顯示出當前測量的頻率和周期，然后進行下一次計數(shù)，當測量到的頻率少于200KHZ的時候，單片機會重新采集分頻前的數(shù)據(jù)，把測量到的數(shù)據(jù)顯示出來，然后再進入到下一次的計數(shù)。圖42 LCD1602初始化子函數(shù)流程圖首先先調(diào)用液晶自定義的字庫，設置好DDRAM地址后在第一行顯示，根據(jù)程序中的數(shù)據(jù)設置顯示數(shù)據(jù)的首地址并設置循環(huán)量，在循環(huán)過程中不斷的取字符代碼直到終止，第二行的顯示過程同一行的顯示過程一樣，兩行顯示完畢后便結束子程序。 軟件任務分析和硬件電路設計結合進行，哪些功能由硬件完成，哪些任務由軟件完成，在硬件電路設計基本定型后，也就基本上決定下來了。軟件任務分析環(huán)節(jié)是為軟件設計做一個總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示，打印，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關系，在系統(tǒng)軟件中充當組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設計偏重算法效率，與硬件關系密切，千變?nèi)f化。軟件任務分析時，應將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進行定義時，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結構。相對來講，執(zhí)行模塊任務明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當一名操作工人比較容易，而當一個廠長就比較難了。軟件任務分析的另一個內(nèi)容